顆粒在線訊：近日，由華南理工大學(xué)陳廣學(xué)教授及其博士生袁江平、與德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院及英國利茲大學(xué)共同完成的理論研究成果《Accurate and Computational: A Review of Color Reproduction in Full-color 3D Printing》發(fā)表于期刊《Materials & Design》（中科院1區(qū)Top期刊，IF=7.991）。該論文的發(fā)表使得華南理工大學(xué)數(shù)字印刷與智能包裝學(xué)術(shù)團(tuán)隊、的國際影響力得到進(jìn)一步提升。

圖1、論文出版首頁截圖及作者信息簡介

從產(chǎn)業(yè)化角度看，3D打印主要分為功能性3D打印與彩色3D打印兩大類，而全彩色3D打印是彩色3D打印的更高級形式，其目標(biāo)是實現(xiàn)全色域的色彩精確輸出。全彩色3D打印在文化創(chuàng)意、科普教育、服飾藝術(shù)、品牌3D營銷及餐飲食物等需要顏色準(zhǔn)確表達(dá)的定制應(yīng)用有巨大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用潛能。然而，對于ISO/ ASTM 52900標(biāo)準(zhǔn)給出的所有3D打印成型原理，如圖2所示，并不都能實現(xiàn)全彩色3D打印，其核心挑戰(zhàn)在于當(dāng)前全彩色3D打印工藝的顏色再現(xiàn)機理認(rèn)知不清楚，缺乏客觀的顏色精確再現(xiàn)理論方法及普適性評價體系。

為此，陳教授團(tuán)隊獨辟蹊徑，從著色精度、呈色精度及測色精度共三大共性挑戰(zhàn)的理論分析及文獻(xiàn)梳理出發(fā)，總結(jié)了面向全彩色3D打印的四大類顏色再現(xiàn)方法的研究特點。該論文系統(tǒng)性展示了3D打印領(lǐng)域涉及彩色3D打印的主流研究現(xiàn)狀，并梳理了其工藝原理及著色材質(zhì)特點，還呈現(xiàn)了當(dāng)前所測試的彩色3D對象的幾何特性。

圖2、 3D打印機通用的核心工藝對比

分析結(jié)果表明：屬于色差比色法與計算輔助著色法的研究文獻(xiàn)都關(guān)注了兩大類色彩精確性問題，而其他方法僅限一類色彩精確性問題研究。對于色彩再現(xiàn)方法所依托的打印材料匹配上看，色差比色法與計算輔助著色法的研究文獻(xiàn)都涵蓋了主流著色材質(zhì)，但其細(xì)分的具體著色方法間還存在差異；光學(xué)參數(shù)建模法的研究群體關(guān)注了塑基與粉基彩色3D打印工藝，但其在紙基彩色3D打印顏色再現(xiàn)優(yōu)化的研究目前還處于空白。紙基3D打印中紙張著色區(qū)域切割粘合所形成的彩色輪廓的油墨滲透特征所具有的光學(xué)特性更為復(fù)雜，同時也無法實現(xiàn)透明型幾何模型成型。

圖3、 基于半色調(diào)法的彩色3D打印顏色再現(xiàn)控制框架

為解決上述問題，該論文基于彩色3D打印的顏色傳遞流程，對比3D半色調(diào)法控制著色材料與填充材料的數(shù)字化分配策略（見圖3），提出了適用于各材質(zhì)彩色3D打印的顏色精確再現(xiàn)框架。該框架具有跨材質(zhì)與跨尺度的雙向擴展性，并提出了邊界全色調(diào)著色理論與底基呈色效率預(yù)測模型的集成控制理念，有望為國產(chǎn)彩色3D打印設(shè)備顏色精確再現(xiàn)優(yōu)化提供全新的工藝開發(fā)路徑，為彩色3D打印顏色精確再現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。

近年來，陳廣學(xué)教授團(tuán)隊在彩色3D打印領(lǐng)域的研究得到了國家自然科學(xué)基金“”和廣東省科技計劃等多個項目的資助，發(fā)表了多篇高水平論文、申報及獲得了多項發(fā)明專利，參編的《New Trends in 3D Printing》著作Chapter 2部分全球下載量達(dá)到2300余次，相關(guān)研究處于國際彩色3D打印研究的前沿。

本工作依托華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院、制漿造紙工程國家重點實驗室，得到國家自然科學(xué)基金面上項目(61973127)、廣東省產(chǎn)學(xué)研科技專項 (2017B090901064)等項目的資助。

原文開源下載鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109943

引用格式：Jiangping Yuan, Guangxue Chen, Hua Li, Hartmut Prautzsch, Kaida Xiao. Accurate and Computational: A review of color reproduction in Full-color 3D printing [J]. Materials & Design. 2021, 29,109943, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109943.