3D打印多色打印方法分析

周雙喜

（阜新高等專科學(xué)校，阜新 123000）

1 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是通過(guò)光固化、熔融堆積等技術(shù)，使材料逐層累加，形成需要的形狀的一種綜合技術(shù)，該技術(shù)以其獨(dú)特的增料加工的方法，大大提高了材料的利用率，從而在世界各國(guó)及很多領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。3D打印技術(shù)更是中國(guó)未來(lái)智能制造的重要組成部分。隨著技術(shù)逐步發(fā)展成熟，3D打印在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造、醫(yī)療器材、消費(fèi)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛，使得新材料、精密制造等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)生了顛覆性變革。

根據(jù)3D打印所用材料的狀態(tài)及成形方法，3D打印技術(shù)可以分為熔融沉積成形（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）、光固化立體成形（Stereo Lithogra-phy Apparatus，SLA）、分層實(shí)體制造（Laminated Ob-ject Manufacturing，LOM）、電子束選區(qū)熔化（Elec-tron Beam Melting，EBM）、激光選區(qū)熔化（SelectiveLaeer Melting，SLM）、金屬激光熔融沉積（Laser Di-rect Melting Deposition，LDMD）、電子束熔絲沉積成形（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF）[1-3]。熔融沉積成形技術(shù)（FDM）是以絲狀的PLA、ABS等熱塑性材料為原料，通過(guò)加工頭的加熱擠壓，在計(jì)算機(jī)的控制下逐層堆積，最終得到成形的立體零件[4]。這種技術(shù)是目前最常見(jiàn)的3D打印技術(shù)，技術(shù)成熟度高，成本較低，可以進(jìn)行彩色打印，從而被廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)和人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。

在教育教學(xué)中，應(yīng)用3D打印不僅可以給同學(xué)們展示先進(jìn)的技術(shù)，而且可以根據(jù)需要打印不同的教學(xué)模型，從而對(duì)教育教學(xué)起到很大的輔助作用；在人們的生產(chǎn)生活中，應(yīng)用3D打印可以打印出各種獨(dú)具特色、個(gè)性鮮明的產(chǎn)品，從而豐富人們的生活。但不管是教學(xué)模型，還是生活產(chǎn)品，只有個(gè)性的結(jié)構(gòu)還是不夠的，如果再加上豐富的色彩，就會(huì)使打印出來(lái)的產(chǎn)品更加完美，基于多年的3D打印經(jīng)驗(yàn)以及3D打印技術(shù)在多色打印方面的發(fā)展，總結(jié)以下四種多色打印的方法，并進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 3D打印多色打印方法分析

2.1 手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印

手動(dòng)控制即是通過(guò)操作者手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印，這種打印方法的原理就是操作者在操作3D打印機(jī)之前事先準(zhǔn)備好若干種顏色的打印材料，之后隨著打印的進(jìn)行，等到需要更換顏色時(shí)，馬上手動(dòng)更換不同顏色的材料，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印，如圖1所示。

圖1 手動(dòng)多色打印作品

這種打印方法的優(yōu)點(diǎn)就是打印的作品顏色豐富、個(gè)性十足，且設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)型比較好。缺點(diǎn)是不同顏色之間切換的質(zhì)量不高，顏色的切換通常以層的形式體現(xiàn)，就是每層一種顏色，且需要操作者能夠熟練更換材料，否則容易使產(chǎn)品在不用顏色交換處出現(xiàn)縫隙，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 噴頭多色打印

多噴頭多色打印即是通過(guò)多個(gè)噴頭安裝上不同顏色的材料，從而實(shí)現(xiàn)多色打印，以雙噴頭打印為例，想要打印一個(gè)兩種顏色的產(chǎn)品，首先要做的工作就是建模。為實(shí)現(xiàn)雙色打印，建模時(shí)要通過(guò)軟件建立陰陽(yáng)模并分別導(dǎo)出，之后在3D打印軟件中合并與設(shè)置好噴頭1、2的打印模型，就可以打印出兩種顏色的產(chǎn)品，如圖2所示。

