CN103434135B - 一种彩色3d打印机及其制备三维制品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色3D打印机，包括X-Y工作平台，安装在X-Y工作平台上的喷头、LED紫外光源、移动支撑架，支撑台，基座，以及安装在基座上的支撑台、固定支撑架，至少一个喷头与预混合器相连，所连接的预混合器至少与三个UV树脂供料单元相连。使用本发明的彩色3D打印机，可以进行单程多层彩色打印，实现区域彩色打印，打印效率较传统3D打印机成倍提高。

Description

一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，是一种以数字文件为基础，使用粉末或者可固化材料，通过逐层打印的方式来制造产品的技术，与传统制造业采用的减材制造技术形成鲜明的对比，3D打印是一种增材制造技术，通过一层层材料的叠加形成最终的产品。

3D打印技术中较为主流的包括：熔融沉积成型技术(Fuseddepositionmodeling，FDM)，光固化立体成型技术(Stereolithography，SLA)，选择性激光烧结技术(Selectivelasersintering，SLS)，三维打印技术(3Dpringting，3DP)等。

SLA打印机是最早商用的打印机之一，这类打印机利用紫外光固化光敏树脂形成打印层，打印完一层后支撑平台向下(或者向上)移动一定距离让光敏树脂层重新覆盖在前一层打印面上，然后继续进行固化。由于支撑平台在装光敏树脂的容器中，所以使用此类打印机一次只能打印一种材料。但是SLA打印机打印精度可以到达10微米级别，打印精度高。

FDM打印机是斯科特·克伦普于上世纪80年代发明的，这类打印机通过打印头打印出某种软质的材料，这类材料包括热塑性的材料以及一些生物类来源的材料，可以打印塑料制件、食物、生物材料等。此类打印机较难打印多种材料，并且所打印的材料都需要通过打印头挤出，打印精度较差。

3DP技术是通过打印头将粘合剂或者某种胶挤出到原材料粉末上，从而实现一层层打印的效果。3DP技术能实现彩色打印，并且能使用多种原材料，但其制作的产品一般表面较为粗糙，精度相对较差。

SLS打印机的出现结束了3D打印不能打印金属的历史，当然利用SLS技术也可以打印塑料、陶瓷等粉末材料。SLS技术与SLA技术比较类似，但使用的原料为粉末，通过激光加热融合形成打印层。SLS打印机的打印精度较差，打印某些材料时需要保护气体，打印完成后一般需要一定时间的冷却。

对于3D打印机来说，由于特定的工艺使得打印彩色3D制品并不容易。UV光固化树脂种类众多，将此类UV树脂通过喷头打印出来再进行固化可以实现逐层打印。如果将UV树脂材料加入某些特定的颜色通过混合得到需要的色彩，再打印出来，就可以实现实时彩色打印。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法。使用本专利提供的设备和方法可以实时、精确、高效的制备彩色三维打印制品。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种彩色3D打印机，其特征在于包括：X-Y工作平台、喷头、LED紫外光源、支撑台、移动支撑架、固定支撑架、UV树脂供料单元、基座、预混合器；其中，至少两个喷头、至少一个LED紫外光源和至少一个移动支撑架安装在X-Y工作平台上，支撑台与至少一个固定支撑架安装在基座上，至少一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器至少与三个UV树脂供料单元相连。喷头以及其后的一个LED紫外光源组成一个打印固化单元。X-Y工作平台与电脑连接，控制喷头、LED紫外光源和移动支撑架的运动以及工作。可以控制喷头喷射或者不喷射，LED紫外光源开启或者关闭，移动支撑架的移动以及从打印层上的剥离。

优选的，所述的彩色3D打印机还包括打印厚度校测单元。打印厚度校测单元可以精确的测试制品打印的总厚度，然后将获得的厚度数据反馈给计算机，计算机将测试的实际数据与理论数据进行比较，如果未出现偏差，则继续执行原有打印操作，如出现偏差，则根据实测的数据进行修正，制定后续打印方案。

所述的预混合器用于连接喷头和UV树脂供料单元。预混合器至少连接的三个UV树脂供料单元装有红、黄、蓝三种基础色UV树脂材料。通过这三种基础色的混合可以得到大量其他颜色。如果喷头具有类似预混合器的功能部件的话也能实现喷头连接预混合器的作用，这样的情况也包含在本发明保护范围内。

