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为三维打印物体提供防扫描能力的三维 打印机和丝材

阅读：384发布：2020-05-11

专利汇可以提供为三维打印物体提供防扫描能力的三维打印机和丝材专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种适合于打印难以被三维扫描仪和三维打印机复制的三维(3D)物体的打印机。所述打印机包括具有带加热部分的挤出嘴的打印头、以及具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面的打印台。所述打印机还包括载有防扫描丝材的打印材料供应卷轴。所述打印头适合于把防扫描丝材拉入加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体。而且，所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。所述的防扫描外表面是光吸收表面或沿一个或多个非常规方向反射光的光反射表面。所述防扫描丝材可为混合有防扫描添加剂(例如逆反射材料 )的塑料。，下面是为三维打印物体提供防扫描能力的三维打印机和丝材专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种打印防扫描三维物体的方法，包括：
产生或获取三维物体的数字模型；
处理所述数字模型，以定义多个打印层；和
操作三维打印机，以挤出含有防扫描添加剂的液态塑料，从而至少形成所述打印层之中的一个或多个的外侧部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述防扫描添加剂提高由所述液态塑料形成的表面的光吸收能力。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述防扫描添加剂修改由所述液态塑料形成的表面的光反射性。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述防扫描添加剂包括多个逆反射体。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述防扫描添加剂至少占从三维打印机挤出的材料的5％，以形成所述打印层之中的一个或多个的外侧部分。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：接收用于指定三维物体的防扫描表面的用户输入，其中，所述三维物体的防扫描表面是由使用带防扫描添加剂的液态塑料形成的一个或多个打印层提供的。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维打印机的操作包括把丝材拉入加热挤出嘴中，以提供带有防扫描添加剂的液态塑料源。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维打印机包括：
打印头，具有带加热部分的挤出嘴；
打印台，具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面；和
打印材料供应卷轴，载有包括混合有防扫描添加剂的塑料的防扫描丝材，其中，所述打印头适合于把防扫描丝材拉入所述加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体；以及
所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述防扫描外表面是光吸收表面，或者是向一个或多个非常规方向反射光的反射表面。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述防扫描添加剂包括一定量的逆反射材料。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述一定量在所述防扫描丝材的材料的2％至
25％范围内。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述一定量在5％至10％范围内。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述打印机还包括控制器，该控制器根据限定具有防扫描外表面的三维物体的多个打印层的三维物体模型来定位和操作打印头，该控制器包括使用所述的防扫描丝材来打印所述防扫描外表面，并使用载有不含防扫描添加剂的塑料丝材的附加打印材料供应卷轴来打印三维物体的其它部分。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述打印机还包括打印机接口系统，该打印机接口系统用于接收用户输入，并处理用户输入，以指定所述防扫描外表面。
15.一种与三维打印机结合使用以提供防扫描能力的丝材，包括：
基材，包括塑料；和
防扫描添加剂，提高所述塑料的光吸收率或修改所述基材的反射率。
16.如权利要求15所述的丝材，其中，所述基材是丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)，其构成所述丝材的至少约75％体积百分数。
17.如权利要求15所述的丝材，其中，所述防扫描添加剂包括逆反射材料。
18.如权利要求17所述的丝材，其中，所述逆反射材料占所述丝材的至少5％体积百分数。
19.如权利要求18所述的丝材，其中，所述逆反射材料占所述丝材的少于约25％体积百分数。
20.如权利要求15所述的丝材，其中，所述三维打印机包括：
打印头，具有带加热部分的挤出嘴；
打印台，具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面；和
打印材料供应卷轴，载有所述丝材，
其中，所述打印头适合于把丝材拉入所述加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体；以及
所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。
21.如权利要求20所述的丝材，其中，所述防扫描外表面是光吸收表面，或者是向一个或多个非常规方向反射光的反射表面。
22.如权利要求21所述的丝材，其中，所述防扫描添加剂包括一定量的逆反射材料。
23.如权利要求22所述的丝材，其中，所述一定量在所述丝材的材料的2％至25％范围内。
24.如权利要求23所述的丝材，其中，所述一定量在5％至10％范围内。
25.如权利要求20所述的丝材，其中，所述打印机还包括控制器，该控制器根据限定具有防扫描外表面的三维物体的多个打印层的三维物体模型来定位和操作打印头，该控制器包括使用所述的包括防扫描添加剂的丝材来打印所述防扫描外表面，并使用载有不含防扫描添加剂的塑料丝材的附加打印材料供应卷轴来打印三维物体的其它部分。
26.如权利要求25所述的丝材，其中，所述打印机还包括打印机接口系统，该打印机接口系统用于接收用户输入，并处理用户输入，以指定所述防扫描外表面。

