CN104149351A - 彩色三维打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色三维打印机及其打印方法，该打印机包括机架、成型座、打印头、供料机构和光发射器，打印头可移动地安装在机架上，成型材料当中含有受到特定波长光线激发后发生颜色变化的光致变色材料。本发明利用含有光致变色材料的成型材料在彩色三维打印机上进行三维打印成型，然后通过在彩色三维打印机的机体上设置光发射器,以便在打印成型的过程中向成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化，从而获得所需的彩色三维实体。本发明无需提供多种不同颜色的成型材料，只需要提供单一类型的成型材料即可实现彩色三维打印，从而简化了整体结构，降低了制造成本。

Description

彩色三维打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，特别涉及一种彩色三维打印机及其打印方法。

背景技术

三维打印又称3D打印，属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用成型材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

三维打印的过程首先是通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导打印机逐层打印。作为三维打印技术的代表，FDM(Fused Deposition Modeling, 熔融沉积成型)是一种通过熔融材料叠加堆积而形成三维实体模型的工艺，一般采用逐层固化成型方法，使打印后的树脂一层一层地变成固体，从而产生固体成像产品。其中常见的成型材料包括ABS、PLA等，基本上是通过从三维打印机的打印头上端输入线状的成型材料，然后经打印头内高温熔融再从打印头出口挤出约0.1~0.2mm左右的丝状材料，然后把这种丝状材料按照程序，规律地布置在打印托板上，从而实现三维成型。

现阶段，三维打印技术快速发展并已逐渐进入各个领域，一台三维打印机可以采用多种材料进行打印，例如，使用ABS材料的三维打印机，还可使用一些与ABS相近的材料如尼龙等材料进行打印。而且，三维打印机进行打印时可采用多种颜色的材料直接打印出彩色的三维实体。在使用过程中，成型材料一般会容纳在打印盒内，而打印盒安装在三维打印机的打印盒安装架上，通过出料口向三维打印头提供成型材料。

然而，在目前所出现的能够打印彩色实体的三维打印机中，普遍存在的问题为：需要提供多种不同颜色的成型材料，每种颜色的成型材料容纳在相应的打印盒内，导致整体结构相当复杂，制造成本较高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够简化结构、降低制造成本的彩色三维打印机。

本发明的另一个目的在于提供一种能够简化三维打印机结构、降低三维打印机制造成本的三维打印方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：设计一种彩色三维打印机，包括机架、成型座、打印头和用于向所述打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述打印头可移动地安装在所述机架上，所述打印头为可向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，所述彩色三维打印机还包括有用于向所述成型座上的成型材料发射特定波长光线的光发射器，所述成型材料当中含有受到特定波长光线激发后发生颜色变化的光致变色材料。

由上述方案可见，本发明的彩色三维打印机利用含有光致变色材料的成型材料在彩色三维打印机上进行三维打印成型，然后通过在彩色三维打印机的机体上设置光发射器,以便在打印成型的过程中向成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化，从而获得所需的彩色三维实体。与现有技术相比，本发明的彩色三维打印机无需提供多种不同颜色的成型材料，只需要提供单一类型的成型材料即可实现彩色三维打印，从而简化了整体结构，降低了制造成本。

进一步的技术方案为，所述光发射器可移动地安装在所述机架上。采用此结构的优点在于，可实现光发射器与机架上的打印头用同一套传动装置，结构更简单也更方便可靠。

在一种优选实施方式中，所述光发射器有多个，所述多个光发射器成排地固定在所述机架上。采用此结构的优点在于，多个光发射器发出不同的光实现材料的同时照射实现彩色效果。

在另一种优选实施方式中，所述光发射器固定在所述打印头上。采用此结构的优点在于，可实现光发射器与机架上的打印头同步移动，更方便可靠地实现对打印出的材料照射实现彩色效果。

进一步的技术方案为，所述供料机构包括打印盒安装架和安装在所述打印盒安装架内的至少一个打印盒，所述打印盒包括成型材料容纳部和出料口，所述成型材料容纳部内的成型材料通过所述出料口被提供至所述打印头，所述成型材料为固态丝状成型材料。采用固态丝状成型材料更便于材料输送到打印头，而且便于运输，用户操作也更方便。

