让明暗、色彩与透明度都能被3D打印出来——Stratasys体素打印
提到3D打印，我们通常会想到：先建立一个三维模型，再由设备逐层制造出它的几何形状。
在常规工作流中，模型主要用于定义物体的外部轮廓。颜色通常以纹理的方式附着在表面，材料则按照整个零件或预先划分的几何区域进行设置。但真实世界中的许多信息，并不只存在于物体表面。
透明结构内部逐渐变化的色彩、医学模型中的组织分布、科研数据中的密度差异，以及从柔软到坚硬的材料变化，都存在于完整的三维空间之中。
体素打印提供了一种更深入的表达方式：将3D打印的控制单位，从整个模型或几何区域，进一步细化到模型内部的每一个空间单元。
从像素到体素
打印模型内部的信息
数字图片由大量像素组成。每一个像素，都可以记录自己的位置、颜色和明暗信息。体素(Voxel)可以理解为像素在三维空间中的延伸。像素存在于二维平面，体素则同时具有长、宽、高三个方向上的位置信息，因此也常被称为“三维像素”。
在体素打印中，模型内部的不同位置可以被赋予不同的色彩、透明度和材料组合。
这意味着，模型不再只是一个等待被材料填充的几何外壳。它内部的每一个体素，都可以承载特定的信息，例如：
- 色彩与灰度变化
- 透明、半透明与不透明效果
- 刚性与柔性材料分布
- 材料比例与硬度变化
当这些体素共同组成一个实体时，3D打印所表达的便不再只有外部轮廓，还包括模型内部的层次与材料关系。
明暗与透明度
如何被打印出来?
严格来说，3D打印并不是将光线或阴影直接打印进模型。体素打印所实现的，是将数字数据中的明暗、灰度、密度和透明度等参数，映射为不同的颜色、材料比例与空间分布。
较暗的区域，可以对应更深的颜色或更高的不透明度;较亮的区域，则可以采用更浅或更透明的材料组合。当光线照射或穿过实体模型时，分布在模型内部的材料差异，便会共同形成可见的明暗变化、透明层次和体积感。
因此，体素打印呈现的并非简单的表面着色，而是由模型内部材料结构共同形成的整体视觉效果。
从体素数据到真实材料
将数字模型划分为大量体素只是第一步。真正的挑战在于：如何按照数据定义，在模型内部的不同位置准确放置相应的颜色和材料。
如果打印设备一次只能使用一种材料，体素数据中的色彩、透明度和柔硬变化，最终仍会被压缩为单一实体。即使可以切换材料，如果材料只能按照几个独立的几何区域分配，也很难呈现连续变化的内部结构。
基于PolyJet多材料喷射技术，Stratasys可以在同一次打印过程中使用多种基础材料，并在逐层制造过程中形成不同的颜色、透明度、刚性与柔性效果。体素数据中定义的材料变化，因此无需被拆分成大量独立零件，而可以在同一个连续模型中完成。普通全彩3D打印主要描述模型表面的颜色，而Stratasys Voxel Print则进一步将材料控制延伸至模型内部。
体素打印与常规打印对比
颜色不再只是覆盖在表面的纹理，透明度也不必在整个零件中保持一致。不同体素可以根据输入数据，被映射为相应的PolyJet材料或材料组合，从而形成内部图案、透明包裹、色彩渐变与柔硬过渡。
从数据到打印
还需要哪些步骤?
体素打印的起点，是已经完成处理和定义的体素数据。以医疗应用为例，CT或MRI提供的是原始影像信息。在进入打印流程之前，通常还需要借助专业医学影像软件完成分割、三维重建，并根据应用需求定义不同区域所对应的颜色、透明度或材料属性。科研计算、三维扫描和算法生成的数据，也需要经过相应的数据处理过程，转换为可用于打印的体素切片。
在这条工作流中，Stratasys Voxel Print承接的是从数字定义到材料输出的关键一步：将已有体素数据中的颜色、透明度、硬度等属性，映射为PolyJet设备可以执行的材料组合与空间分布。
因此，Voxel Print不会直接将一组CT、MRI或其他原始数据自动转化为可打印模型。上游软件负责生成和定义体素数据，Voxel Print与PolyJet平台则负责将这些已经定义好的体素信息，进一步转化为真实材料。
这种开放的工作方式，也使用户能够根据不同应用建立自己的数据处理和映射逻辑，再通过PolyJet完成最终的实体输出。
让更多三维数据获得实体形态
体素打印的意义，并不只是让模型看起来更加真实。
- 在医学应用中，经过处理的数据可以通过颜色、透明度与柔硬差异呈现不同组织及其空间关系。
- 在科研与数据可视化中，密度、温度、流场或其他空间数据，可以被映射为可观察、可触摸的实体模型。
- 在工业设计与创意应用中，颜色、透明度和材料分布也可以从表面进入模型内部，成为三维设计语言的一部分。
这些应用需要上游软件完成数据生成和属性定义，也需要制造平台将复杂的体素信息稳定、准确地转换为材料分布。通过PolyJet多材料打印、数字材料体系与Voxel Print工作流，Stratasys连接了数字体素数据与真实材料之间的关键环节。
从打印形状
到打印三维信息
传统3D打印主要解决的是：如何制造一个三维形状。Stratasys体素打印进一步实现的是：将已经定义在体素数据中的颜色、透明度与材料信息，也一同制造出来。
当不同体素可以被准确映射为相应的材料组合，3D打印所表达的便不再只有外部轮廓，而是更加丰富、更加完整的三维信息。