说明书全文

为三维打印物体提供防扫描能力的三维 打印机和丝材

技术领域

[0001] 本发明总体涉及三维(3D)物体的制造，更确切地说，本发明涉及一种基于丝材的三维打印机和相应的打印材料(例如细丝)，其专门配置为并可用于打印三维物体，该三维物体配置为提供防止三维扫描的能力(例如，防止全面或有效地扫描使用三维打印机打印的物体)。

背景技术

[0002] 三维打印是一种叠层制造技术，其中，物体(或“打印的三维物体”)从数字文件产生。数字文件可从计算机辅助设计(CAD)程序或其它三维建模程序等软件产生，或者通过使用三维扫描仪复制为三维建模程序提供输入的现有物体来产生。为了准备用于打印的数字文件，在与打印机接口的电脑上提供的软件或在三维打印机本身上运行的软件把三维模型切分为成百上千的水平层。典型情况下，只有外壁或“外壳”被打印为实体，从而可作为修改在打印中使用的三维模型的一部分来定义外壳厚度，并且，在打印过程中，外壳打印为实体元件，而三维物体的内部部分以蜂窝或其它充填设计形式打印(例如，可减少提供打印的三维物体所需打印的材料的量)。

[0003] 在把准备好的三维物体数字文件上传至三维打印机时，三维打印机逐层产生物体。三维打印机从三维模型读取每一片层(或二维图像)，并通过敷设(或打印)材料的相继层来产生三维物体，直到整个物体被产生。这些层中的每个层可视为最终完成或打印的三维物体的一片很薄的水平截面。

[0004] 更常用的三维打印机技术中的一种使用熔融沉积造型(FDM)技术，或者更一般地说，使用熔丝制造(FFF)技术。FDM打印机使用从安装到打印机外罩上的丝盘或卷轴松开的塑料丝(例如以直径为1至3毫米的多股丝形式提供的丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)丝)工作。该塑料丝用于向带有挤出嘴的打印头提供材料，例如，齿轮把丝材从卷轴上拉下，并输送到挤出嘴中。挤出嘴适合于接通和切断其流量。挤出嘴(或打印头的上游部分)加热，以熔化进入或从其通过的塑料丝，从而挤出嘴使塑料丝液化。尖锐的挤出嘴以超细线形式(例如，以大约0.1毫米宽度的线的形式)沉积液化的材料。

[0005] 挤出头和其出口被数控机构沿水平和竖直方向移动，以完成或打印三维模型的每层，该数控机构由运行在三维打印机上的控制软件(例如适合于与三维打印机结合使用的计算机辅助制造(CAM)软件包)操作或控制。挤出的熔化或液化材料迅速凝固，形成一层(并与三维物体的各层密封在一起)，然后，在开始打印下一层之前，挤出嘴竖向移动。此过程不断重复，直到三维物体的所有层都打印完成。

[0006] 如上所述，对于在三维打印机上打印的或通过其它方式制造的三维物体，能够很轻松地利用三维扫描仪和使用由三维扫描仪产生的文件的三维打印机来复制。有许多可复制数字模型的商售扫描仪，这些数字模型可用作由三维打印机用于控制打印的数字文件。因此，即使没有原来由厂家用于产生“原始”三维物体的数字文件，使用三维打印机也能复制几乎任何三维物体，并且商业公司难以销售可防止未经许可的复制行为的收藏品和其它三维物体，例如电影和动画片人物的塑料小塑像。对于想要保护通过三维打印过程制造的产品的公司来说，这是一个更大的问题。这些产品或物品常常最适合通过其外表面的设计利用三维打印机来制造，但是三维物体可能具有公司希望通过限制复制来保护的独有特征或相关的知识产权特征。

[0007] 因此，需要一种使复制三维物体(例如复制由三维打印机打印的物体)变得很困难的新型三维打印机或打印方法。这种三维打印机和打印方法优选适合于较廉价地实现，并且可与现有和将来的三维打印机技术结合使用，例如熔融沉积造型(FDM)或熔丝制造(FFF)技术。

发明内容

[0008] 简而言之，本发明说明一种适合于打印能整体防止三维扫描的三维物体的三维打印机、以及用于这种打印机的丝材。所述三维打印机配置为使用一种丝状的新型材料作为供应材料来形成整个三维物体或三维物体的外壳的一部分(即，可以使用新型丝材或新型供应材料打印每层的最外10％部分)，而不是使用在现有的三维打印机中所用的常规塑料丝材。在一些实施例中，所述的新型丝材制造为包含防扫描添加剂，该添加剂的份数可以改变，以实现所含添加剂的量在塑料丝材(新丝材的基材或初始材料)的2％至25％范围之内的丝材。

