文档介绍：FDM型彩色3D打印喷头技术研究摘要近年来,因为3D打印技术的快速发展,各行各业中都已经运用了3D打印技术。由于人们对个性化的追求,彩色3D打印技术从出现以?硌杆俜⒄埂1疚氖紫雀爬?了FDM型彩色3D打印的研究发展历程和应用状况,从FDM型彩色3D打印技术的打印流程和技术原理入手,总结了现有多路彩色打印喷头的不足和主要矛盾,分析了现有的多路打印喷头的设计原理、结构及优缺点,对目前打印多路彩色喷头提出一些改进的思路。目的是使彩色3D打印技术能够更进一步,同时为FDM型多材料打印技术提供引导。关键词FDM3D打印彩色3D打印喷头设计 3D打印技术在上世纪90年代被提出,现已成为一种新兴制造科技而高速发展。3D打印技术也叫增材制造技术(AdditiveManu-facturing,AM),3D打印技术已经快速渗透到医学、航空航天、汽车工业、文化娱乐、食品加工、模型制作等领域。[1][2][3]彩色打印比单色打印根据有优势,更加能适应多样化的社会需求。FDM和减法混色法的结合构成了彩色3D打印的原理,不同颜色的材料按照一定比例混合可以的到特定的混合色。从FDM彩色打印被提出到后来的技术发展,均是采用多路混合喷头来实现彩色打印的功能。喷头作为彩色3D打印机功能的主要执行部件,是一个高度集成的部分,主要完成熔化线材、均匀混合、沉积打印等工作。 1FDM型3D打印的发展历程和现状美国科学家RichardHorne第一个推出了混色3D打印的试验机,他利用一台开源的3D打印机做了一个红、黄、蓝三基色混合的打印测验,其原理是控制挤出机构的步进电机来实现不同颜色的混合打印。但是塑料在融化时有一个过度过程,因此各个颜色之间存在一定距离,造成颜***限模糊,有一个很宽的过度区域。 JamesCorbett[4]对混色喷头做了比较详细的研究,他首次给出了几种喷头的机构,然后以胶水的静态混合器为对照,对比了几种由不同结构的静态混合喷头。但是这些喷头的内部结构都比较复杂,加工困难,而且进料的阻力很大。他对几种颜色的材料以不同的比例混合后得到的颜色进行了实验,从最终的打印成品可以很明显看出混合的效果不是很好。国外的一家3D打印机公司Builder发布了一款新型可以混色(colomixing)3D打印的机器。该打印机搭载一种两进一出的挤出机,同时在生成的G代码里面插入相关的颜色信息,即两种颜色进入的百分比。这种携带有颜色信息的G代码是一个混色生成器应用程序生成的,客户可以更具自己的需求选择各个颜色的混合的比重。Stratsys发布了一款彩色多材料3D打印机Objet500Connex3,可以实现不同颜色的混合打印,甚至多种材料的混合打印,能够做到一次成型。用户在使用时不需要组装或者喷漆就可以实现装配体的功能和特性。国内深圳3D公司森工科技发布了一台混色3D打印机MakerPiM2030X,该款3D打印机采用了三基色原理,通过多色材料混合来完成彩色打印。同年深圳新创三维科技公司也推出混色打印机,性能也有所提升。 2FDM型彩色打印原理及流程基于FDM技术的彩色打印相比单色打印最大差别是喷头结构和G代码的生成,如图1所示。彩色打印的喷头采取双路混色喷头、三路混色喷头或多路混色喷头,这种喷头承担混合熔融材料的作用。因为彩色打印的G代码中包含了每个切片层的颜色信息,所以在生成G的方式会有很大的区别。 ,[5]所谓减法混合是指将两种或两种以上物质融合,就会有不同于本来物体颜色的混色方法。减色混色法的三原色是青色(Cyan)、品红(Magenta)和黄色(Yellow),也叫做CMY。一般彩色3D打印采用这三种颜色的材料,熔化后按照不同的百分比混合可以得到特定的混合色,在打印时不断变换颜色材料的百分比,就能打印出彩色的三维产品。也有的是采用四色打印,添加了独立的黑色材料,而不是采用混合的方式获得,这种方式可减少混合的次数,加快打印效率。 ,可分为三个步骤,依次是打印模型的数据获取、模型数据处理、彩色打印。(1)打印模型的数据获取。通常有两种方案,通过Inventor、Solidworks、UG等三维软件设计建立模型,或者通过三维扫描仪器进行逆向扫描获取三维模型。(2)模型的数据处理。[6]首先对模型进行格式转换,一般为STL格式,该格式是运用三角网格来表现三维模型的。模型一些部位不能打印的,需要对模型采取一定程度的修整措施。然后进行分层切片处理,切片过后须要采取平滑处理,使打印的模型每个片层过度更加平滑,有的三维模型在打印的时候是需要额外的支持结构,以保持在沉积打印时模型几何结构的稳定性。最后是颜色信息的插入,添加颜色信息一般采用两种方式,一种是直接添颜色至模型中,对模型实体上色后,利用特殊的生成器