优选的，所述的预混合器还与装有黑色UV树脂材料的供料单元相连。通过红、黄、蓝、黑色的混合可以得到较深的颜色。

优选的，所述的预混合器还与装有白色UV树脂材料的供料单元相连。通过红、黄、蓝、白色的混合可以得到较浅的颜色。

优选的，所述的预混合器还与透明UV树脂材料的供料单元相连。透明材料的加入可以得到更加好的丰满度，而且还能制备出类似水晶的透明效果。

所述的预混合器通过机械、流体动力的方式将来自不同供料单元的不同颜色的UV树脂混合。

所述的预混合器还包含排料口，排料口与回料收集器连接。虽然喷射打印时打印层较薄，一定的颜色差异表现不明显，但当需要转换的颜色差异非常大时，就需要将之前的材料通过排料口排出。对于要求很高的产品，等材料排出后再用透明材料清洗之后再切换新的颜色的材料。

所述的LED紫外光源安装有聚光片，使用聚光片对UV光起到聚集作用，可以汇聚成面、线、点类型的光源，从而进行精确固化；经过聚光片到达打印面的UV光线滞后于喷头喷射的位置，使得UV树脂有一定的自流平时间。

所述的移动支撑架为履带式支撑架，类似于坦克的履带，当打印需要支撑的打印面时，电脑控制移动支撑架与喷头同方向同速度运动，本来在下面的履带片被传动装置提起展平，喷头将UV树脂喷涂到展平的履带片上，使用LED紫外光源进行固化后，向前运动的履带式支撑架在前进提供支撑的同时也在与固化的打印层发生着分离，展平的履带片通过传动装置向下运动，即支撑架的撤除，而这种分离是接近于90°垂直剥离的分离，对打印层影响相对较小。当然，移动支撑架的撤除可以是打印了多层打印层之后进行。在撤除移动支撑架的同时同步的移动固定支撑架以取代移动支撑架的支撑作用，最终完全由固定支撑架支撑打印层。固定支撑架的支撑面是平面的，能起到很好的支撑作用。此外，移动支撑架和固定支撑架都能在电脑的控制下实现自由移动和升降。

一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到m层的成型数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

当n＝m＝1时，即单程单层打印模式，使用1个打印喷头，根据需要打印的颜色实时混合打印，在这样的模式下，打印出来的打印层的厚度较薄，精度较高，但不太适合打印颜色种类多的制品。

当n＞1时，m＝1时，相当于将n个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，其中n个打印喷头可以连接到同一个预混合器上也可以连接到不同的预混合器上，经n个喷头喷射后再进行固化，打印层的厚度会比单次喷射的厚，所以采用这样的工艺可以有效的克服UV固化领域中存在的氧阻聚问题，使得打印层的物理性能更加优异，同时也能有效提高打印效率。

当n＝1，m＞1时，在这个模式下，共m个打印喷头，m个LED紫外光源参与工作，相当于将1个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，单程可以实现m层的打印。使用这种模式打印出的打印层精度很高，并且可以成倍提高3D打印机的工作效率。这m个喷头可以连接到同一个预混合器上，这时候每层打印出来的效果是一样的；当m个喷头连接到m个预混合器时，可以将常用的颜色进行固定，使某几个喷头专门用于喷射某些特定的颜色，其余的喷头喷射预混合器实时混合出来的颜色，这种模式下很适合打印颜色种类多的制品。

当n＞1，m＞1时，可以实现n＝1，m＞1时这种模式下的效果，并且可以有效的提高打印效率。

另外的，一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到MN个喷头、N个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中M个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到N层的成型数据，以M个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面LED紫外光源进行固化；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第一层的上面，计算机控制喷头按照第二层的成型数据进行喷涂，UV树脂与第一层结合，经LED紫外光源固化后与第一层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

使用这种方法制备三维制品时，可以根据M、N值的不同实现不同的工作模式，在实现彩色打印的同时，单程打印的宽度会更加宽，可以有效的提高打印效率。

另外的，一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷射同一颜色的喷头依次按照第1到m层的区域数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；当第一种颜色打印完毕后，在第1到m层上继续打印第二种颜色，直到第1到m层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的区域数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