[0009] 所述防扫描添加剂选择为比所述丝材的基础/初始材料吸收更多的光，或破坏性地反射更多的光，因而难以使用三维扫描仪精确地对具有由这种材料构成的外层或外壳的三维物体进行建模(三维扫描仪依赖于三维物体的表面的可预测光反射来对物体进行精确建模)，所以更难以使用三维打印机来复制。在这方面，一种示例性防反射添加剂是逆反射材料，本文所述的三维打印机使用内置有逆反射材料的塑料丝材(或由逆反射塑料构成的丝材)打印三维物体，这种三维物体比较难以使用三维扫描仪精确地扫描。使用添加剂或填料的一个目的是防止投射在物体上的扫描仪光线到达扫描仪的传感器。这可通过吸收光线、使其不能反射到传感器来实现，或者通过使光线朝远离传感器的方向反射来实现。对于后一个选项，逆反射材料很有效，因为虽然三维扫描仪的传感器的位置可以改变，但是它不与三维扫描仪的光源的位置重合。

[0010] 正如现有技术的丝材那样，具有防扫描添加剂的丝材被拉入打印头中，并被加热装置(在打印头中或挤出嘴中)液化，然后从挤出嘴挤出，以形成或“打印”三维物体的每层。具有防扫描添加剂的丝材可用于整个外层或外壳，或者用于外层或外壳的一个或多个子集/部分，以实现防扫描。例如，三维物体可为电影或动画片人物的小塑像，所述的新型丝材可用于形成小塑像的面部或头部，以便有效地防止可用的面部/头部扫描，从而限制对由三维打印机打印的物体进行复制。

[0011] 更精确地说，本发明提供一种适合于打印三维(3D)物体的打印机，该三维物体难以被三维扫描仪扫描，因而难以提供该三维物体的模型。所述打印机包括具有带加热部分的挤出嘴的打印头、以及具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面的打印台。重要的是，所述打印机还包括载有防扫描丝材的打印材料供应卷轴。所述打印头适合于把防扫描丝材拉入加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体。而且，所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。

[0012] 所述的防扫描外表面是光吸收表面(例如，比由常规塑料丝材构成的表面多吸收20％以上的光)或者是沿一个或多个非常规方向反射光(例如，向光源反射光，而不是以远离光源的常规反射角度反射光)的光反射表面。在所述打印机的一些实施例中，所述防扫描丝材是混合有防扫描添加剂的塑料(例如ABS或PLA初始材料或基材)。所述防扫描添加剂可包含一定量的逆反射材料，一些实施例使用的所述一定量是在所述防扫描添加剂的材料的
2％至25％范围之内，而另一些实施例使用的所述一定量则是在5％至10％范围之内。

[0013] 所述打印机可包括控制器，该控制器根据限定具有防扫描外表面的三维物体的多个打印层的三维物体模型来定位和操作打印头。所述控制器使用所述防扫描丝材来打印防扫描外表面，并使用载有不含防扫描添加剂的塑料丝材的附加打印材料供应卷轴来打印三维物体的其它部分。在某些情况中，所述的打印机(或其系统)可包括打印机接口系统，该打印机接口系统用于接收用户输入，并处理用户输入，以指定防扫描外表面。

[0014] 根据本说明书的另一个方面，所述的丝材与三维打印机结合使用，以提供防扫描能力。所述丝材包括由塑料构成的基材，所述丝材还包括混合到塑料基材中的防扫描添加剂，该防扫描添加剂提高所述塑料的光吸收率，或者修改所述塑料的反射率。在一些实施例中，所述基材是丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)，其构成丝材的至少约75％体积百分数。所述防扫描添加剂可为逆反射材料(例如，多个逆反射微珠等)，在此情况中，所述逆反射材料可占丝材的至少5％体积百分数，在其它情况中，所述逆反射材料占丝材的比例可小于约25％体积百分数。附图说明

[0015] 图1是正在进行打印操作以提供防扫描三维物体的一种三维打印机系统的功能框图，其中，该三维打印机系统具有单个打印头和一个材料供应装置(例如，载有带防扫描添加剂的塑料丝材的卷轴，或者载有防扫描丝材的卷轴)，该材料供应装置可在整个打印过程中使用，也可在打印过程中更换为载有常规塑料丝材的卷轴，以打印表面或不具有防扫描特性的物体元件；

