挑戰(zhàn)色彩管理的極限，展現(xiàn)3D打印色彩對象

發(fā)布日期：2022-12-08 作者：康為點擊：

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)DM、SLS、3DP、SLM、SLA等不同技術(shù)仍在快速創(chuàng)新。但全彩色3D打印將成為增材制造領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。Stratasys和Aurora最近發(fā)布了Polyjet的全色3D打印解決方案。色域覆蓋從36色提升到50萬色，色域空間達到美國印刷標準色域(SWOP)的120%。它已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)屏幕上的顏色與最終打印顏色模型的一致性。對于彩色3D打印來說，這是一次里程碑式的技術(shù)升級，也代表著彩色3D打印元年的開始。

Stratasys Polyjet J750體素級3D打印顯示器

據(jù)了解，二維平面中的色彩管理是基于以白紙為背景色的多色墨滴或彩色墨粉。三維空間的色彩管理還需要結(jié)合材料的折射、反射、透光等因素，以及透明材料和非透明材料的結(jié)合。是一個極其復雜的三維色彩管理模型，材料的特性也要考慮進去。在三維空間中管理色彩是非常困難的，這也是過去我們很難得到完整的色彩再現(xiàn)的原因。

隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，彩色3D打印技術(shù)作為增材制造的細分市場，將是未來的重要趨勢之一。目前業(yè)內(nèi)比較成熟的技術(shù)方案如下:

LOM科技的代表機型:McorArke，零售價30多萬。

LOM技術(shù)實現(xiàn)彩色3D打印效果

1.LOM技術(shù)+彩色噴繪，使用的材料是紙，一層一層的切割層壓，最后形成對應(yīng)的模型。其特點是成本低、效率高。缺點是模型不具備功能材料的特性，適合教學模型和純外觀模型；

FDM技術(shù)+噴墨彩色3D打印方案，硬件零售價5萬左右。

FDM技術(shù)+噴墨彩色3D打印樣品展示

2.FDM技術(shù)+彩色噴墨，采用FDM技術(shù)打印模型。每層印刷完后，在材料表面噴涂彩色油墨，特點是模型表面顏色鮮艷。缺點是打印速度慢，模型表面有層次感；

惠普Jet Fusion 580彩色3D打印機彩色3D打印機零售價約130萬元。

惠普Jet Fusion 580彩色3D打印機使用彩色3D打印機打印樣品

3.Jet Fusion技術(shù)，這是中國惠普剛剛發(fā)布的全彩3D打印解決方案。彩色墨滴噴射分辨率可達1200dpi點陣，實現(xiàn)1600萬色sRGB。結(jié)合半色調(diào)技術(shù)和尼龍粉末逐層固化，再配合四色噴墨方案，可以達到全彩3D打印效果。優(yōu)點是100%利用尼龍材料，尼龍材料具有結(jié)構(gòu)測試和功能驗證特性。整體方案具有一定的性價比。缺點是

Stratasys Polyjet技術(shù)實現(xiàn)體素級3D打印

4.Polyjet技術(shù)和FDM技術(shù)構(gòu)成了Stratasys的兩大看家技術(shù)。目前最新的全彩多材質(zhì)3D打印機J750和J735(尺寸比J750小，價格低14%，其他配置和J750一模一樣)可以同時支持六種材質(zhì)，采用噴射+光固化方案。從而可以實現(xiàn)其他3D打印技術(shù)不具備的模型色彩控制、柔和度、透明度、質(zhì)感等表現(xiàn)力。特別是此次發(fā)布的新內(nèi)容，包括色彩鮮艷的新材質(zhì)(實現(xiàn)真正的紅、黃、橙)、GrabCAD Print的擴展色彩配置文件(屏幕顏色可以與最終打印的顏色保持一致)、GrabCAD打印切片功能(在同一個打印文件中打印具有全彩VRML紋理的透明度)。

Stratasys Polyjet全彩3D打印樣本

5.WJP技術(shù)，這是國內(nèi)賽納公司主要的3D打印技術(shù)方案。其技術(shù)原理類似于Polyjet。而樹脂材質(zhì)和色彩管理與Stratasys完全不同，它還可以實現(xiàn)全彩多材質(zhì)控制。目前主要用于醫(yī)療和教育行業(yè)。據(jù)了解，隨著應(yīng)用的深入，將會推出越來越多的功能性樹脂材料。

珠海賽納WJP彩色3D打印技術(shù)方案，硬件價格超過200萬。

珠海賽納WJP彩色3D打印技術(shù)樣品展

6.3DP技術(shù)，以3D系統(tǒng)的Projet 660為例，采用石膏粉+噴涂的方案，過去在全彩人像打印服務(wù)中常見。其特點是成本相對較低的彩印方案，缺點是模型表面精細，色彩表現(xiàn)一般。

系統(tǒng)項目660全彩3D打印人像解決方案，石膏粉材質(zhì)。

System Project 660全彩3D打印解決方案

系統(tǒng)項目660全彩色3D打印人像解決方案

Mimaki日本UV printing 3D打印彩色解決方案顯示器，可實現(xiàn)1000萬色(圖片來源于Mimaki官網(wǎng))