进一步的技术方案为，所述机架包括水平设置的上支架、下支架和竖直设置的螺杆，所述成型座固定在所述下支架上，所述螺杆支撑在所述下支架上，所述上支架可升降地设置于所述螺杆；所述上支架上设有可在上支架确定的平面内前后移动的第一滑架和第二滑架，所述打印头可左右移动地设置于所述第一滑架，所述光发射器可左右移动地设置于所述第二滑架。采用此结构的优点在于，可实现光发射器与机架上的打印头用同一套传动装置，结构更简单也更方便可靠。

为实现上述第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：设计一种彩色三维打印机的打印方法，所述彩色三维打印机包括机架、控制单元、成型座、熔融式打印头、光发射器和供应丝状可熔融成型材料的供料机构，所述成型材料当中含有光致变色材料，所述打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据和图案颜色数据，并将所述成型数据和图案颜色数据提供给所述控制单元；

3）由所述控制单元控制所述供料机构向所述熔融式打印头供应所述成型材料，并根据所述成型数据控制所述熔融式打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由所述控制单元根据所述图案颜色数据控制所述光发射器向所述成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得所述成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化；

5）所述成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体。

由上述方案可见，本发明的彩色三维打印方法利用含有光致变色材料的成型材料在彩色三维打印机上进行三维打印成型，然后通过在彩色三维打印机的机体上设置光发射器,以便在打印成型的过程中向成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化，从而获得所需的彩色三维实体。与现有技术相比，本发明的彩色三维打印机无需提供多种不同颜色的成型材料，只需要提供单一类型的成型材料即可实现彩色三维打印，从而简化了整体结构，降低了制造成本。

进一步的技术方案为，所述光发射器可移动地安装在所述机架上。

在一种优选实施方式中，所述光发射器有多个，所述多个光发射器成排地固定在所述机架上。

在另一种优选实施方式中，所述光发射器固定在所述打印头上。

附图说明

图1是本发明彩色三维打印机的第一种实施例的结构示意图。

图2是本发明彩色三维打印机的第二种实施例的结构示意图。

图3是本发明彩色三维打印机的第三种实施例的结构示意图。

图4是本发明彩色三维打印机的打印方法工艺流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各种实施方式，其中的实施例结合附图进行说明并在下文中描述。尽管本发明将结合示例性实施方式进行说明，应当理解本发明不限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅包括这些实施方式，而且还包括各种变形、改进。

彩色三维打印机的第一实施例

如图1所示，本实施例的彩色三维打印机包括机架、供料机构、成型座1、打印头2、光发射器3以及未示出的控制单元，所述机架包括水平设置的上支架4、下支架5和竖直设置的螺杆6，成型座1固定在下支架5上，螺杆6支撑在下支架5上，上支架4可沿螺杆6上下移动。所述上支架4上设有可在上支架4确定的平面内前后移动的打印头滑架7和光发射器滑架8。打印头2可左右移动地设置于打印头滑架7，光发射器3可左右移动地设置于光发射器滑架8。

所述供料机构包括打印盒安装架9和安装在打印盒安装架9内的打印盒10，打印盒10包括呈圆形的成型材料容纳部（未示出）和位于该成型材料容纳部顶部的出料口12，成型材料容纳部内容纳有呈固态丝状的可熔融成型材料13，该成型材料13当中含有光致变色材料，光致变色材料在受到不同波长和频率的光线照射后，能吸收一定能量，激发内部的光子，以低可见光把吸收的能力释放出来，发出不同色相的光，从而呈现不同的颜色。采用含有这种光致变色材料的成型材料打印出来的三维实体，表面可呈现彩色的效果。可采用的光致变色材料例如铝酸盐材料、硅酸盐材料、硫化锌材料或稀土材料等。

成型材料13通过出料口12被提供至打印头2，成型材料12在打印头2内熔融，熔融后的成型材料经由打印头2的喷嘴14向成型座1逐层喷射。所述光发射器3向成型座1上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化。成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体11。可以理解的是，不同的三维打印机结构有所不同，以上仅以示例的方式描述打印机的结构，本发明并不仅限于具有上述结构的三维打印机。