[0016] 图2是使用基于丝材的三维打印机(例如利用图1所示的系统)制造或打印多彩三维物体的一种方法的流程图；和

[0017] 图3是根据本说明书的一种有用设计的三维打印机的俯视透视图；

[0018] 图4示出了一个打印出的三维物体，其中，首先使用不含防扫描添加剂的常规或标准塑料丝材打印三维物体，然后使用标准塑料丝材打印物体的某些部分，再使用防扫描添加剂材料打印其它部分；

[0019] 图5示出了在使用标准塑料丝材打印图4的三维物体时使用三维扫描仪对该三维物体进行扫描的输出；和

[0020] 图6示出了在使用防扫描丝材打印图4的三维物体的某些部分(或表面)时使用相同的三维扫描仪对该三维物体进行扫描的输出。

具体实施方式

[0021] 本发明人认识到，需要一种使得用三维打印机打印的物体(“三维物体”)难以通过把三维扫描仪产生的模型(“扫描仪产生的数字文件”)用作常规三维打印机的输入来复制的技术。而且，本发明人还认识到，常规的三维扫描器使用灯泡、LED和激光等光源，这些光源的光投射到三维物体(例如，常规的三维打印机的物体输出)的不同表面上。三维扫描仪或其光传感器对从三维物体的表面反射的光进行处理，以产生三维物体的三维模型(例如通过确定距每个表面的距离)。简而言之，大多数现有的三维扫描仪依赖于来自目标物体的可预测光反射。本发明人确定，通过提供能打印可从一个或多个外表面(或从外表面的一部分)以受控方式反射光的物体，能够防止或至少限制对该三维物体的复制(例如，使复制比较困难，或者不太精确)。

[0022] 基于这种理解，本发明人设计了一种使用防扫描丝材的三维打印机，该三维打印机可用于打印难以被常规的三维扫描仪精确扫描的三维物体。更确切地说，所述防扫描丝材用于形成三维物体的全部外层或外层部分(例如外壳)，或者形成这种外层或外壳的一部分，使得该三维物体的外表面的至少一些区域以可预测和受控的方式朝远离三维扫描仪的传感器的方向反射光。在一个实施例中，所述防扫描丝材是丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)(或其它塑料)基材或初始材料与防扫描添加剂(例如光吸收材料或强烈光反射材料)结合的产物。

[0023] 具体而言，所述添加剂可为逆反射材料(或逆反射体)，它使投射到使用防扫描丝材打印或形成的表面上的光朝远离扫描传感器的方向反射(即，提供三维扫描仪未预测到的反射)。在打印完成时，许多逆反射元件将成为打印的三维物体(或其外表面/外壳)的不可分割部分，并且在正常照明和/或观察条件下一般是不可见的。但是，当使用三维扫描仪对该三维物体进行扫描时，材料中的逆反射元件会把扫描光直接反射回光源，而不是按三维扫描仪预测和要求的方式向扫描传感器反射。因此，在三维扫描仪产生的打印出的三维物体的模型中，带有逆反射元件的三维物体的表面(或外壳)的部分的建模不正确。例如，检测不到光或检测到的光很少，这使得根本无法对三维物体的部分进行建模，或者估算的距离不精确，因而产生不完善的模型，该模型无法用于形成三维物体的副本。

[0024] 图1是正在进行打印操作以提供防扫描三维物体170的三维打印机系统100的功能框图，该三维打印机系统100具有单个打印头114和一个或多个材料供应装置。如图所示，系统100包括第一卷轴120，第一卷轴120载有防扫描丝材122，例如含有防扫描添加剂的塑料丝，系统100还可包括或使用第二卷轴(未示出)，该第二卷轴载有常规的彩色塑料丝，可用于替换供应卷轴120，以打印不防扫描的表面或物体元件。因此，三维打印系统100配置为允许操作人员使用单个打印头和一个或多个供应卷轴打印三维物体170，该三维物体的所有表面都防扫描(例如由丝材122构成)，或者物体170的一个或多个表面具有这种防扫描能力。

[0025] 如图所示，系统100包括三维打印机110和打印机接口系统150。打印机接口系统150可以是台式电脑、工作站、便携式电脑或平板电脑，或者是可使用三维打印机110进行工作的其它电脑装置，该电脑装置选择并向三维打印机110发送用于打印三维物体170的数字模型169，该数字模型169包含指定为防扫描(即，指定为使用卷轴120上的丝材122打印)的一个或多个表面。为此，打印机接口系统150包括处理器或中央处理单元(CPU)152，该处理器或CPU操作或管理允许系统150的操作人员或用户提供用户输入的输入/输出(I/O)装置
154，例如监视器、触摸屏、鼠标、键盘、喇叭、声音识别装置等。

