CN104786502A - 一种彩色3d打印头及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色3D打印头，包括熔融腔及与熔融腔下端固接的喷嘴，熔融腔上端设有入丝口，入丝口与送丝管一端连接，送丝管的另一端连接送丝器；入丝口处设有染色装置。另外，本发明还公开了一种彩色3D打印方法，包括数据准备阶段、丝状材料染色阶段和打印阶段。本发明的彩色3D打印头及其打印方法可实现在丝状材料进入熔融腔之前进行染色，使其与墨料在熔融腔中充分混合染色；并且因为是直接使用墨料染色，从而更真实的还原了模型，打印出的模型色彩分辨率更高、色带还原度更高；另外，本发明结构简单，易于操作，能够实现彩色模型的连续打印。

Description

一种彩色3D打印头及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别为一种彩色3D打印头及其打印方法。

背景技术

3D打印技术，即快速成型技术，因其优异于现有减法加工工艺的诸多优势而得到快速发展。现在的3D打印市场上，彩色的3D打印机并不多见，但是彩色3D打印的概念和技术种类也很繁杂。

在现有彩色3D打印技术中，喷头结构往往非常复杂。

一、分别进丝、相间打印的喷头。此种技术为多个打印头各自配置传送结构，虽解决了丝材转换带来的缺点，但是结构复杂，转换打印头大大增长了打印模型的时间，也增加了结构间转换的不确定性；

二、具有多孔进丝结构的喷头。多种颜色丝状材料转换，但是此种技术增长了打印转换时的时间，增加了转换丝材时，更多的不确定性等，现有技术多是增加了喷头成本，或是增加了打印时的转换时间和不确定性。

在彩色3D打印方法上，主要有如下两种：

一、有混合多色丝材挤出成型，采用三原色丝状材料，在喷头中进行混合，从而打印出多色3D复合模型。但是此种技术不仅喷头结构复杂，而且应用丝状材料混合染色，降低了色彩的真实度。

二、用每一打印分层成型后，再对该分层具有染色指令的区域进行喷墨染色。但是，这种方法无疑增加了染色时间，而且喷墨密度也具有不确定性。

发明内容

现有技术的彩色3D打印喷头结构复杂，打印出的3D模型色彩分辨率低、色带还原度低，为解决现有技术中缺陷，本发明的目的在于提供一种彩色3D打印头及其打印方法。

为实现上述目的，本发明公开了一种彩色3D打印头，包括熔融腔及与熔融腔下端固接的喷嘴，熔融腔上端设有入丝口，入丝口与送丝管一端连接，送丝管的另一端连接送丝器；入丝口处设有染色装置。

进一步地，染色装置包括喷墨头，喷墨头与入丝口连接，喷墨头通过连通管组与墨盒连接。

本发明在入丝口处设置喷墨头，对从送丝管流过来的丝状材料进行染色，染色后的丝状材料进入熔融腔。进入熔融腔内的丝状材料已经被充分着色，因此打印出的模型具有更高的色彩分辨率，和更高的色彩还原度。

进一步地，喷墨头由喷墨嘴与临时储墨盒组成。临时储墨盒内安装有混合搅拌器；墨盒内设有至少一个分区，每个分区容纳一种颜色墨料；分区内设有推送器。

进一步地，染色装置可为着色盘，着色盘内设有至少一个与送丝管连接的着色筒，着色筒内设有推送器；着色盘内还设有旋转装置，旋转装置上设有着色棒。

进一步地，旋转装置上设有至少一种颜色的着色棒。

进一步地，熔融腔内设有加热装置。

本发明的另一个发明目的在于提供一种彩色3D打印方法，包括如下步骤：

S1:准备阶段，将三维模型文件导入计算机，获取基本三维数据，设置打印参数；根据基本三维数据和打印参数，形成携带颜色信息的层片数据；

S2:染色阶段，根据层片数据，控制染色装置对进入熔融腔之前的丝状材料染色；

S3:打印阶段，被染色后的丝状材料进入熔融腔后，经喷嘴喷出，根据层片数据，打印彩色3D模型。

进一步地，S1步骤中，计算机对三维模型文件进行校对，如果校对有误，将进行三维模型文件修复，并重新校对，直到校对无误，获取3D模型的基本三维数据。

进一步地，S2步骤中，墨盒内的墨料经连通管组后进入喷墨头，喷墨头由喷墨嘴与临时储墨盒组成，墨料在临时储墨盒内均匀搅拌。S2步骤中，计算机获取墨盒送出墨量的数据，控制墨料的连续推送。

