一种基于织物聚集态的喷墨印花方法

1.本发明涉及一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，属于喷墨打印方法技术领域。


背景技术：

2.喷墨印花实际上是在织物上进行喷墨打印图案的技术，喷墨打印技术是一种非接触的打印技术，通过系统控制喷头喷出固定大小的墨滴和喷头的移动，使得墨滴落在相应的位置，实现了墨滴的可控性和图像的还原性。喷墨打印技术具有清洁无污染、小批量、定制化等优势，且适合于各种材料，具有很强的通用性，广泛地应用于纺织领域的纺织品印花工艺中。由于打印材料的界面不同，导致墨水在界面上的铺展和渗透也不相同。织物是由规律的纤维结构组成，导致其界面具有定向的扩散路径，从而导致墨水在织物上的铺展和渗透行为与纸质材料有较大差异。这将导致打印的实际着墨面积和理论着墨面积有较大的差别，即网点扩大差异性大，导致打印效果不佳。为了提高打印质量，许多研究者通过物理化学改性法处理织物，提高织物界面的疏水性，从而减小墨水在织物上的扩散。
3.把灰度值大于256级的图像称为连续图像，现在所看到的图像基本都是连续图像。当用打印机完全还原图像时，那么喷头需要喷出256种不同大小的墨点来表示不同的灰度值。由于喷头技术的限制，打印机的喷头现在只能做到喷出墨滴或不喷，只有少数高档的喷墨打印机会喷出几种不同大小的墨滴，导致远不能满足打印的需求，因此人们利用人眼视觉特性以及图像呈色特点的图像再现技术，也称为数字半色调技术，其原理是将连续图像转换为二值图像，从而实现对图像色阶的再现。图像是由不同灰度的像素组成，电脑上用不同大小的数值来表示不同的灰度。每个像素的灰度值都不同，即使同一种颜色也有不同的颜色深浅。但是传统的喷墨打印机无法喷出大小不同的墨点来代表不同的灰值，从而导致图片的还原性差。基于之前的报道，在一定区域打印不同的墨点来尽可能的还原不同灰度值。如图1所示，在规定的区域内将打印的墨点按照一定规律聚集打印，这种打印方式称作点聚集打印；如图1所示，也可以在规定的区域内随机将这些墨点打印，这种打印方式称作分散打印。
4.现有的打印技术在打印不同灰度的像素时，会利用不同数量的墨点来表示不同灰度的像素，这些墨点会随机喷射在规定区域内。喷墨打印的承应物主要是以纸质材料为主，网点扩大率主要以纸质材料为对象进行设计。由于墨水在织物上的扩散率远远大于纸质材料，同时墨水在织物上的最终效果和纸质材料有较大区别，这使得打印的颜色呈色方法不符合icc(international color consortium，国际色彩协会)数字颜色管理规范，无法进行精准的有效管理，同时墨水的过度扩散导致相邻墨点之间相互接触，导致灰度跃迁，造成图像整体变暗。因此，怎样减小由于墨水在织物上过度扩散而导致的图像还原性差的问题，将原本分散打印的点，按照一定规律聚集打印，实现高精度打印的效果成为目前迫切需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，解决了现有技术中出现的问题。
6.本发明所述的一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，包括以下步骤：
7.步骤1：织物预处理：选择需要打印的织物，将织物通过浆料进行浸轧处理；
8.步骤2：打印分散墨点：在织物上打印多个分散的墨点，测量和观察墨点在织物上的面积和形态；
9.步骤3：设计不同形状的聚集态阈值矩阵：通过设计软件一设计不同形状的加网矩阵，根据步骤2中墨滴扩散情况，由内向往设计出不同形状的聚集态阈值矩阵；
10.步骤4：加网处理：利用设计软件二设计出分散网点，利用步骤3中设计的聚集态阈值矩阵和设计出的分散网点对灰度渐变测试条进行加网处理，分别在不同材料上进行打印，测量不同材料的网点扩大率；
11.步骤5：图像处理：在设计软件一中输入一幅彩色图像，进行颜色分色处理后，根据步骤3中选择适合的网点形状、加网角度、加网线数分别对分色后的图像进行处理，并将处理后的图像进行色彩合并；
12.步骤6：将步骤5中处理后的图像进行打印。
13.进一步的，步骤1中用碳酸钠、尿素、海藻酸钠加水搅拌配置浆料，将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行浸轧处理，将轧好的布取出烘干。
14.进一步的，步骤3中设计不同形状的聚集态阈值矩阵的步骤具体包括以下：设加网矩阵的大小为l
×
m，网线角度为θ，选取加网矩阵中心位置为初始点，根据墨滴扩散情况，依据初始点由内向往设计出不同形状的聚集态网点阈值矩阵，将图像分色后，将每个像素和设计的聚集态阈值矩阵进行映射形成不同形状网点。
15.进一步的，步骤4中打印的材料包括织物材料和纸质材料。
16.进一步的，步骤1中的织物包括棉、麻、毛、丝、涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、氨纶、再生纤维素纤维中的一种或多种。
17.进一步的，步骤3中聚集态阈值矩阵的形状包括圆形、椭圆形、菱形、方形、十字形和同心圆。
18.进一步的，步骤4中灰度渐变测试条灰度变化为0％-100％。
19.进一步的，步骤5中输入彩色图像分辨率为200dpi-2400dpi，加网角度为0
°‑
90
°
，加网线数为50lpi-300lpi。
20.进一步的，设计软件一为matlab设计软件。
21.进一步的，设计软件二为adobe photoshop软件。
22.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
23.本发明所述的一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，具有以下有益效果：
24.(1)可以减少墨水在织物上的扩散。由于打印方式的差异，导致其面积扩大率也不相同。点分散的调频打印方式在纸上面积扩大率最大为20％，点聚集的打印方式面积扩大率要小很多，点聚集的椭圆形网点的扩大率最大为10％，相比减小了10％；墨水在布上的扩大率明显大于纸上，调频网点在布上的面积扩大率达到40％，点聚集打印的的椭圆形网点在布上的扩大率仅为16％，面积扩大率相对减少24％，所以点聚集的打印模式在布上能更