[0026] 更确切地说，打印机接口系统150可包括存储器装置或数据存储部件(例如电脑可读介质)160(或者能够访问这种存储器装置)，该存储器装置由处理器152管理，以存储用于打印三维物体170的一个或多个数字文件162。而且，系统150可使用CPU 152执行三维打印机接口程序156形式的代码或软件(在电脑可读介质中，例如系统150中的RAM、ROM等)。接口程序156可被下载到系统150中，以允许操作人员与三维打印机110和其打印控制器130交互，三维打印机110可在系统150与三维打印机110的第一联接建立时提供此软件/程序156，或者，软件/程序156可单独下载(例如，通过向系统150中插入光盘、通过访问与三维打印机110相关的网址等)。

[0027] 在实际应用中，三维打印机接口程序156可适合于使系统150和I/O装置154向用户显示一系列接口画面。用户可通过首先生成三维物体的三维模型164来选择待打印的三维物体，此定义还可包括设置物体170的外壳的厚度和充填结构(例如一个或多个蜂窝形图案)。

[0028] 重要的是，三维物体模型164可包含多个物体元件或部分166，操作人员可为这些物体166之中的一个或多个或其所有表面或一部分表面(如168处所示)指定防扫描特性。例如，如图1所示，三维物体170(例如海盗的小塑像)由三维打印机使用丝材122和常规丝材打印。制造人员指定了(如168处所示)头部172(第一物体元件)和腿部176(第二物体元件)应形成为防止或限制被三维扫描仪扫描。因此，当三维打印机110进行打印物体170的操作时，它在控制器130的控制下使用供应卷轴120上的含有防扫描添加剂的丝材122至少打印头部172和腿部176的外表面/外层，并使用来自于第二卷轴的丝材(例如不含防扫描添加剂的常规塑料丝)形成躯体174。但是，在其它情况中，可使用丝材122打印整个物体170，从而物体
170的所有表面都能限制有效扫描(例如，通过受控的反射和/或通过光吸收表面/材料)。

[0029] 打印机接口程序156可适合于提供在使用特定的三维打印机110时可指定有防扫描标记168的物体元件或表面166的列表，而一些实施例可配置打印控制程序134以处理防扫描标记168，从而自动选择防扫描的物体元件/表面166。在其它实施例中，三维打印机接口程序156(或其防扫描模块或一个独立的程序)可接收三维物体模型164，并以随机方式或其它方式选择一个或多个物体元件166或其所有表面或部分表面以指定168为防扫描元件/表面。然后，在操作过程中，打印机接口系统150可与三维打印机110通信(通过无线或有线方式)，包括向三维打印机110发送全彩数字模型169(或向三维打印机发送数字文件162)，以便由打印控制程序134用于打印防扫描三维物体170(在其它情况中，打印控制程序134根据打印的需要访问存储器160中的数字文件162，而不是向三维打印机传送模型169)。

[0030] 三维打印机110包括具有上表面或外露表面113的建造板或打印台112，从打印头114向该表面打印熔化的塑料(含有防扫描添加剂)，以形成防扫描三维物体170。这可从图1中看出，其中，三维物体170具有不同的元件或表面172、174、176，可使用来自于供应卷轴
120的含防扫描添加剂的丝材122打印每个元件或表面(或者仅使用丝材122打印每个物体元件/部分172、174、176的外壳部分，而使用常规塑料丝形成内芯部分，因为在使用三维扫描仪进行扫描的过程中，这部分不暴露在光线下)。为此，三维打印机110包括带有加热挤出嘴116的打印头114，该挤出嘴具有尖端/出口118，液态塑料(包含防扫描添加剂)从该尖端/出口118被喷出或挤出，以逐层构建物体170。在某些情况中，加热挤出嘴116可包括围绕一根管布置的加热装置或加热线圈，而在另一些情况中，在尖端/出口118的上游提供熔化/加热室。

[0031] 而且，三维打印机110包括供应卷轴120形式的打印材料供应装置，在该供应卷轴上缠绕有一段用于防止或限制三维扫描的塑料材料。更确切地说，所述塑料材料以含有防扫描添加剂的丝材122的形式提供，该丝材可如箭头123所示被拉入挤出嘴116中，在挤出嘴中被加热装置熔化或液化。例如，丝材122可为能够在三维打印中使用的ABS、PLA或其它塑料的形式，在其中添加有一定量的能够提高光吸收率或改变光反射率从而阻碍三维扫描仪感测反射光的添加剂或材料。例如，通过向ABS、PLA或其它塑料添加一定量的逆反射材料或逆反射体(例如逆反射塑料)，可改变反射。“逆反射体”是把光反射回光源并最大限度减少散射的任何材料，例如，配置为角形反射器、猫眼反射器、或相位共轭镜的材料/元件(例如微珠等)。添加剂的量可为10％至25％，以根据需要改变使用防扫描丝材122打印的物体元件或表面的反射。