进一步地，S2步骤中，通过着色盘对丝状材料进行染色，着色盘内的旋转装置带动着色棒以着色盘中心为圆心旋转，选择合适的着色棒，推送器将其推向丝状材料。

本发明的有益效果为：本发明的彩色3D打印头可实现在丝状材料进入熔融腔之前进行染色，使其与墨料在熔融腔中充分混合染色；并且因为是直接使用墨料染色，从而更真实的还原了模型，打印出的模型色彩分辨率更高、色带还原度更高；另外，本发明结构简单，易于操作，能够实现彩色模型的连续打印。

附图说明

图1为彩色3D打印头的一种结构图。

图2为彩色3D打印头的另一种结构图。

图中，

1、送丝器；2、送丝管；3、熔融腔；4、喷嘴；5、墨盒；6、连通管组；70、临时储墨盒；71、喷墨嘴；8、着色盘；80、着色筒；81、着色棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进行详细解释说明。

实施例一：如图1所示，本发明的的彩色3D打印头，包括熔融腔3及与熔融腔3下端固接的喷嘴4，熔融态的丝状材料直接从喷嘴4挤出成型，熔融腔3上端设有入丝口，熔融腔3内设有加热装置，为熔融腔3提供所需的高温环境；入丝口与送丝管2一端连接，送丝管2的另一端连接送丝器1；入丝口处设有染色装置，本实施例中染色装置为喷墨头，喷墨头与入丝口连接，喷墨头通过连通管组6与墨盒5连接，每个墨盒5内设有至少一个分区，每个分区仅能容纳一种颜色墨料，分区内设有推送器。本实施例的墨盒5内设有三个同体积的墨盒分区，一个墨盒分区容纳一种的颜色墨料，分别容纳的品红、黄、青三种颜色墨料，连通管组6由三条连通管组成，每条连通管对应一种颜色的墨料，而且每个墨盒分区内分别设有推送器，进行墨料的推送，将墨料从墨盒5推送进入连通管组6，然后进入喷墨头，在喷墨头的临时储墨盒70内进行充分混合搅拌，以实现喷墨。每个墨盒分区内设有墨量送出反馈单元，能在软件程序准确控制墨盒5中彩墨的送出量的同时，及时将实时数据反馈回软件程序，以便下次指令的准确传递执行。

喷墨头由喷墨嘴71与临时储墨盒70组成，临时储墨盒70内安装有混合搅拌器，在墨料进入临时储墨盒70时，进行活性搅拌，有利于墨料的染色效果。

一种彩色3D打印方法，包括如下步骤：

S1:准备阶段，将三维模型文件导入计算机，计算机对三维模型文件进行校对，如果校对有误，将进行三维模型文件修复，并重新校对，直到校对无误，获取3D模型的基本三维数据，设置打印参数；根据基本三维数据和打印参数，形成携带颜色信息的层片数据；

打印头在计算机软件程序的控制下，进行初始化，熔融腔3开始预热，控制送丝器1，墨盒5和喷墨头进入准备打印阶段；

S2:染色阶段，根据层片数据，同步精准控制送丝器1、墨盒5、喷墨头；墨盒5内的墨料经连通管组6后进入喷墨头，喷墨头由喷墨嘴71与临时储墨盒70组成，控制送丝器1向熔融腔3传送丝状材料，同时控制墨盒5中的推送器工作、控制喷墨头喷墨，墨料在临时储墨盒70内均匀搅拌；对进入熔融腔3之前的丝状材料染色；每个墨盒分区内设有墨量送出反馈单元，能在计算机软件程序准确控制墨盒5中彩墨的送出量的同时，及时将实时数据反馈回计算机软件程序，计算机获取墨盒5送出墨量的数据，以便下次指令的准确传递执行，控制墨料的连续推送；