這種打印方法的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠?qū)崿F(xiàn)同一產(chǎn)品不同位置的顏色控制，而且可以根據(jù)個(gè)人意愿選擇某位置的顏色，且操作方便，自動(dòng)切換顏色，效率較高。缺點(diǎn)是若要實(shí)現(xiàn)更多顏色的打印，則需要增加噴頭的數(shù)量，同時(shí)增加材料的數(shù)量，這就使設(shè)備結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增大設(shè)備所占空間，增加了操作難度；產(chǎn)品的顏色越多，建模就會(huì)越復(fù)雜，對(duì)于建模要求就越來(lái)越高；打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性不好，噴頭數(shù)目越多，設(shè)備的操作和運(yùn)行就會(huì)越復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，3D打印打印產(chǎn)品的時(shí)間相對(duì)都比較長(zhǎng)，若打印過(guò)程中一個(gè)噴頭出現(xiàn)失誤，就會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的打印質(zhì)量，使作品成為廢品。另外，由于設(shè)備復(fù)雜，材料比較多，為能夠成功打印產(chǎn)品，操作者就需要隨時(shí)觀察產(chǎn)品的打印情況，防止堵絲、斷絲、纏絲問(wèn)題出現(xiàn)。

圖2 雙噴頭打印的雙色作品

2.3 通過(guò)裝配法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色

通過(guò)裝配法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色，即把產(chǎn)品按照顏色分成若干部分，之后每個(gè)部分獨(dú)立建模，獨(dú)立打印，最后通過(guò)裝配法實(shí)現(xiàn)作品的多色，如圖3所示。

圖3 裝配法得到的雙色作品

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是各組成部分之間顏色區(qū)分明顯，組裝之后的作品效果很好。缺點(diǎn)在于整個(gè)作品是通過(guò)裝配得來(lái)的，那么每個(gè)部分的尺寸精度就非常重要，一旦精度不夠，組裝之后的產(chǎn)品要么會(huì)有大的縫隙，要么會(huì)裝配不上，這樣都不能做成一個(gè)合格的產(chǎn)品。

2.4 通過(guò)噴涂技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印

通過(guò)噴涂技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印即用一種無(wú)色的材料打印出整個(gè)產(chǎn)品，之后根據(jù)設(shè)計(jì)通過(guò)噴涂的方法在產(chǎn)品表面不同位置噴涂上不同的顏色，如圖4所示。

圖4 噴涂方法得到的多色作品

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不用準(zhǔn)備多種顏色的打印材料，不用多個(gè)噴頭，打印產(chǎn)品方便、快捷，產(chǎn)品顏色更是豐富多樣，且通過(guò)噴涂技術(shù)會(huì)使產(chǎn)品表面質(zhì)量更好，缺點(diǎn)是需要專門(mén)的噴涂材料和噴涂的設(shè)備。

3 結(jié)論

雖然3D打印在教育教學(xué)和人們的生產(chǎn)生活中得到廣泛使用，但存在一個(gè)不可忽視的問(wèn)題——生產(chǎn)效率低，打印一個(gè)超過(guò)10cm的作品，中等打印質(zhì)量進(jìn)行打印，時(shí)間一般都在6h；如果要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色打印，那么生產(chǎn)時(shí)間就會(huì)增加，效率就會(huì)更低。從上述方法的分析可以看出，效率和質(zhì)量相對(duì)較高的是最后一種方法，即產(chǎn)品單色打印，之后通過(guò)噴涂的技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多色性，但單獨(dú)加入噴涂的步驟，生產(chǎn)效率提高并不明顯，最好的方法就是設(shè)計(jì)一種裝置，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品打印和噴涂同步進(jìn)行，即先打印，之后馬上跟著噴涂，這樣既實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多色性，又很大程度上提高了生產(chǎn)效率。