[0032] 三维打印机110包括控制器130，该控制器130与打印机接口系统150接口，以根据数字文件162打印防扫描三维物体170。控制器130包括处理器132，该处理器132执行或运行打印控制程序134形式的软件/代码(例如，在可由CPU 132访问的电脑可读介质中的代码)。打印控制程序134配置为有选择性地使丝材122被从卷轴120(例如通过齿轮传动)如箭头
123所示拉入打印头114中。打印控制程序134识别三维物体模型164中的防扫描标记168，并使用这种识别信息选择带有丝材122的卷轴120(或指示应把缠绕有常规丝材的卷轴更换或替换为卷轴120)，例如当只有打印三维物体170中的部分172、176是防扫描的而其它部分
174使用常规丝材打印时。在三维物体170的每层中，塑料的外层或外表面可包含防扫描添加剂，或者整个层可由丝材122形成，以提供带有防扫描添加剂的塑料。

[0033] 图2示出了可根据本说明书执行的三维打印方法200，例如通过操作图1所示的系统100或图3所示的三维打印机。方法200从步骤205开始，例如以可通信的方式把打印机接口系统/电脑与三维打印机联接起来，向供应卷轴加载打印材料(例如含有或不含有防扫描添加剂的塑料丝)，以及在用户的打印机接口系统/电脑上提供三维打印机-用户设备接口软件。在某些情况中，还必须使三维打印机有时间预热，包括把挤出嘴加热至可用的塑料液化/熔化温度范围内的某个温度。

[0034] 在步骤210中，方法200包括：产生物体的三维模型，或者获取/选择以前产生的三维模型。所述三维模型包括把防扫描表面至少映射到三维物体的外壳或外层的映射、或者为建模的三维物体的每个物体元件或外表面指定的防扫描标记。在步骤220中，方法200包括：把包含三维模型的数字文件传送至本文所述的用于多彩打印的三维打印机(或者，在步骤220中和使用传送的信息打印的过程中，三维打印机的控制器可访问存储有数字文件的存储器装置)。

[0035] 在步骤230中，方法200包括：三维打印机控制或打印软件工作，以处理物体的三维模型。所述处理包括：定义在打印三维物体时使用的物体的三维模型的打印层或薄片。在步骤230中，三维打印软件确定或识别用于指定为整个物体或物体部分(的不同层或单个层)使用防扫描丝材或标准丝材的标记，并可包括指定仅为每个打印层的壳部(或其它表面/外层)使用防扫描丝材，以限制用于三维打印的防扫描添加剂的量(例如，在某些情况中控制材料成本)。

[0036] 在步骤240中，方法200包括：确定是否有需要打印的其它层(例如，使用运行在三维打印机上的打印软件来确定)。如果有，则方法200转至步骤250，即，获取下一层的定义，包括为下一个打印层的整个层或一部分指定的防扫描标记。在步骤254中，方法200包括：把附加的打印材料量(含有或不含有防扫描添加剂的塑料丝材，这取决于在步骤250中获取的定义)拉入打印头中，例如通过操作电机来转动夹紧丝材的齿轮。在步骤260中，方法200包括：对含有逆反射体或其它防扫描添加剂的打印材料(例如ABS塑料)进行加热，以便至少液化防扫描丝材的ABS塑料或基材/初始材料(例如，在一些实施例中，逆反射体或其它添加剂不溶化，而是具有足够小的尺寸(例如，极细小的金属珠)，使其能穿过打印机的挤出嘴，而不发生堵塞)。

[0037] 在步骤280中，方法200包括：把现在为液态的打印材料(至少对于打印步骤200的一部分包含防扫描添加剂)挤出到打印台上或以前打印的层上，同时相对于打印台定位挤出嘴，以打印当前物体层。在打印完一层后，方法200转至步骤240，即，确定是否需要打印更多的层。在某些情况中，在打印一层的过程中，可以更换打印材料，以便使用防反射材料打印外壳，并且方法200可包括停止打印并提示操作人员切换供应线轴(更换为载有含防扫描添加剂的丝材的线轴，或者把该线轴更换为其它线轴)。若在步骤240中需要打印更多层，则方法200包括：把挤出嘴竖向抬离打印台至新的打印层高度/竖向位置，并重复步骤250-280。若不需要打印更多层，则方法200在步骤290终止，例如把打印头从打印的三维物体移走，关断挤出嘴加热装置，并指示打印完成(例如，通过打印机接口电脑系统中的用户界面)。

