3D打印多色打印方法分析

周雙喜

（阜新高等專科學校，阜新 123000）

1 3D打印技術

3D打印技術是通過光固化、熔融堆積等技術，使材料逐層累加，形成需要的形狀的一種綜合技術，該技術以其獨特的增料加工的方法，大大提高了材料的利用率，從而在世界各國及很多領域得到迅速發(fā)展。3D打印技術更是中國未來智能制造的重要組成部分。隨著技術逐步發(fā)展成熟，3D打印在航空發(fā)動機制造、醫(yī)療器材、消費品設計等領域應用日趨廣泛，使得新材料、精密制造等多個工業(yè)領域發(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（FDM）是以絲狀的PLA、ABS等熱塑性材料為原料，通過加工頭的加熱擠壓，在計算機的控制下逐層堆積，最終得到成形的立體零件[4]。這種技術是目前最常見的3D打印技術，技術成熟度高，成本較低，可以進行彩色打印，從而被廣泛應用于教育教學和人們的生產生活當中。

在教育教學中，應用3D打印不僅可以給同學們展示先進的技術，而且可以根據(jù)需要打印不同的教學模型，從而對教育教學起到很大的輔助作用；在人們的生產生活中，應用3D打印可以打印出各種獨具特色、個性鮮明的產品，從而豐富人們的生活。但不管是教學模型，還是生活產品，只有個性的結構還是不夠的，如果再加上豐富的色彩，就會使打印出來的產品更加完美，基于多年的3D打印經驗以及3D打印技術在多色打印方面的發(fā)展，總結以下四種多色打印的方法，并進行詳細分析。

2 3D打印多色打印方法分析

2.1 手動控制實現(xiàn)產品的多色打印

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

圖1 手動多色打印作品

這種打印方法的優(yōu)點就是打印的作品顏色豐富、個性十足，且設備簡單，經濟型比較好。缺點是不同顏色之間切換的質量不高，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，否則容易使產品在不用顏色交換處出現(xiàn)縫隙，影響產品質量。

2.2 噴頭多色打印

多噴頭多色打印即是通過多個噴頭安裝上不同顏色的材料，從而實現(xiàn)多色打印，以雙噴頭打印為例，想要打印一個兩種顏色的產品，首先要做的工作就是建模。為實現(xiàn)雙色打印，建模時要通過軟件建立陰陽模并分別導出，之后在3D打印軟件中合并與設置好噴頭1、2的打印模型，就可以打印出兩種顏色的產品，如圖2所示。

這種打印方法的優(yōu)點就在于能夠實現(xiàn)同一產品不同位置的顏色控制，而且可以根據(jù)個人意愿選擇某位置的顏色，且操作方便，自動切換顏色，效率較高。缺點是若要實現(xiàn)更多顏色的打印，則需要增加噴頭的數(shù)量，同時增加材料的數(shù)量，這就使設備結構更加復雜，增大設備所占空間，增加了操作難度；產品的顏色越多，建模就會越復雜，對于建模要求就越來越高；打印產品的穩(wěn)定性不好，噴頭數(shù)目越多，設備的操作和運行就會越復雜。一般來說，3D打印打印產品的時間相對都比較長，若打印過程中一個噴頭出現(xiàn)失誤，就會影響整個產品的打印質量，使作品成為廢品。另外，由于設備復雜，材料比較多，為能夠成功打印產品，操作者就需要隨時觀察產品的打印情況，防止堵絲、斷絲、纏絲問題出現(xiàn)。

圖2 雙噴頭打印的雙色作品

2.3 通過裝配法實現(xiàn)產品的多色

通過裝配法實現(xiàn)產品的多色，即把產品按照顏色分成若干部分，之后每個部分獨立建模，獨立打印，最后通過裝配法實現(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。缺點在于整個作品是通過裝配得來的，那么每個部分的尺寸精度就非常重要，一旦精度不夠，組裝之后的產品要么會有大的縫隙，要么會裝配不上，這樣都不能做成一個合格的產品。

2.4 通過噴涂技術實現(xiàn)產品的多色打印

通過噴涂技術實現(xiàn)產品的多色打印即用一種無色的材料打印出整個產品，之后根據(jù)設計通過噴涂的方法在產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)點是不用準備多種顏色的打印材料，不用多個噴頭，打印產品方便、快捷，產品顏色更是豐富多樣，且通過噴涂技術會使產品表面質量更好，缺點是需要專門的噴涂材料和噴涂的設備。

3 結論

雖然3D打印在教育教學和人們的生產生活中得到廣泛使用，但存在一個不可忽視的問題——生產效率低，打印一個超過10cm的作品，中等打印質量進行打印，時間一般都在6h；如果要實現(xiàn)產品的多色打印，那么生產時間就會增加，效率就會更低。從上述方法的分析可以看出，效率和質量相對較高的是最后一種方法，即產品單色打印，之后通過噴涂的技術實現(xiàn)產品的多色性，但單獨加入噴涂的步驟，生產效率提高并不明顯，最好的方法就是設計一種裝置，實現(xiàn)產品打印和噴涂同步進行，即先打印，之后馬上跟著噴涂，這樣既實現(xiàn)了產品的多色性，又很大程度上提高了生產效率。