在本实施例中，打印盒 10以装有固态丝状成型材料的打印盒为例进行说明，可以理解的是，成型材料也可为粉末状、液态等形态，容纳不同形态成型材料的打印盒的结构有所不同。

彩色三维打印机的第二实施例

如图2所示，本实施例的彩色三维打印机同样包括机架、供料机构、成型座1、打印头2、光发射器3以及未示出的控制单元，与第一实施例的区别主要在于，本实施例的光发射器3设置有多个（例如三个），多个光发射器3成排地固定在上支架4上，或者固定在上支架4的光发射器支撑杆上。

彩色三维打印机的第三实施例

如图3所示，本实施例的彩色三维打印机同样包括机架、供料机构、成型座1、打印头2、光发射器3以及未示出的控制单元，与第一实施例的区别主要在于，本实施例的光发射器3固定在打印头2上。

彩色三维打印方法的实施例

本实施例的彩色三维打印方法采用了上述实施例的彩色三维打印机进行打印，具体包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据和图案颜色数据，并将所述成型数据和图案颜色数据提供给彩色三维打印机的控制单元；

3）由控制单元控制彩色三维打印机的供料机构向熔融式打印头供应成型材料，并根据所述成型数据控制熔融式打印头向成型座1逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由控制单元根据所述图案颜色数据控制光发射器3向成型座1上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化；

5）所述成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体11。

在上述打印方法中，可以将光发射器3可移动地安装在彩色三维打印机机架的光发射器滑架8上，也可以将多个光发射器3成排地固定在机架的光发射器支撑杆20上，还可以将光发射器3固定在打印头2上。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于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。

Claims (10)

1. 彩色三维打印机，包括机架、成型座、打印头和用于向所述打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述打印头可移动地安装在所述机架上，所述打印头为可向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，其特征在于，所述彩色三维打印机还包括有用于向所述成型座上的成型材料发射特定波长光线的光发射器，所述成型材料当中含有受到特定波长光线激发后发生颜色变化的光致变色材料。

2. 根据权利要求1所述的彩色三维打印机，其特征在于：所述光发射器可移动地安装在所述机架上。

3. 根据权利要求1所述的彩色三维打印机，其特征在于：所述光发射器有多个，所述多个光发射器成排地固定在所述机架上。

4. 根据权利要求1所述的彩色三维打印机，其特征在于：所述光发射器固定在所述打印头上。

5. 根据权利要求1所述的彩色三维打印机，其特征在于：所述供料机构包括打印盒安装架和安装在所述打印盒安装架内的至少一个打印盒，所述打印盒包括成型材料容纳部和出料口，所述成型材料容纳部内的成型材料通过所述出料口被提供至所述打印头，所述成型材料为固态丝状成型材料。

6. 根据权利要求1所述的彩色三维打印机，其特征在于：所述机架包括水平设置的上支架、下支架和竖直设置的螺杆，所述成型座固定在所述下支架上，所述螺杆支撑在所述下支架上，所述上支架可升降地设置于所述螺杆；所述上支架上设有可在上支架确定的平面内前后移动的第一滑架和第二滑架，所述打印头可左右移动地设置于所述第一滑架，所述光发射器可左右移动地设置于所述第二滑架。

7. 彩色三维打印机的打印方法，所述彩色三维打印机包括机架、控制单元、成型座、熔融式打印头、光发射器和供应丝状可熔融成型材料的供料机构，所述成型材料当中含有光致变色材料，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据和图案颜色数据，并将所述成型数据和图案颜色数据提供给所述控制单元；

3）由所述控制单元控制所述供料机构向所述熔融式打印头供应所述成型材料，并根据所述成型数据控制所述熔融式打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由所述控制单元根据所述图案颜色数据控制所述光发射器向所述成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得所述成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化；

5）所述成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体。

8. 根据权利要求7所述三维打印机的打印方法，其特征在于，所述光发射器可移动地安装在所述机架上。

9. 根据权利要求7所述彩色三维打印机的打印方法，其特征在于，所述光发射器有多个，所述多个光发射器成排地固定在所述机架上。

10. 根据权利要求7所述彩色三维打印机的打印方法，其特征在于，所述光发射器固定在所述打印头上。