大幅面高精度粘結噴射3D打印的基礎軟件—RIP

　　粘接劑噴射3D打印(BJAM)最終打印的是點陣數據，而要打印的3D模型是基于坐標的矢量數據，三維CAD模型進行切片后，必需將切片數據進行位圖繪圖得到點陣數據，才能發給打印機進行打印。因此對矢量數據進行位圖繪圖的質量，直接關系到最終打印成品的精度。RIP(光柵圖像處理器，Raster Image Processor)軟件的核心工作就在于此。通俗地講，它的作用就是把計算機制作版面中的各類圖像、圖形和文字等解釋運算、轉變成可供打印設備接收并控制機器打印輸出的光柵點陣數據。RIP軟件在3D打印中的工作流程如下：

　　RIP軟件對于彩色打印的重要性不言而喻，即使對于高精度要求的BJ金屬3D打印機來說也是至關重要的，它直接影響噴墨的效果和質量。當然，對于普通精度要求的BJ砂型打印機來說，其RIP算法就簡單得多。對于高速高精度BJ金屬打印系統，通常需要采用高分辨率(DPI)繪圖算法實現位圖繪圖，得到更加精細的點陣位圖，保證矢量到點陣數據有足夠的精度，但是高精度點整數據必然占用大量計算機內存，特別是大幅面打印機，通常需要在打印過程中實時進行RIP數據輸出，才能保證在提供大幅面高精度數據輸出，同時占用較小的計算機內存?？梢哉J為，不具備在線RIP功能的BJ金屬打印機，就實現不了大幅面高精度打印，下面簡單介紹BJ金屬打印與RIP相關的主要工作。

　　1. 在線實時高精度數據處理(RIP)

　　如果不能在線實時進行數據處理并輸出給打印機進行打印，而是采用第三方RIP軟件進行圖形處理，通常需要保存為位圖。當打印幅面大，位圖分辨率高(如大于720DPI)時，數據占用計算機內存很容易超過1G以上，有甚至會直接造成計算機崩潰。因此需要在打印機工作時在線實時進行數據處理(RIP)，既保證較小的計算機內存占用，又能輸出高精度打印數據。

　　2. 全映射無損布點

　　根據CAD模型切片矢量數據繪制的高精度位圖，在轉換為噴頭能識別的點陣數據中，必須保證數據完全一一對應，否則打印出的實物就會發生尺寸偏差，造成尺寸錯誤或精度偏差。需要開發對位圖數據的全映射無損布點RIP算法，實現位圖數據到點陣數據再到噴孔位置的完全一一對應，在打印數據處理層面實現不因數據處理算法處理而丟失精度，為最終高精度打印提供可靠保證。

　　3. 精細墨量調節技術

　　在BJ金屬打印工藝中，金屬粉末對墨水的噴墨量非常敏感，在每層打印中噴墨過多或過少，都會直接影響打印的質量。因此作為工藝參數的墨量值必須通過實際打印測試，才能得到針對固定打印環境和基材的最優值。在打印過程中調節墨量通常的方法是對點陣進行抽點，實現0-100%墨量的實時精細調整。而為了保證打印精度的同時做到墨量的精細調節，將需要噴墨的點陣數據分成輪廓數據和填充數據，墨量調節抽點時只在填充數據中進行，還需要通過算法實現均勻調節填充數據的點數，完成整體噴墨量的調節。

　　4. 無外偏筆寬輪廓繪圖技術

　　上面已經介紹，為了保證打印精度同時提供精細墨量調節，需要將噴墨的點陣數據分成輪廓數據和填充數據，墨量調節抽點時只在填充數據中進行，而輪廓的寬度多是向輪廓線兩邊擴展，會造成墨水滲透增多，墨水滲透出圖形邊界過多之后，會造成實際零件實體部分尺寸偏大。這方面與激光3D打印技術類似，通常采用光斑補償來解決。但是大半徑的光斑補償也會存在細節數據丟失，造成圖形中一些細微區域無法打印出來。為了減小墨水滲透的影響，繪圖時實現內偏筆寬，是輪廓線寬度只往實體內部區域偏置，解決了位圖繪圖因筆寬外偏造成的尺寸精度問題，也避免了傳統繪圖算法最后還需對筆寬進行補償的問題。對于BJ金屬打印，采用內偏筆寬技術之后的光斑補償半徑可以做到小于0.05mm，提高了打印精度，增強了打印對細節的描述。

　　5. 多材質噴射的數據處理技術

　　實際應用中會出現噴射多種不同粘結劑材料完成打印的要求(比如固化劑與粘結劑分開打印)，而不同粘結劑材料需噴射到同一點上，或均勻噴射到不同的點了。多材質噴射的數據處理技術需要通過RIP軟件來實現不同噴頭(噴孔)根據打印數據噴射不同的墨水，通過關聯噴頭噴孔位置進行布點，匹配噴頭并聯、串聯和串并結合的打印方式進行數據處理，實現多種粘結劑材料噴射打印的要求。

　　6. 容堵打印控制方法

　　噴頭的噴孔堵塞一直是粘結噴射3D打印極為頭痛的問題,堵塞的噴孔造成打印缺陷在零件Z向的積累，直接造成打印零件斷裂。如果能夠把少數堵塞噴孔造成的打印缺陷分散在零件內部，而不是聚集在某一位置，零件的性能是可以容許那些缺陷存在的。容堵打印控制技術通過RIP算法調整每個噴頭每PASS的打印數據，在打印中實現當前層和上下層噴孔隨機換位，使噴孔堵塞點在每層打印的位置不定。容堵打印控制技術會避免因噴孔堵塞造成固定位噴墨不佳而出現成品斷裂的情況出現，經過測試，對于砂型3D打印，即便噴頭有40%的堵塞也可能打出合格成品。

缺陷孔的分散示意圖

　　國內由于過來從事BJAM商業化的企業主要集中砂型打印方面，而砂型打印精度要求一般，很多企業都采用了傳統噴繪行業的第三方簡單RIP算法來實現砂型打印，而國內從事彩色和金屬BJ技術研發的團隊較少，國外從事BJ技術生產的企業內置的RIP算法也讓用戶感受不到RIP軟件的存在，很多人因此忽視了RIP數據處理對BJ技術的重要性，武漢易制科技有限公司希望通過此篇文章的發表，呼吁從事BJ技術研發的機構或個人(特別是專業的研究機構)多重視數據軟件開發。由于BJ金屬打印技術絕不是集成了3D打印切片軟件、機架和傳統噴繪行業的控制系統就夠了，要做好BJAM打印機，必須重視RIP等數據處理軟件，這可能是最終限制產品質量的重要因素。