好的减少墨水扩散；
25.(2)提高线条的打印精细度。打印间距2.1mm的测试条和0.5mm的测试条，点聚集打印的间距都要比点分散打印的间距扩散小。当打印间距为0.5mm的测试条时，不同打印方式最终的效果也不同。分散打印方式打印的平均间距为0.56mm，而使用点聚集打印的测试条间距更加接近理想打印间距，且不同形状网点打印的间距都要小于0.52mm。当打印间距为2.1mm的测试条时，分散打印的平均间距为2.17mm，但是使用点聚集打印的测试条间距都要小于2.17mm，三种不同网点的平均间距为2.13mm，与理想间距2.1mm更加接近更接近与理想打印间距。这也说明了点聚集打印相比于分散打印可以有效减少墨水扩散，提高线条的打印精细度，从而提高整体打印效果；
26.(3)减少由于墨水过度扩散造成的网点搭界现象，提高打印质量。对光的吸收和反射可以反应出由于网点扩大而造成的灰度跃迁现象。分散打印和点聚集打印相比，对光的反射率更低；分散打印的反射率和反射率最高的点聚集打印的椭圆形网点相比，反射率要低9％，方形网点和圆形网点的反射率较为相似，和分散打印的反射率相比，反射率要高5％。点聚集打印对光的反射率各不相同是由于网点的形状差异，当相邻网点接触时由于形状差异导致接触面积不同，从而对光的反射存在差异。分散打印和聚集打印的反射率差异的主要原因是调频网点的实际着墨面积比真网点的实际着墨面积大，导致对光的吸收面积增大，使得对光的吸收量增加，最终导致反射量减少。
27.综上，本发明有效减小了由于墨水在织物上过度扩散而导致的图像还原性差的问题，将原本分散打印的点，按照一定规律聚集打印，实现高精度打印的效果，解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
28.图1为本发明中聚集打印和分散打印方式的对比图；
29.图2为本发明实施例中方法的流程图；
30.图3为本发明实施例中加网矩阵映射后的形状表示图；
31.图4为本发明实施例中不同网点形状在纸上的面积扩大率对比图；
32.图5为本发明实施例中不同网点形状在布上的面积扩大率对比图；
33.图6为本发明实施例中打印间距分别为0.5mm中不同类型网点的对比图；
34.图7为本发明实施例中打印间距分别为2.1mm中不同类型网点的对比图；
35.图8为本发明实施例中不同打印方式对光的吸收率的对比图；
36.图9为本发明实施例中不同打印方式的细节对比图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
38.实施例1：
39.如图2所示，本发明所述的一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，包括以下步骤：
40.步骤1：织物预处理：选择需要打印的织物，将织物通过浆料进行浸轧处理；
41.步骤2：打印分散墨点：在织物上打印多个分散的墨点，测量和观察墨点在织物上的面积和形态；
42.步骤3：设计不同形状的聚集态阈值矩阵：通过设计软件一设计不同形状的加网矩阵，设加网矩阵的大小长宽为l
×
m，网线角度为θ，加网矩阵的倾斜角度，选取加网矩阵中心位置为初始点，根据墨滴扩散情况，依据初始点由内向往设计出不同形状的聚集态网点阈值矩阵，将图像分色后，将每个像素和设计的聚集态阈值矩阵进行映射形成不同形状网点。如图3所示，为经过映射后加网矩阵的形状表示图。
43.步骤4：加网处理：利用设计软件二设计出分散网点，利用步骤3中设计的聚集态阈值矩阵和设计出的分散网点对灰度渐变测试条进行加网处理，分别在不同材料上进行打印，测量不同材料的网点扩大率；
44.步骤5：图像处理：在设计软件一中输入一幅彩色图像，进行颜色分色处理后，根据步骤3中选择适合的网点形状、加网角度、加网线数分别对分色后的图像进行处理，并将处理后的图像进行色彩合并；
45.步骤6：将步骤5中处理后的图像进行打印。
46.实施例2：
47.本实例的实验器材为epson l416喷墨打印机、matlab2016、leicadvm6型超景深三维显微镜、mathis ch8156型台式轧车、hwl-70型鼓风干燥箱、日立u-3900分光光度计、爱色丽exact手持分光光度计，phenom台式扫描电镜。
48.在实施例1的基础上，织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
49.1.织物预处理：选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
50.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计圆形，椭圆形，方形阈值矩阵，如图3中所示，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下打印灰度渐变图，打印参数为600dpi，加网角度为0
°
，加网线数为75lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
51.利用matlab设计圆形，椭圆形，方形网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为2.1mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为600dpi，聚集态网点的加网角度为0
°
，加网线数为75lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
52.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版15
°
，m版75
°
，k版0
°
，k版45
°
加网线数全都为75lpi，打印参数为600dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