S3:打印阶段，被染色后的丝状材料进入熔融腔3后，染色后的材料通过喷嘴4喷出，根据层片数据，在工作平台上打印彩色3D模型。

实施例二：与实施例一的区别在于，墨盒5内设有七个同体积的墨盒分区，每个墨盒分区容纳一种的颜色墨料，分别容纳的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色墨料；连通管组6由七条连通管组成，每条连通管对应一种颜色的墨料。

实施例三：如图2所示的彩色3D打印头，其与实施例一的区别在于，染色装置为着色盘8，着色盘8内设有至少一个与送丝管连接的着色筒80，着色筒80内设有推送器；本实施例中，着色筒80的个数为3个，均匀分布；着色盘8内还设有旋转装置，旋转装置上设有着色棒81至少一种颜色的着色棒81,着色棒81依照着色筒的分布设置成对应的分布，送丝管穿过着色盘8中心、与着色筒80连接。着色棒81沿着色盘8均匀分布，着色盘8内的旋转装置可带动着色棒81以着色盘8中心为圆心旋转，选择合适的着色棒81后，推送器将其推向丝状材料。

在进行彩色3D打印的S2步骤时，同步控制着色盘8的旋转装置和着色筒80中的推送器开始工作，根据计算机指令，旋转着色盘8中的着色棒81，将选定的着色棒81送入着色筒80中，着色筒80中的推送器将着色棒81推向丝状材料进行着色，在丝状材料进入熔融腔之前，计算机控制完成着色盘8对丝状材料的着色过程。

需要说明的是，本发明丝状材料优选白色丝状材料，但并不限于白色丝材，还可以使用其他颜色的丝状材料；设置的多个墨盒分区也不限于相同的体积和形状。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种彩色3D打印头，包括熔融腔(3)及与熔融腔下端固接的喷嘴(4)，熔融腔上端设有入丝口，入丝口与送丝管(2)一端连接，送丝管的另一端连接送丝器(1)；其特征在于：入丝口处设有染色装置。

2.根据权利要求1所述的彩色3D打印头，其特征在于：染色装置为喷墨头，喷墨头与入丝口连接，喷墨头通过连通管组(6)与墨盒(5)连接。

3.根据权利要求2所述的彩色3D打印头，其特征在于：喷墨头由喷墨嘴(71)与临时储墨盒(70)组成，临时储墨盒内安装有混合搅拌器，墨盒内设有至少一个分区，每个分区容纳一种颜色墨料，分区内设有推送器。

4.根据权利要求1所述的彩色3D打印头，其特征在于：染色装置为着色盘(8)，着色盘内设有至少一个与送丝管连接的着色筒(80),着色筒内设有推送器；着色盘内还设有旋转装置，旋转装置上设有着色棒(81)。

5.根据权利要求4所述的彩色3D打印头，其特征在于:旋转装置上设有至少一种颜色的着色棒。

6.根据权利要求1所述的彩色3D打印头，其特征在于：熔融腔内设有加热装置。

7.一种彩色3D打印方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1:准备阶段，将三维模型文件导入计算机，获取基本三维数据，设置打印参数；根据基本三维数据和打印参数，形成携带颜色信息的层片数据；

S2:染色阶段，根据层片数据，控制染色装置对进入熔融腔之前的丝状材料染色；

S3:打印阶段，被染色后的丝状材料进入熔融腔后，经喷嘴喷出，根据层片数据，打印彩色3D模型。

8.根据权利要求7所述的彩色3D打印方法，其特征在于：S1步骤中，计算机对三维模型文件进行校对，如果校对有误，将进行三维模型文件修复，并重新校对，直到校对无误，获取3D模型的基本三维数据。

9.根据权利要求7或8所述的彩色3D打印方法，其特征在于：S2步骤中，通过喷墨头对丝状材料进行染色，喷墨头由喷墨嘴与临时储墨盒组成，墨盒内的墨料经连通管组后进入喷墨头，墨料在临时储墨盒内均匀搅拌；计算机获取墨盒送出墨量的数据，控制墨料的连续推送。

10.根据权利要求7或8所述的彩色3D打印方法，其特征在于：S2步骤中，通过着色盘对丝状材料进行染色，着色盘内的旋转装置带动着色棒以着色盘中心为圆心旋转，选择合适的着色棒，推送器将其推向丝状材料。