使用这种方法制备三维制品时，首先建立制品颜色和形状区域数据，在打印时计算机控制喷头对同一颜色的区域进行打印，而不采用一般的直线打印，这样能够有效减少预混合器混合颜色的次数，提高打印效率。

另外的，一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到m层的成型数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

另外的，一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到MN个喷头、N个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中M个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到N层的成型数据，以M个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面LED紫外光源进行固化；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第一层的上面，计算机控制喷头按照第二层的成型数据进行喷涂，UV树脂与第一层结合，经LED紫外光源固化后与第一层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

另外的，一种利用所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷射同一颜色的喷头依次按照第1到m层的区域数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；当第一种颜色打印完毕后，在第1到m层上继续打印第二种颜色，直到第1到m层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

以上三种方法是在前三种方法的基础上引入了打印厚度校测单元，可以在前三种方法的基础上对打印制品的厚度进行校测，并进行实时修正，能够实现更高的打印精度。

与现有技术相比，本发明具有如下创新之处：

1、使用本发明提供的彩色3D打印机和制备方法可以实现全彩色打印，并且可以根据需要打印出多样的打印效果和彩色图案；

2、使用本发明提供的彩色3D打印机和制备方法可以实现单程多层彩色打印；

3、使用本发明提供的彩色3D打印机和制备方法可以实现区域彩色打印，可以显著提高打印效率。

4、使用本发明提供的彩色3D打印机和制备方法能够实现高精度彩色打印，打印精度可以控制在10微米级别。

附图说明

图1为实施例1中所述的3D打印机及其工作示意图。

图2为实施例3中所述的3D打印机及其工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及的彩色3D打印机如图1所示，在X-Y工作平台上装有1个喷头、1个LED紫外光源和1个移动支撑架，一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝三种颜色的UV树脂材料的三个UV树脂供料单元相连，支撑台与1个固定支撑架安装在基座上，1个打印厚度校测单元进行厚度校测。UV树脂储槽温度控制在30℃。LED紫外光源安装石英面聚光片，聚光到打印层上的面积为3cm×4cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为30°，聚光位置离喷头喷射的位置为8cm。

制备不需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到1个喷头、1个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料，混合得到第一种打印的颜色，喷头按照该颜色的区域数据喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；当第一种颜色打印完毕后，计算机控制供料单元向预混合器供料，混合得到需要打印的第二种颜色，继续打印第二种颜色，直到第1层全部打印完毕；

e.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体；

f.当打印完第三层之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，打印3层后再次进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体。

实施例2

本实施例涉及的彩色3D打印机，在X-Y工作平台上装有1个喷头、1个LED紫外光源和1个移动支撑架，一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝三种颜色的UV树脂材料的三个UV树脂供料单元相连，支撑台与1个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在30℃。LED紫外光源安装石英面聚光片，聚光到打印层上的面积为3cm×4cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为30°，聚光位置离喷头喷射的位置为8cm。

制备不需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到1个喷头、1个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料，混合得到第一种打印的颜色，喷头按照该颜色的区域数据喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；当第一种颜色打印完毕后，计算机控制供料单元向预混合器供料，混合得到需要打印的第二种颜色，继续打印第二种颜色，直到第1层全部打印完毕；

e.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体；

f.按照每一层的区域数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

实施例2打印得到的制品的精度比实施例1的要低一些。

实施例3

本实施例涉及的彩色3D打印机如图2所示，X-Y工作平台上装有3个喷头、3个LED紫外光源和1个移动支撑架，其中1个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，打印固化单元沿打印方向排列，一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝三种颜色的UV树脂材料的三个UV树脂供料单元相连，另2个喷头与装有同一个白色UV树脂材料的供料单元相连，支撑台与2个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在35℃。LED紫外光源安装石英聚光片，聚光到打印面所得效果为线光源，方向垂直打印移动方向，线光源长度为3cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为30°，线光源位置离喷头喷射的位置为5cm。

制备需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到3个喷头、3个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中1个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到3层的成型数据，以1个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中3次上述的操作被执行；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第3层的上面，计算机控制喷头按照第4到6层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

