FDM打印彩色制品專利技術(shù)綜述

金媛媛　劉穎婷

摘 要：FDM彩色打印技術(shù)可通過切換設(shè)置多個(gè)供應(yīng)不同顏色原料的噴頭、或切換多個(gè)不同顏色供料通道的單一噴頭、噴涂染色、噴頭混色的方法實(shí)現(xiàn)，而噴涂染色和噴頭混色均能夠?qū)崿F(xiàn)全彩FDM打印。

關(guān)鍵詞：FDM；3D打印；噴頭；彩色

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.043

3D打印成型技術(shù)又稱為“增材制造技術(shù)”，是相對于傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)而言。熔融沉積制造（FDM）采用絲材加熱熔融沉積成型，具有操作簡便、成型速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用也較為廣泛。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對于FDM打印制品的外觀需求與日俱增，如何控制FDM彩色打印成型技術(shù)成為了一個(gè)亟待解決的問題。本文通過對FDM彩色打印成型技術(shù)在國內(nèi)專利申請情況進(jìn)行了分析梳理，總結(jié)FDM彩色打印技術(shù)的技術(shù)發(fā)展情況和研究熱點(diǎn)。

1 技術(shù)原理

FDM工作原理是將加工成絲狀的熱熔性材料，經(jīng)過送絲機(jī)構(gòu)輸送到熱熔打印噴頭，在計(jì)算機(jī)控制下噴頭沿零件層片形狀輪廓和軌跡運(yùn)動，將熔融的材料擠出，使其沉積在預(yù)期的位置后固化成型，層層堆積最終形成產(chǎn)品模型[1]。

FDM彩色打印技術(shù)主要分為以下四類：（1）使用多個(gè)噴頭，每個(gè)噴頭供應(yīng)不同顏色原料，切換噴頭以實(shí)現(xiàn)彩色打印成型；（2）使用單一噴頭，設(shè)置多個(gè)不同顏色原料供應(yīng)通道，切換各通道以實(shí)現(xiàn)彩色打印成型；（3）噴涂染色，使用白色材料打印物體，每層打印完成后噴涂相應(yīng)的顏色進(jìn)行染色；（4）噴頭混色，采用多原色供料，在噴頭內(nèi)進(jìn)行混合配色。

2 技術(shù)發(fā)展情況分析

FDM工藝采用絲材作為原料，絲材的顏色即決定了制品的顏色，設(shè)置多個(gè)打印噴頭，每個(gè)噴頭供應(yīng)不同顏色的打印絲材，通過切換不同噴頭獲得FDM彩色打印制品。CN206277660U提供一種基于FDM技術(shù)的多噴頭全自動3D打印機(jī)，選擇不同顏色的絲材，實(shí)現(xiàn)多彩色模型的制作。該方法需要設(shè)置多個(gè)打印噴頭，設(shè)備復(fù)雜且結(jié)構(gòu)龐大，且無法實(shí)現(xiàn)全彩打印。

CN106217889A、CN108422662A、CN208118443U、CN108437447A均通過使用單一噴頭，設(shè)置多個(gè)不同顏色原料供應(yīng)通道，切換各通道以實(shí)現(xiàn)彩色打印成型。其中，CN106217889A提出了一種三通噴頭，只利用單噴頭通過主軸轉(zhuǎn)向就能實(shí)現(xiàn)兩種顏色來回切換；CN108422662A同時(shí)設(shè)置多個(gè)安裝不同顏色的材料工位，實(shí)現(xiàn)單噴頭的FDM自動換料功能；CN208118443U提供通過電磁鐵通電切換控制絲材輸送供應(yīng)來實(shí)現(xiàn)FDM單噴頭3D打印機(jī)雙色轉(zhuǎn)換；CN108437447A將各個(gè)顏色的物料分開放置于集裝腔內(nèi)，可通過電磁閥的切換進(jìn)行熔融料顏色的變換。該方法相較于設(shè)置多個(gè)噴頭，具有FDM設(shè)備簡化的優(yōu)點(diǎn)，但是顏色種類較少，無法實(shí)現(xiàn)全彩打印。

CN104870171A、CN103878982A、CN205202194U、CN106183433A、CN107199697A通過噴涂染色，使用白色材料打印物體，實(shí)現(xiàn)彩色打印。CN104870171A提出在進(jìn)入打印頭之前，借助色彩涂布單元涂布長絲，再將其輸入打印頭，實(shí)現(xiàn)3D彩色打印；CN103878982A提供紅、綠、藍(lán)三種顏色的墨水以不同比例混合形成不同顏色墨水后，白色熱塑性樹脂材料被加熱熔融與彩色墨水混合染色，實(shí)現(xiàn)全彩FDM打印；CN205202194U提出的通過外接混色器調(diào)色，將染料輸送至噴頭處的染色環(huán)，實(shí)現(xiàn)噴墨式3D全彩色打印；CN106183433A增加用于全彩3D打印的染色裝置和一個(gè)打印頭就能實(shí)現(xiàn)全彩色打印；CN107199697A在擠出機(jī)總成上安裝至少1組彩色墨水噴頭，實(shí)現(xiàn)涂色式FDM彩色打印。該方法對絲材種類有所限制，可實(shí)現(xiàn)全彩打印，色彩準(zhǔn)確、清晰，是目前FDM彩色打印的研究熱點(diǎn)。

CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U、CN103753817A、CN103895228A、CN106541571A采用多原色供料，在噴頭內(nèi)進(jìn)行混合配色，實(shí)現(xiàn)彩色FDM打印。CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U分別采用設(shè)置多通道進(jìn)絲口，各色打印原料絲在噴頭聚融混合攪拌腔內(nèi)完成融合混色，實(shí)現(xiàn)全真彩色打印；CN103753817A通過在噴頭裝置內(nèi)設(shè)置三色室、混合室以及噴嘴，完成熔融混色，實(shí)現(xiàn)FDM全彩打印；CN103895228A通過設(shè)置三基色絲狀原材料給料機(jī)構(gòu)，靜態(tài)/動態(tài)管道混料器，實(shí)現(xiàn)FDM彩色打印；CN106541571A采用印刷四分色模式（CMYK），不同顏色材料經(jīng)過微分以及混合的處理，實(shí)現(xiàn)全彩色材料打印。該方法對于絲材種類無限制，可實(shí)現(xiàn)全彩打印，打印色彩相對于染色效果稍差，也是目前FDM彩色打印的研究熱點(diǎn)。

3 結(jié)語

FDM彩色打印技術(shù)可通過切換設(shè)置多個(gè)供應(yīng)不同顏色原料的噴頭、切換多個(gè)不同顏色供料通道的單一噴頭、噴涂染色、噴頭混色的方法實(shí)現(xiàn)，而噴涂染色和噴頭混色均能夠?qū)崿F(xiàn)全彩FDM打印，是目前的研究熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭紫琪，李曉文，張瑾等.熔融沉積成型的3D打印專利技術(shù)綜述[J].山東化工，2018，47（11）：53-54.

作者簡介：金媛媛（1987-），女，回族，山東人，碩士研究生，助理研究員，研究方向：塑性材料加工。