CN105722663A - 彩色或多材质3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种彩色或多材质3D打印机，包含至少一料匣、一混合器以及一单一喷头，该料匣内容纳有一构筑原料，该混合器与该料匣连接，该单一喷头连接至该混合器的一出口，其中容纳于该料匣的构筑原料被送至该混合器与该单一喷头以形成一连续彩色物件。

Description

彩色或多材质3D打印机
本案声明2013年11月18日申请的美国临时申请案号61/962869与2014年8月24日申请的美国临时申请案号62/041105的优先权。
技术领域
本发明有关于一种3D打印机。
背景技术
快速成型(Rapidprototyping)与快速制程(Rapidmanufacturingprocesses)尽量在没有人力介入和使用模具的情形下将3D电脑辅助设计(CAD，Computeraideddesign)资料直接且快速地转换成工件。大多数的打印机都是单色打印机，然而，随着打印的潮流，消费者会更要求高品质且价格合理的彩色打印。
目前的3D彩色打印面临的其中一个挑战是所使用的构筑原料。常见的低成本热塑性3D打印机仅使用单一热押出机来提供热熔的能量。亦有多个热押出机的3D打印机，但并不实际，因为熔融的塑料接触到支撑床就马上固化、冷却。这类的多个热押出机的3D打印机因液滴太大(比桌上型喷墨印表机的墨水液滴还大得多)而无法将固化的液滴混合来获得连续全彩物件。有些彩色3D打印机试着在押出之前将不同颜色的材料混合，但不同颜色的热塑性塑料(常见的构筑原料)熔点超过200℃且易在没有隔热的状态下快速地冷却，因此混合它们是很困难的。
已知的快速成型制程可分为两类：使用雷射的制程以及不使用雷射的制程。其中一种是立体光刻(SLA，Stereolithography)，以雷射将辐射固化聚化物的液体混合物一层一层地硬化，若希望立体光刻制成的工件上具有色彩，则将该工件的表面进行染色，相当复杂且耗时。另一种方法是选择性雷射烧结(SLS，Selectivelasersintering)，与立体光刻类似，是将粉状原料(例如热塑性塑料或可烧结金属)以雷射选择性地一层一层烧结。此方法也是只能制造单色或色彩不特定的3D物件。第三种使用雷射的制程是层状实体制造(LOM，Laminatedobjectmanufacturing)，具有粘着剂的多层的纸网或塑胶箔被粘着在一起并以雷射切割。其后的染色实例则如专利US6,713,125所揭示。
UV喷墨制程是一种常用已知可用以制造彩色物件的3D打印制程。在这个三阶段制程中，粉状原料被施用在薄膜上，一UV固化液体被印刷在薄膜上，薄膜是用以叠合成立体产物，最后，以UV光源将经过印刷的薄膜固化，这些步骤在每一层薄膜不断重复。
在WO2008/077850中，在制程的上游，多色彩的液体与固化剂在一腔室中直接混合，因此，选择性的上色是可能的。然而，由于该腔室，锐利的色彩转换是不可能的，这种制程因为固化过程的限制而缺乏锐利度，降低了表面平滑度，且常导致上色不均匀。在WO2001/26023中，两个喷头具有不同色彩的固化剂混合物，提供产物不同的弹性，然而，色彩不超过两种。
WO2009/139395的制程类似于3D喷墨打印，一彩色液体一层一层地施作，且一种可与第一液体产生固化反应的第二液体被印刷于上，这种制程除非未固化液体层之间有混合情形，否则制造的结构仅能各层不同颜色。
在US2004/0251574中，热塑性塑料的打印之后进行了以颜料选择性地印刷。这种制程的优点是较高选择性，然而，这种制程的缺点是，由于颜料无法均匀地穿透陶瓷粉末与粘结剂的混合物，因此无法达到均匀的色彩解析度或是明亮的色彩。
美国专利US6,401,002中，多样化的液体与不同的染料及结合剂一同使用。这些液体可以是分离地滴落或是以喷嘴连续线的方式混合。本领域技术人员能以任一种方式获得理想的色彩解析度。在前者中，染料的混合是在表面的粘性液体中进行，因此，这种混合很少能完全完成。在第二种程序中，连续线的压力差异会导致极端的颜色差异。