在本实施例中，实现了比实施例1更多的颜色打印，同时打印速度也更加快。

实施例4

本实施例涉及的彩色3D打印机，X-Y工作平台上装有3个喷头、3个LED紫外光源和1个移动支撑架，其中1个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，打印固化单元沿打印方向排列，一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝、黑、白五种颜色的UV树脂材料的五个UV树脂供料单元相连，另2个喷头分别与装有黑、白色UV树脂材料的2个供料单元相连，支撑台与2个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在35℃。LED紫外光源安装石英聚光片，聚光到打印面所得效果为线光源，方向垂直打印移动方向，线光源长度为3cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为30°，线光源位置离喷头喷射的位置为5cm。

制备需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到3个喷头、3个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中1个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，在喷射过程中计算机控制仅一个喷头喷射UV树脂材料，喷头按照第1层的区域数据喷射第一种颜色的UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；当第一种颜色打印完毕后，在第1层上继续打印第二种颜色；当需要打印黑色或者白色时，直接使用另2个喷头进行打印；以此将第1层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的区域数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

本实施例将特定的颜色通过特定的喷头进行喷射，这样的方法可以提高打印效率，同时也适合打印多色彩的制品。

实施例5

本实施例涉及的彩色3D打印机，X-Y工作平台上装有4个喷头、4个LED紫外光源和2个移动支撑架，其中1个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，打印固化单元沿打印方向排列，一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝、黑、白五种颜色的UV树脂材料的五个UV树脂供料单元相连，另3个喷头分别与装有透明、黑、白色UV树脂材料的3个供料单元相连，支撑台与2个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在35℃。LED紫外光源安装石英聚光片，聚光到打印面所得效果为线光源，方向垂直打印移动方向，线光源长度为4cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为30°，线光源位置离喷头喷射的位置为5cm。

制备需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到4个喷头、4个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中1个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，在喷射过程中计算机控制仅一个喷头喷射UV树脂材料，喷头按照第1层的区域数据喷射第一种颜色的UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；当第一种颜色打印完毕后，在第1层上继续打印第二种颜色；当需要打印透明、黑色或者白色时，直接使用另3个喷头进行打印；以此将第1层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的区域数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

本实施例将特定的颜色通过特定的喷头进行喷射，这样的方法可以提高打印效率，与实施例4相比，本实施例可以实现更加多的打印效果。

实施例6

本实施例涉及的彩色3D打印机，X-Y工作平台上装有3个喷头、3个LED紫外光源和1个移动支撑架，其中1个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，打印固化单元沿垂直打印方向排列，3个喷头与同一个预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、白三种颜色的UV树脂材料的三个UV树脂供料单元相连，支撑台与1个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在40℃。LED紫外光源安装石英聚光片，聚光到打印面所得效果为线光源，方向垂直打印移动方向，线光源长度为3cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为35°，线光源位置离喷头喷射的位置为3cm。

制备需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到3个喷头、3个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中1个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头按照第1层的成型数据，以1个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；3个喷头平行运动同时喷射；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

d.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

f.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

本实施例单程打印宽度较单个喷头的要快，可以有效提高打印效率。

实施例7

本实施例涉及的彩色3D打印机，X-Y工作平台上装有4个喷头、2个LED紫外光源和1个移动支撑架，其中2个打印喷头和1个LED紫外光源组成一个打印固化单元，打印固化单元沿垂直打印方向排列，每组打印固化单元的第一个喷头与同一个预混合器连接，所连接的预混合器与装有红、黄、蓝三种颜色的UV树脂材料的三个UV树脂供料单元相连，每组打印固化单元的第二个喷头与装有白色UV树脂材料的UV树脂供料单元相连，支撑台与1个固定支撑架安装在基座上。UV树脂储槽温度控制在40℃。LED紫外光源安装石英聚光片，聚光到打印面所得效果为线光源，方向垂直打印移动方向，线光源长度为3cm，LED紫外光源与喷头形成的夹角为35°，线光源位置离喷头喷射的位置为5cm。