53.实施例3：
54.在实施例2的基础上，所述织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
55.1.织物预处理：1.选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％
的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
56.2.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计菱形、十字形，同心圆的阈值矩阵，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下打印灰度渐变图，打印参数为600dpi，加网角度为0
°
,加网线数为75lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
57.3.利用matlab设计菱形、十字形，同心圆网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为0.5mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为600dpi，聚集态网点的加网角度为0
°
,加网线数为75lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
58.4.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版15
°
，m版75
°
，k版0
°
，k版45
°
加网线数全都为75lpi，打印参数为600dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
59.图4-5可以看出，由于打印方式的差异，导致其面积扩大率也不相同。点分散的调频打印方式在纸上面积扩大率最大为20％，点聚集的打印方式面积扩大率要小很多，点聚集的椭圆形网点的扩大率最大为10％，相比减小了10％；图3-4可以看出，墨水在布上的扩大率明显大于纸上，调频网点在布上的面积扩大率达到40％，点聚集打印的的椭圆形网点在布上的扩大率仅为16％，面积扩大率相对减少24％，所以点聚集的打印模式在布上能更好的减少墨水扩散。
60.实施例4：
61.在实施例2的基础上，所选织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
62.1.织物预处理：选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
63.2.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计圆形，椭圆形，方形阈值矩阵，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下打印灰度渐变图，打印参数为1200dpi，加网角度为15
°
,加网线数为120lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
64.3.利用matlab设计圆形，椭圆形，方形网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为2.1mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为1200dpi，聚集态网点的加网角度为15
°
,加网线数为120lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
65.4.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点
矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版0
°
，m版75
°
，k版15
°
，k版45
°
加网线数全都为120lpi，打印参数为1200dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
66.实施例5：
67.在实施例2的基础上，所选织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
68.1.织物预处理：选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
69.2.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计菱形、十字形，同心圆的阈值矩阵，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下打印灰度渐变图，打印参数为1200dpi，加网角度为45
°
,加网线数为150lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
70.3.利用matlab设计菱形、十字形，同心圆网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为0.5mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为1200dpi，聚集态网点的加网角度为45
°
，加网线数为150lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
71.4.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版45
°
，m版75
°
，k版15
°
，k版0
°
加网线数全都为150lpi，打印参数为1200dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