[0038] 虽然用于实施本发明的三维打印机的特定实现可能有所不同，但是提供一种可打印防扫描三维物体的三维打印机的示例性配置可能有用，该三维打印机具有单个打印头和单个打印材料供应装置(该打印材料供应装置可根据需要切换，以使用不含防扫描添加剂的塑料丝来打印层或层的部分)。图3是可用于打印防扫描三维物体的三维打印机300的俯视透视图。三维打印机300包括框架或机壳310，在该框架或机壳上安装有打印台或平台314，可对该打印台或平台加热，以最大限度地减少塑料材料在冷却/打印过程中的卷曲(例如，使用ABS塑料)。所述三维打印机包括带有打印头324的打印头组件320以及安装和定位组件322。三维打印机300可包括母板，该母板用于通过存储卡/装置的USB或类似通讯端口从电脑接收三维模型数据，并把此数据发送至控制器。

[0039] 具体而言，三维打印机300可包括用于控制打印头324及组件322的运动的驱动电机(或者，在另一些实施例中，是通过构建平台314的移动来控制)。例如，可提供Z轴电机，以沿竖直方向相对于构建平台314的上表面升降打印头324，并且，还可包括X轴和Y轴电机，它们用于相对于构建平台314和平台314上的以前打印的三维物体层沿侧向和前后方向移动打印头324。可包括步进电机控制器，以便把来自于母板上的控制器的命令转化为脉冲，以精确移动步进电机并精确定位打印头324。打印头324包括在加热室或挤出端330上与打印嘴334一起布置的加热装置。

[0040] 在安装到框架310上的可旋转或转动的卷轴340上提供打印材料，在卷轴上缠绕一定长度或一定量的防扫描丝材342(例如，由混合有一定量的防扫描添加剂(例如多个逆反射体)的ABS或其它塑料基材或初始材料构成的细丝)。打印头组件320可包括用于把防扫描丝材342拉入出口/挤出嘴334上游的管344中的步进电机，挤出端330的加热装置可把拉入或送入的丝材342加热至预定温度范围，以液化或熔化丝材(并且在某些情况中熔化防扫描添加剂，而在其它情况中，防扫描材料(例如逆反射材料/逆反射体)不熔化)。例如，可使用加热筒来向金属芯施加热量，从而熔化丝材342，并且金属芯可包在绝缘材料中。然后，把熔化的塑料材料以细流的形式从挤出嘴334挤出，从而在构建平台314上逐层构建三维物体(例如，每层可为大约0.3毫米厚)。

[0041] 图4示出了一个打印出的三维物体400，其中，首先使用不含防扫描添加剂的常规或标准塑料丝材打印三维物体(例如易被三维扫描仪复制的常规三维物体)；然后使用标准塑料丝材打印物体的某些部分，再使用防扫描添加剂材料打印其它部分。然后，可使用三维扫描仪扫描以这两种方式打印的三维物体400，结果分别在图5和图6中示出。

[0042] 如图4所示，三维物体400是动画人物或动物的小塑像，具有头部410、躯体420(躯干和手臂)、以及下部430(腿和脚，可能被鞋袜遮盖住)。为了制造三维物体400，可使用数字三维模型进行第一轮打印，该数字三维模型定义三维物体400的形状和尺寸以及其物体元件/部分410、420、430(例如，可为蜂窝型、实心型或其它构造的外壳和内部特征)和外表面或外露表面411、421、431。第一轮打印可涉及三维打印机，该三维打印机使用缠绕有不含或基本上不含防扫描添加剂(如本文中所述和所定义的防扫描添加剂)的塑料丝的供应卷轴。而且，为了制造三维物体400，可使用同一个三维模型和同一台(或另一台)三维打印机进行第二轮打印。

[0043] 第二轮打印可涉及使用三维模型和缠绕有塑料丝的供应卷轴操作三维打印机，该塑料丝包含防扫描添加剂，例如光吸收添加剂或破坏性的光反射添加剂(例如不提供标准的表面反射的材料，例如逆反射材料或多个逆反射体)。此卷轴可用于打印下部或物体元件430(或至少外表面/外壳431)以及躯体和物体元件420(或至少外表面/外壳421)，缠绕有常规丝的卷轴可用于打印头部、充填部分、或物体元件410(包括外表面/外壳411)(或者，在其它实施例中，也可使用防扫描丝来提供此部分410)。

[0044] 通过这种方式，第一轮打印中的物体400的外表面(或外壳)411、421、431提供常规的或可预测的光反射。相比之下，通过第二轮打印提供的物体元件/部分420(躯干或躯体)和430(下部或腿和脚)的外表面(或外壳)421和431提供更好的受控反射，能够降低甚至破坏三维扫描的效果，因为三维扫描在产生这种外表面的三维模型时(例如，计算从接收反射光的传感器至三维物体的外表面的距离)依赖于物体的外表面的可预测光反射。在此例子中，物体元件/部分410(小塑像头部)是使用常规塑料丝形成的，从而其外表面或外壳411提供比较可预测的光反射(例如，很容易被三维扫描仪扫描)。

