顆粒在線訊：近日，由華南理工大學陳廣學教授及其博士生袁江平、與德國卡爾斯魯厄理工學院及英國利茲大學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數(shù)字印刷與智能包裝學術團隊、的國際影響力得到進一步提升。

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、品牌3D營銷及餐飲食物等需要顏色準確表達的定制應用有巨大的產(chǎn)業(yè)應用潛能。然而，對于ISO/ ASTM 52900標準給出的所有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)在于當前全彩色3D打印工藝的顏色再現(xiàn)機理認知不清楚，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)的理論分析及文獻梳理出發(fā)，總結了面向全彩色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特點，還呈現(xiàn)了當前所測試的彩色3D對象的幾何特性。

圖2、 3D打印機通用的核心工藝對比

分析結果表明：屬于色差比色法與計算輔助著色法的研究文獻都關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都涵蓋了主流著色材質，但其細分的具體著色方法間還存在差異；光學參數(shù)建模法的研究群體關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特性更為復雜，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彩色3D打印的顏色精確再現(xiàn)框架。該框架具有跨材質與跨尺度的雙向擴展性，并提出了邊界全色調著色理論與底基呈色效率預測模型的集成控制理念，有望為國產(chǎn)彩色3D打印設備顏色精確再現(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)國際標準的制定提供理論依據(jù)。

近年來，陳廣學教授團隊在彩色3D打印領域的研究得到了國家自然科學基金“”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部分全球下載量達到2300余次，相關研究處于國際彩色3D打印研究的前沿。

本工作依托華南理工大學輕工科學與工程學院、制漿造紙工程國家重點實驗室，得到國家自然科學基金面上項目(61973127)、廣東省產(chǎn)學研科技專項 (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.