华南理工大学陈广学教授团队在《Materials & Design》发表彩色3D打印的最新理论成果

颗粒在线讯：近日，由华南理工大学陈广学教授及其博士生袁江平、与德国卡尔斯鲁厄理工学院及英国利兹大学共同完成的理论研究成果《Accurate and Computational: A Review of Color Reproduction in Full-color 3D Printing》发表于期刊《Materials & Design》（中科院1区Top期刊，IF=7.991）。该论文的发表使得华南理工大学数字印刷与智能包装学术团队、的国际影响力得到进一步提升。

图1、论文出版首页截图及作者信息简介

从产业化角度看，3D打印主要分为功能性3D打印与彩色3D打印两大类，而全彩色3D打印是彩色3D打印的更高级形式，其目标是实现全色域的色彩精确输出。全彩色3D打印在文化创意、科普教育、服饰艺术、品牌3D营销及餐饮食物等需要颜色准确表达的定制应用有巨大的产业应用潜能。然而，对于ISO/ ASTM 52900标准给出的所有3D打印成型原理，如图2所示，并不都能实现全彩色3D打印，其核心挑战在于当前全彩色3D打印工艺的颜色再现机理认知不清楚，缺乏客观的颜色精确再现理论方法及普适性评价体系。

为此，陈教授团队独辟蹊径，从着色精度、呈色精度及测色精度共三大共性挑战的理论分析及文献梳理出发，总结了面向全彩色3D打印的四大类颜色再现方法的研究特点。该论文系统性展示了3D打印领域涉及彩色3D打印的主流研究现状，并梳理了其工艺原理及着色材质特点，还呈现了当前所测试的彩色3D对象的几何特性。

图2、 3D打印机通用的核心工艺对比

分析结果表明：属于色差比色法与计算辅助着色法的研究文献都关注了两大类色彩精确性问题，而其他方法仅限一类色彩精确性问题研究。对于色彩再现方法所依托的打印材料匹配上看，色差比色法与计算辅助着色法的研究文献都涵盖了主流着色材质，但其细分的具体着色方法间还存在差异；光学参数建模法的研究群体关注了塑基与粉基彩色3D打印工艺，但其在纸基彩色3D打印颜色再现优化的研究目前还处于空白。纸基3D打印中纸张着色区域切割粘合所形成的彩色轮廓的油墨渗透特征所具有的光学特性更为复杂，同时也无法实现透明型几何模型成型。

图3、 基于半色调法的彩色3D打印颜色再现控制框架

为解决上述问题，该论文基于彩色3D打印的颜色传递流程，对比3D半色调法控制着色材料与填充材料的数字化分配策略（见图3），提出了适用于各材质彩色3D打印的颜色精确再现框架。该框架具有跨材质与跨尺度的双向扩展性，并提出了边界全色调着色理论与底基呈色效率预测模型的集成控制理念，有望为国产彩色3D打印设备颜色精确再现优化提供全新的工艺开发路径，为彩色3D打印颜色精确再现国际标准的制定提供理论依据。

近年来，陈广学教授团队在彩色3D打印领域的研究得到了国家自然科学基金“”和广东省科技计划等多个项目的资助，发表了多篇高水平论文、申报及获得了多项发明专利，参编的《New Trends in 3D Printing》著作Chapter 2部分全球下载量达到2300余次，相关研究处于国际彩色3D打印研究的前沿。

本工作依托华南理工大学轻工科学与工程学院、制浆造纸工程国家重点实验室，得到国家自然科学基金面上项目(61973127)、广东省产学研科技专项 (2017B090901064)等项目的资助。

原文开源下载链接：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.