[0045] 图5示出了对图4所示的由标准三维打印塑料丝形成的三维物体400进行扫描的三维扫描仪(未示出)的输出500。大多数(虽然不一定是全部)商售扫描仪以从三维物体表面反射光然后产生该物体的三维模型的方式工作。在此方面，输出500代表由三维扫描仪通过反射物体元件410(头部)、420(躯体/躯干)和430(下部或腿和脚)的表面411、421、431的光而产生的三维模型。从图5能够看出，三维扫描仪的输出或模型500提供在510、520、530处所示的每个物体元件的较精确的再现，例如，物体元件510在大小和形状上与元件410类似，元件520在大小和形状上与元件520类似，元件530在大小和形状上与元件530类似。因此，不论有或者没有附加的处理和表面操控，输出/三维模型都可轻松用于产生三维打印机的三维模型文件，对于完全使用常规塑料丝制造的三维物体400，这有助于轻松复制三维物体400。

[0046] 图6示出了同一台扫描仪在扫描图4所示的三维物体400时的输出/三维模型600，其中，使用防扫描丝材打印三维物体400的部分420和430或至少打印表面421和431，并且使用常规塑料丝打印物体元件(头部)410。如图所示，扫描仪输出600包含使用常规塑料丝形成的物体元件/头部610的良好再现，因为物体元件/头部410的表面411提供来自于三维扫描仪的良好或可预测反射光，该反射光会被扫描仪的传感器捕获/接收。

[0047] 但是，扫描仪输出600包含不是物体的躯体420的良好再现或复制的第二物体元件/躯体(或躯干)620。实际上，物体元件/躯体620的一个或多个构造或部分622是“浮动的”，或者与躯体/物体元件620的其余部分脱离。例如，躯干620的手臂622是脱离的，因为它们在扫描的三维物体400的躯体420之内。这是因为用于打印躯体/物体元件420的丝材包含防扫描添加剂(例如，至少在外表面/外壳421上有一定量的逆反射体)，它会导致投射到表面421上的光被吸收，或者被以非常规的方式反射，使得扫描仪的光传感器不能检测到足够的光量，因而不能正确对躯体/物体元件420建模，如建模后的躯体620和其浮动的或脱离的/无支撑的构件622所示。如果不进行大量修改和程序设计工作就使用模型/输出600来尝试产生三维打印机输入文件(输入三维模型)，那么三维打印机将无法打印浮动构件622，并且躯体/物体元件620不会是扫描的三维物体400的物体元件/躯体420的良好副本，因为其形状/尺寸明显不同。

[0048] 同样地，扫描仪输出600包含不是物体的下部430的良好再现或复制的第三物体元件/下部(或腿和脚)630。实际上，物体元件/下部630的一个或多个构造或部分622是“浮动的”，或者与下部/物体元件630的其余部分脱离。例如，下部630的腿和/或脚632是脱离的，因为它们在扫描的三维物体400的下部430之内。这是因为用于打印下部/物体元件430(或至少其外表面/外壳431)的丝材包含防扫描添加剂(例如，至少在外表面/外壳431上有一定量的逆反射体)，它会导致投射到表面431上的光被吸收，或者被以非常规的方式反射，使得扫描仪的光传感器不能检测到足够的光量，因而不能正确对下部/物体元件430建模，如建模后的下部630和其浮动的或脱离的/无支撑的构件632所示。如果不进行大量修改和程序设计工作就使用模型/输出600来尝试产生三维打印机输入文件(输入三维模型)，那么三维打印机将无法打印浮动构件632，并且下部/物体元件630不会是扫描的三维物体400的物体元件/躯体430的良好副本，因为其形状/尺寸明显不同。

[0049] 虽然在本发明的说明和图示中有一定程度的特殊性，但是应理解，本发明的公开是以示例性方式给出的，在不脱离所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域的技术人员能够对各个部分的组合和布置形式做出各种变化。

[0050] 防扫描材料优选选择为与用作三维打印机的防扫描丝材的基材/初始材料的特定塑料材料(ABS、PTA等)相容。所述三维打印机可利用熔丝制造(FFF)方法使用输入三维模型来进行构建操作，该输入三维模型包括限定或指定为将使用防扫描丝材形成的表面或物体元件、以及将使用常规塑料丝形成的表面或物体元件(如果有)。

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