FDM打印彩色制品專利技術綜述

金媛媛　劉穎婷

摘 要：FDM彩色打印技術可通過切換設置多個供應不同顏色原料的噴頭、或切換多個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。

關鍵詞：FDM；3D打?。粐婎^；彩色

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

3D打印成型技術又稱為“增材制造技術”，是相對于傳統(tǒng)的減材制造技術而言。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，應用也較為廣泛。隨著技術的發(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彩色打印成型技術成為了一個亟待解決的問題。本文通過對FDM彩色打印成型技術在國內(nèi)專利申請情況進行了分析梳理，總結(jié)FDM彩色打印技術的技術發(fā)展情況和研究熱點。

1 技術原理

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

FDM彩色打印技術主要分為以下四類：（1）使用多個噴頭，每個噴頭供應不同顏色原料，切換噴頭以實現(xiàn)彩色打印成型；（2）使用單一噴頭，設置多個不同顏色原料供應通道，切換各通道以實現(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的顏色進行染色；（4）噴頭混色，采用多原色供料，在噴頭內(nèi)進行混合配色。

2 技術發(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，設置多個打印噴頭，每個噴頭供應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技術的多噴頭全自動3D打印機，選擇不同顏色的絲材，實現(xiàn)多彩色模型的制作。該方法需要設置多個打印噴頭，設備復雜且結(jié)構(gòu)龐大，且無法實現(xiàn)全彩打印。

CN106217889A、CN108422662A、CN208118443U、CN108437447A均通過使用單一噴頭，設置多個不同顏色原料供應通道，切換各通道以實現(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)向就能實現(xiàn)兩種顏色來回切換；CN108422662A同時設置多個安裝不同顏色的材料工位，實現(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來實現(xiàn)FDM單噴頭3D打印機雙色轉(zhuǎn)換；CN108437447A將各個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行熔融料顏色的變換。該方法相較于設置多個噴頭，具有FDM設備簡化的優(yōu)點，但是顏色種類較少，無法實現(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，實現(xiàn)彩色打印。CN104870171A提出在進入打印頭之前，借助色彩涂布單元涂布長絲，再將其輸入打印頭，實現(xiàn)3D彩色打印；CN103878982A提供紅、綠、藍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)，實現(xiàn)噴墨式3D全彩色打?。籆N106183433A增加用于全彩3D打印的染色裝置和一個打印頭就能實現(xiàn)全彩色打??；CN107199697A在擠出機總成上安裝至少1組彩色墨水噴頭，實現(xiàn)涂色式FDM彩色打印。該方法對絲材種類有所限制，可實現(xiàn)全彩打印，色彩準確、清晰，是目前FDM彩色打印的研究熱點。

CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U、CN103753817A、CN103895228A、CN106541571A采用多原色供料，在噴頭內(nèi)進行混合配色，實現(xiàn)彩色FDM打印。CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U分別采用設置多通道進絲口，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，實現(xiàn)全真彩色打??；CN103753817A通過在噴頭裝置內(nèi)設置三色室、混合室以及噴嘴，完成熔融混色，實現(xiàn)FDM全彩打?。籆N103895228A通過設置三基色絲狀原材料給料機構(gòu)，靜態(tài)/動態(tài)管道混料器，實現(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，實現(xiàn)全彩色材料打印。該方法對于絲材種類無限制，可實現(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。

3 結(jié)語

FDM彩色打印技術可通過切換設置多個供應不同顏色原料的噴頭、切換多個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。

參考文獻：

[1]郭紫琪，李曉文，張瑾等.熔融沉積成型的3D打印專利技術綜述[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。