在众多立体物件打印制程中，材料上最为经济且在机械设计上较佳的是熔融沉积成型(FDM，Fuseddepositionmodeling)。它牵涉到一种押出成型的数位制造系统。此外还有其他已知制程与之类似而仅有些微差异，例如熔丝制造(FFF，Fusedfilamentfabrication)、熔体押出制造(MEM，Meltedextrusionmanufacturing)、选择性沉积成型(SDM，Selectivedepositionmodeling)。在熔融沉积成型制法中，两种不同的聚合物丝在一喷嘴中被熔融并被选择性地打印。另牵涉到一种支撑原料，其只有在3D物件的悬空部分位置需要，支撑原料可在之后移除，例如以酸、碱或水溶解。其他的原料(构筑原料)形成确切的3D物件。打印是一层一层完成的。FDM制程在专利US5,121,329中首先揭露。US2002/0111707提及一般的冷却，但未提到细节。在US6,165,406的3D彩色打印方法中，各别染料使用了各别的喷嘴，因此几乎不太可能混合染料，能达到的色彩效果极为简单。在US7,648,664的FDM变化型中，使用了粒状的不同色彩构筑原料，各自熔融再由押出机混合以符合色彩需求，之后再进行打印，这种方法需要很复杂的设备，且失去了很多FDM的优点。US6,129,872揭露一种制程，构筑原料在一喷嘴中熔融，多种染料混合物在喷嘴的末端选择性地加入熔融物中，然而，这会造成混合的不充分且无法提供干净的色泽。
US2010/0327479揭露一种制程，多种色丝在一微押出机里结合而连续地押出，以提供新的色丝，新的色丝进入喷头以进行打印，这个方法需要极为精巧且复杂的设备。在另一实施例中，多种颜色的色丝亦可以直接被导入喷头中而在喷头中混合。
美国专利申请案20140134334揭露一种3D押出打印制程用以制造多色彩的3D物件。此制程根据涂布用来制造实际物件的聚合物串(印刷头的上游)以及聚合物串涂布上游进入印刷头的固定，印刷头中的下游主要留在押出串的表面。
发明内容
本发明提供一种3D连续彩色打印机，包含至少一料匣，该料匣内容纳有一构筑原料；一混合器，连接于该料匣；以及一单一喷头，连接于该混合器的一出口；其中，容纳于该料匣的构筑原料被送至该混合器与该单一喷头以形成一连续彩色物件。
实际的实施例可包含以下所述。较佳地，四个料匣连接至管体进而连接至该混合器使不同色彩的构筑原料能在往该喷头的路径上较佳地混合。该混合器可为一五通管接头(或具有不同数量开放端的接头)。选择性地，一静态混合搅拌管(如液体连续搅拌器)或一主动混合器可被选用为该混合器的核心部分。该接头的材质可为塑胶、金属或其他材质，视所封止的液体种类而定。由接头一端流出的液体色彩取决于流入的不同色彩液体的相对流速，无论混合液体的颜色为何，流出的液体流速为使用者所定义的一定值。也就是说，流入的不同色彩原料的流速总和为使用者所定义的一定值，而流入的不同色彩原料的流速的比值决定了流出原料的色彩。混合器与喷头模组之间的距离为可变因子。当距离短，色彩过渡的间隔较短，但原料没有太多时间可以混合；相反地，当距离长，色彩过渡的间隔较长，混合品质较好。用以连接各模组的管体的内径够细以尽量降低色彩过渡之间的迟滞，且须够长以避免限制了喷嘴的动作。该混合器可为抛弃式的以维持打印品质。
该喷头模组供构筑原料流入并将之押出以打印3D物件，喷头尖端的尺寸决定了打印物件的解析度。喷头可选自但不限于针体、喷嘴或圆珠笔头。该喷头可根据原料选择、解析度需求或防止阻塞进行替换。在一些实施例中，喷头能混合构筑原料，例如，静态混合搅拌管喷嘴可作为打印头又可混合构筑原料并押出之。静态混合搅拌管可在可负担的成本之下混合溶液，且喷嘴尖端的内径须在较大(减少阻塞可能)和较小(增加打印的精确性)之间最佳化。
本发明使用的构筑原料可为硅胶、硅橡胶、硅化丙烯酸嵌缝乳胶、聚亚胺酯、光敏树脂、可固化液体、可固化浆糊。固化步骤可选择性地使用辐射、冷却或干燥。会自然干燥的原料亦可被接受。使用两种以上色彩的原料以混合它们形成所需色彩的液体，构筑原料以可溶于之的色素进行染色。此外，添加不同性质的粒子、油、水或其他物质(在此称之为辅助物质)可改变打印3D物件的硬度、强度、或其他物理、化学性质。
此外，除了以一电加热器提供热量以外，该构筑原料可包含添加剂、粘合增加剂、或是可被微波、电场或磁场加热或活化的粘着剂。这些添加物可被添加在单一混合物或全部混合物、或是自分离给料容器添加。在近来的案例中，该些混合物是无色的。例如，至少一注射器接触构筑原料以添加架桥剂、启动剂或加速剂，通过与混合物中其他物质的化学反应或在押出的下游段进行热活化以导致化学反应(例如加成反应或架桥)，使制成的3D物件具有全部或部分弹性体或热固性体的性质。
本发明的优点包含以下所述。本发明的打印机可制造具有连续色彩的立体物件；使用单一喷头降低成本且增加可靠度，并提供高品质的色彩表现；本发明的打印机可制造机械上稳定的多色彩立体物件；原料可包含任何色料与功能性添加物。
附图说明
图1是本发明的3D彩色打印机的示意图。
图2是本发明的料匣的前视图。
图3是本发明支撑图2所示注射器活塞的棒体的顶视图。
图4是一种使用图1所示3D打印机的打印制程示意图。