72.图6-7中可以看出，当打印间距为0.5mm的测试条时，不同打印方式最终的效果也不同。分散打印方式打印的平均间距为0.56mm，而使用点聚集打印的测试条间距更加接近理想打印间距，且不同形状网点打印的间距都要小于0.52mm。从图5-6中可以看出，当打印间距为2.1mm的测试条时，分散打印的平均间距为2.17mm，但是使用点聚集打印的测试条间距都要小于2.17mm，三种不同网点的平均间距为2.13mm，与理想间距2.1mm更加接近更接近与理想打印间距。这也说明了点聚集打印相比于分散打印可以有效减少墨水扩散，提高线条的打印精细度，从而提高整体打印效果。
73.实施例6：
74.在实施例2的基础上，所选织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
75.1.织物预处理：选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
76.2.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计菱形、十字形，同心圆的阈值矩阵，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下
打印灰度渐变图，打印参数为300dpi，加网角度为45
°
,加网线数为50lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
77.3.利用matlab设计菱形、十字形，同心圆网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为0.5mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为300dpi，聚集态网点的加网角度为45
°
,加网线数为50lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
78.4.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版20
°
，m版60
°
，k版40
°
，k版80
°
加网线数全都为50lpi，打印参数为300dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
79.实施例7：
80.所选织物为28tex2棉纱为经、纬纱。经密为280/10(cm)，纬密为280/(10cm)，织物组织为平纹组织，操作步骤如下：
81.1.织物预处理：选择平纹棉织物，裁剪合理大小。用质量分数2％的碳酸钠、8％的尿素、3％的海藻酸钠加水搅拌5小时后静置。将配置好的浆料倒入轧车，然后将裁剪好的布进行二浸二轧处理。将轧好的布取出在100℃下烘干三分钟。
82.2.调控打印机让其在处理好的棉织物上各打印100个分散的墨滴，测量和观察在不同材质上的面积以及形态差。同时，利用matlab设计圆形、椭圆形、方形、菱形、十字形，同心圆阈值矩阵，并利用adobe photoshops设计分散网点，所有设计的网点算法都是相同，在粗面相纸模式下打印灰度渐变图，打印参数为1200dpi，加网角度为45
°
,加网线数为100lpi，观察其打印最终面积以及墨水扩散情况。
83.3.利用matlab设计圆形、椭圆形、方形、菱形、十字形，同心圆网点，并利用adobe photoshops设计分散网点类型并打印间距分别为0.5mm打印条，在粗面相纸模式下打印，打印参数为1200dpi，聚集态网点的加网角度为45
°
,加网线数为100lpi，测量其打印的实际间距和最终打印效果。
84.4.利用软件设计不同网点类型并打印网点面积为50％的图像，利用分光光度计测量不同网点类型对光的吸收和反射。为了探究不同网点类型打印连续图像的效果，进行图像打印实验。选取合适的图像，利用matlab对图像进行分色处理，并利用设计的聚集态网点矩阵对图像进行处理，利用adobe photoshop将分色后的图像进行分散网点设计，将处理好的图片发往打印机进行打印，聚集态网点打印的加网角度为c版60
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，m版0
°
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°
，k版30
°
加网线数全都为100lpi，打印参数为1200dpi，打印机的打印模式为粗面相纸模式。
85.如图8所示，分散打印和点聚集打印相比，对光的反射率更低；分散打印的反射率和反射率最高的点聚集打印的椭圆形网点相比，反射率要低9％，方形网点和圆形网点的反射率较为相似，和分散打印的反射率相比，反射率要高5％。点聚集打印对光的反射率各不相同是由于网点的形状差异，当相邻网点接触时由于形状差异导致接触面积不同，从而对光的反射存在差异。分散打印和聚集打印的反射率差异的主要原因是调频网点的实际着墨面积比真网点的实际着墨面积大，导致对光的吸收面积增大，使得对光的吸收量增加，最终导致反射量减少。
86.如图9所示，选取合适的图像，利用软件对图像进行处理，将处理好的图片发往rip软件进行处理，最终打印的加网角度为c版15
°
，m版75
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，k版0
°
，k版45
°
加网线数全都为75lpi，打印参数为600dpi，通过本发明的方法打印出来的图像精细度高，墨水过度扩散造成的网点搭界现象少，可有效提高打印质量。
87.采用以上结合附图描述的本发明的实施例的一种基于织物聚集态的喷墨印花方法，本发明有效减小了由于墨水在织物上过度扩散而导致的图像还原性差的问题，将原本分散打印的点，按照一定规律聚集打印，实现高精度打印的效果，解决了现有技术中存在的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。