3D打印作为一种数字化的三维几何对象制造及复制的新技术,在个性化及功能化制造应用中越发普及。根据产品定制需求不同,3D打印可分为功能性3D打印与彩色3D打印,且前者因与国家战略匹配紧密而受到大众的关注多。近年来,彩色3D打印在民生应用中日益增长,特别是在文化创意、科普教育、服饰艺术、品牌3D营销及餐饮食品等亟需颜色精确再现的细分领域崭露头角。然而受制于颜色再现精度挑战,当前这些彩色3D打印应用在全球还形不成大规模市场。其颜色精确再现实现的瓶颈在于统一理论与标准模型缺乏,进而制约了基于彩色3D打印技术的高保真制造产业化。本学位论文从彩色3D打印的颜色传递流程出发,围绕彩色3D打印颜色精确再现的呈色、着色、测色等关键精度挑战所涉及的应用问题及科学问题展开了系统性研究,旨在理解与完善精确彩色3D打印的相关颜色机理、理论模型及颜色评价体系。本学位论文的核心工作及创新点主要包括以下五个方面:第一章在绪论部分系统性阐述了国内外彩色3D打印技术研究的工艺特征、应用特点、颜色再现方法、颜色再现质量评价及预测模型,并归纳了彩色3D打印颜色精确再现与评价的共性难题,以此提出了本文的主要研究内容及框架。第二章为了深度理解彩色3D打印底基的表面属性、呈色原理、效果评价与量化策略等相关机理,对纸基、塑基、粉基彩色3D打印的底基呈色效率进行了实验测试、量化表征及微观特征分析,并提出了新的底基呈色效率度量及数值模型;所构建的宏观与微观、主观与客观的双元评价体系,为实现彩色3D打印颜色精确再现控制提供了核心理论基础及新技术储备。第三章针对彩色3D打印颜色精确再现的着色挑战,分析了切片层的刨切策略、着色方式、打印顺序等关键影响因素,提出了面向彩色切片层颜色控制的边界着色理论,并以Mimaki UJF-6042及Stratasys J750打印的基色3D测试板、渐变色3D测试板与基色半球壳模型的颜色再现特性进行了狭义实证。所提出的彩色3D打印的彩色切片层边界着色宽度界定公式可为彩色3D打印系统主动调整彩色切片边界着色宽度提供可计算的预测反馈。第四章为了精确匹配切片层中着色材料与填充材料的光学特性,分析了由纸基、塑基、粉基彩色3D打印的测试基准模型上的基色块侧面（截面）微观成像特征所总结的纵向分层结构,并归纳了各基材彩色3D打印彩色切片层的光学介质及光学传递路径等光学特性层面的机理认知;据此所构建的基于光学参数的边界着色宽度模型的研究框架,为普适性的边界着色理论体系开发奠定了坚实的理论基础与拓展思路。第五章在第二章的呈色效率评价研究的基础上,以彩色3D测试基准模型为评价对象,采用MATLAB GUI设计了8个功能分析模块的界面及运算代码,并开发了面向彩色3D打印的颜色再现质量评价系统;该评价系统在提供友好界面交互的同时保持了各颜色再现质量指标评价的高效率,为彩色3D打印数字化流程和色彩管理系统的产品化开发提供了理论参考和技术方法。