佳能的極致創(chuàng)意打印出具有立體效果的照片。

佳能的極致創(chuàng)意打印有立體裝飾圖。

這里可能會有朋友提到日本Mimaki的UV噴墨技術(shù)，這是一種由傳統(tǒng)UV光刻衍生而來的3D打印技術(shù)。原則上與Polyjet和WJP類似，但采用該方案的企業(yè)大多來自傳統(tǒng)的2D印刷設(shè)備供應(yīng)商。佳能的UV光刻機很早就可以實現(xiàn)5CM高的全彩打印效果，理論上也屬于彩色3D打印的范疇。對于擁有UV平版印刷設(shè)備的傳統(tǒng)品牌來說，彩色3D打印的門檻相對較低。

截至今天，拋開硬件成本和耗材成本的因素，單純以最高輸出結(jié)果來判斷，Polyjet技術(shù)是目前世界上最好的全彩3D打印方案，可以達到體素級別的3D打印效果。全彩+多材質(zhì)為創(chuàng)意和客戶需求提供了多種可能。

Polyjet技術(shù)可以將色彩從35萬增加到50萬，增加色域的空間覆蓋，色彩還原更加真實。

Stratasys對Polyjet解決方案的升級是全方位的。硬件級增加了低階型號J735，色彩管理配置文件將色彩從350，000增加到500，000。GrabCAD打印切片功能實現(xiàn)了模型色彩控制的更多方式，包括模型表面紋理的實現(xiàn)。這些在過去很難實現(xiàn)3D打印。

Stratasys J750彩色3D打印機(左一)

那么全彩3D打印在應(yīng)用層面有哪些方向呢？

一、汽車內(nèi)外飾和車燈原型制作，直接打印汽車的彩色或半透明原型，比傳統(tǒng)工藝降低制造成本90%，制造周期從數(shù)周、數(shù)月縮短到數(shù)小時、數(shù)天。

Polyjet技術(shù):3D打印汽車內(nèi)飾模型表面的紋理

Polyjet技術(shù):汽車前燈樣品的3D打印

Polyjet技術(shù):汽車排擋手柄3D打印樣品

Polyjet技術(shù):3D打印汽車尾燈樣品，紅、黃、橙被真實還原。

二、快消品行業(yè)的產(chǎn)品包裝打樣，彩印可以更真實的控制色彩和材料，升級后的色彩管理可以滿足快消品行業(yè)對絢麗色彩的要求。

聚噴射技術(shù):化妝品包裝

Polyjet技術(shù):化妝品模型

3.醫(yī)療行業(yè)的術(shù)前模型和教學模型。印刷醫(yī)學模型的樹脂材料是有先例的。但是顏色的好處是可以分辨出組織、病人、血管、神經(jīng)等細節(jié)?？雌饋砀又庇^真實，這是單色模型不具備的優(yōu)勢。

聚噴射技術(shù):醫(yī)療模型

聚噴射技術(shù):人體內(nèi)臟模型

Polyjet技術(shù):人手的血管和骨骼模型

四。原型設(shè)計。以往的原型設(shè)計主要用于外觀驗證和結(jié)構(gòu)驗證。加入顏色后，表面紋理或顏色可以使原型設(shè)計的完成度更高，原型設(shè)計的效率進一步提高。就原型設(shè)計而言，這是一個一步到位的方案。

Polyjet技術(shù):3D打印耳機樣品

Polyjet技術(shù):運動鞋模型

Polyjet技術(shù):3D打印自行車頭盔

聚噴射技術(shù):食品模型

3DP技術(shù):文物復制模型

除了以上四個應(yīng)用，彩色3D打印的應(yīng)用拓展才剛剛開始。例如，教育行業(yè)如何利用全彩色3D打印技術(shù)來提高教學質(zhì)量和促進科學研究？文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)也應(yīng)該對全彩3D打印有更多需求。不過全彩3D打印還是有一定門檻的。

全彩3D打印的效果確實不錯，但是對于各行各業(yè)的用戶來說，目前進入普及階段還是有很高的門檻。我們來和普通的文檔打印機對比一下。彩色辦公打印趨勢已近10年，歐美日等發(fā)達國家彩色打印機市場份額接近50%。然而，彩色打印機在中國的市場份額只有10%多。彩色3D打印的趨勢才剛剛開始，未來還需要很長時間才能開花結(jié)果。

3D打印在應(yīng)用落地過程中面臨以下門檻:

優(yōu)秀的3D設(shè)計是推動彩色3D打印的根本力量。

1.對于彩色3D打印的設(shè)計優(yōu)化，具有優(yōu)秀彩色3D數(shù)據(jù)設(shè)計能力的機構(gòu)和個人還是比較少的。因此，長期以來，全彩3D打印設(shè)計能力的提升和創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計是推動全彩3D打印普及的根本力量。

硬件設(shè)備采購成本高

二是硬件成本高，由于用戶基數(shù)小，使用頻率低，硬件設(shè)備的銷售暫時無法收回早期R&D投資和企業(yè)的盈利需求。因此，在一段時間內(nèi)，全彩3D打印和金屬3D打印一樣，仍將是增材制造業(yè)的高級應(yīng)用。樹脂材料噴涂技術(shù)的硬件設(shè)備目前從100萬到400萬不等，即使是3DP技術(shù)的硬件也在50萬以上，LOM技術(shù)的設(shè)備也在30萬以上。