制备需要支撑架的三维制品时包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到2个喷头、2个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中1个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制每一组打印固化单元的一个喷头按照第1层的成型数据喷射UV树脂，当打印彩色制品最外层10个喷头喷射范围时每组打印固化单元的第一个喷头喷射彩色UV树脂材料，随即用LED紫外光源进行固化，当打印制品的其余位置时，每组打印固化单元的后一个喷头喷射白色UV树脂材料，随即用LED紫外光源进行固化；

e.在第1层的上面，计算机控制喷头按照第2层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前1层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

在本实施例中，相当于实现了在白色材料制备的制品表面刷上了彩色的效果。

Claims (10)

1.一种彩色3D打印机，其特征在于包括：X-Y工作平台(1)、喷头(2)、LED紫外光源(3)、支撑台(4)、移动支撑架(5)、固定支撑架(6)、UV树脂供料单元(7)、基座(8)、预混合器(9)；其中，至少一个喷头、至少一个LED紫外光源和至少一个移动支撑架安装在X-Y工作平台上，支撑台与至少一个固定支撑架安装在基座上，至少一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器至少与三个UV树脂供料单元相连。

2.一种如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于包括打印厚度校测单元(10)。

3.根据权利要求1或2所述的一种彩色3D打印机，其特征在于所述的预混合器通过机械、流体动力的方式将来自不同供料单元的不同颜色的UV树脂混合。

4.根据权利要求1或2所述的一种彩色3D打印机，其特征在于所述的预混合器设有排料口，排料口与回料收集器连接。

5.一种利用权利要求1所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到m层的成型数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

6.一种利用权利要求1所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到MN个喷头、N个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中M个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到N层的成型数据，以M个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面LED紫外光源进行固化；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第一层的上面，计算机控制喷头按照第二层的成型数据进行喷涂，UV树脂与第一层结合，经LED紫外光源固化后与第一层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的成型数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

7.一种利用权利要求1所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷射同一颜色的喷头依次按照第1到m层的区域数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；当第一种颜色打印完毕后，在第1到m层上继续打印第二种颜色，直到第1到m层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.按照每一层的区域数据逐层打印，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

g.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

8.一种利用权利要求2所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到m层的成型数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的成型数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

9.一种利用权利要求2所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，得到每一层的成型数据；

b.将得到的信息数据关联到MN个喷头、N个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中M个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿垂直打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制控制供料单元向预混合器供料混合，喷头依次按照第1到N层的成型数据，以M个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面LED紫外光源进行固化；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第一层的上面，计算机控制喷头按照第二层的成型数据进行喷涂，UV树脂与第一层结合，经LED紫外光源固化后与第一层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。

10.一种利用权利要求2所述的彩色3D打印机制备三维制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.建立三维物体计算机模型，对其进行切片分层，将每一层上各自的颜色信息与形状信息进行结合，得到每一层不同颜色的区域数据；

b.将得到的数据关联到nm个喷头、m个LED紫外光源、相关的UV树脂供料单元和必要的支撑架，其中n个喷头和后面的1个LED紫外光源组成打印固化单元，所有的打印固化单元沿打印方向排列；

c.调整LED紫外光源与前进方向上与其最接近的喷头的夹角，选择合适大小的支撑台；

d.计算机控制供料单元向预混合器供料混合，喷射同一颜色的喷头依次按照第1到m层的区域数据，以n个喷头为一组依次喷射UV树脂，随后用喷头后面的LED紫外光源进行固化；单程移动过程中m次上述的操作被执行；当第一种颜色打印完毕后，在第1到m层上继续打印第二种颜色，直到第1到m层全部打印完毕；喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

e.在第m层的上面，计算机控制喷头按照第m+1到2m层的区域数据进行喷涂，UV树脂与上一层结合，经LED紫外光源固化后与前m层形成一个整体，喷涂需要支撑架支撑的部位时，计算机控制移动支撑架进行移动支撑，固化后用固定支撑架进行替换；

f.当打印到一定的层数之后，打印厚度校测单元将测试到的厚度反馈给计算机，计算机通过比较理论厚度与实际厚度的差异进行修正，制定后续打印方案；

g.按照新的打印方案进行打印，并进行校测反馈，再进行修正，循环进行，最终得到与计算机设计的一致的三维物体；

h.移除固定支撑架，得到打印的三维物体。