图5是本发明用以形成3D物件的3D移动过程示意图。
图6是本发明的3D彩色打印机的另一实施例。
图7是本发明的3D彩色打印制程图。
图8是本发明制造彩色物件的流程图。
具体实施方式
以下说明是一较佳实施例提供一种使用可固化物质作为构筑原料的彩色3D打印装置。如图1所示，该彩色3D打印系统包含复数个构筑原料的料匣11、一混合器12以及具有一单一热押出机的一单一喷头13。容纳于料匣11中的可固化的构筑原料被送至喷头13，且在这过程中被充分混合，最后自喷头的尖端押出，押出的构筑原料液滴接着被固化。
各料匣11容纳构筑原料，复数个料匣用以容纳具有不同性质(例如颜色、硬度或比重)的构筑原料液体。在其中一实施例中，构筑原料被容纳于注射器内以利于输送。容纳容器亦可为细管、瓶子或其他任何可利于将液体往外输送的液体容器。较佳的，为一种四料匣系统：各料匣分别容有红色(或洋红色)、黄色、蓝色(或青色)以及白色(或透明)的构筑原料，白色原料可以黑色原料取代而与四分色系统(CMYKcolorsystem)类似。然而，三料匣系统或其他不同数量料匣的系统亦是可接受的。
本系统仅使用一单一押出机来提供熔融所需热量，该单一押出机押出混合液滴以形成一连续全彩物件。相反地，常用具有多个押出机的系统的液滴太大(比桌上型喷墨印表机的墨水液滴还大得多)且熔融的塑料一接触到支撑床就冷却而固化，因此无法提供连续全彩。本发明的单一押出机并可控制熔融的热塑性塑料(由于熔点高于200℃，而为常见的不同色彩的构筑原料)。
请参考图2与图3，在押出过程中，在一注射器21中的构筑原料被一推液塞推出，该注射器的底部接触一棒体22，该棒体22连接至一螺杆23，图3更揭露了细节，一推件33固定于一螺杆32上且该螺杆被一步进马达(steppermotor)31所驱动。在图2中，当螺杆被步进马达25转动，棒体22与推液塞沿一导引件24移动，其中螺杆能够以小角度转动，因此推液塞能渐进地移动，使得构筑原料能以极小量输送出去。
四料匣与管体连接再进一步连接至该混合器以使不同色彩的构筑原料能在往喷头模组的路径上被充分混合，该混合器可为一五通管(或为具有不同数目开放端的接头)。选择性地，一静态混合搅拌管(staticmixer)，像是一液体连续搅拌器(in-linemixer)，或是一主动混合器(activemixer)能作为该混合器的核心部分。接头的材质可根据所容纳的液体种类选用塑胶、金属或其他材质。由接头一端流出的液体色彩取决于流入的不同色彩液体的相对流速，无论混合液体的颜色为何，流出的液体流速为使用者所定义的一定值。也就是说，流入的不同色彩原料的流速总和为使用者所定义的一定值，而流入的不同色彩原料的流速的比值决定了流出原料的色彩。混合器与喷头模组之间的距离为可控制因子。当距离短，色彩过渡(colortransitions)的间隔较短，但原料没有太多时间可以混合；相反地，当距离长，色彩过渡的间隔较长，混合品质较好。用以连接各模组的管体的内径够细以尽量降低色彩过渡之间的迟滞，且须够长以避免限制了喷嘴的动作。该混合器可为抛弃式的以维持打印品质。
该喷头模组收容该构筑原料并将之押出以打印立体物件，喷头尖端的尺寸决定了印出物件的解析度。喷头可为但不限于针体、喷嘴或圆珠笔头，该喷头可根据原料选择、解析度需求或防止阻塞而为可替换式的。在一些实施例中，该喷头模组具有混合构筑原料的能力，例如，可选用一静态混合喷嘴，其可混合流入的构筑原料并押出之，成本是较低的，此外，喷嘴尖端的内径应在较大的(可降低阻塞的可能性)与较小的(可提高打印的精确性)之间进行最佳化。
所使用的构筑原料可为硅胶、硅橡胶、硅化丙烯酸嵌缝乳胶、聚亚胺酯、光敏树脂、可固化液体、可固化浆糊，固化步骤可选择性地使用辐射、冷却或干燥。会自然干燥的物质亦可被接受。使用两种以上颜色的原料以进行混合形成所须颜色的液体。构筑原料以可溶于之的色素进行染色，甚至，可添加不同性质的粒子、油、水或其他物质(在此称之为辅助物质)可改变打印3D物件的硬度、强度、或其他物理、化学性质。
除了因温度变化造成的固化以外，该构筑原料可包含添加剂、粘合增加剂、或是可被微波、电场或磁场加热或活化的粘着剂。这些添加物可被添加在单一混合物或全部混合物、或是自分离给料容器添加。在近来的案例中，这些混合物是无色的。例如，至少一注射器接触构筑原料以添加架桥剂、启动剂或加速剂，通过与混合物中其他物质的化学反应或在押出的下游段进行热活化以导致化学反应(例如加成反应或架桥)，使制成的3D物件具有全部或部分弹性体或热固性体的性质。本领域技术人员能理解组成以及使用的构筑原料后选用适合的添加物。
如图4所示，打印制程关联于喷头41的喷嘴、一支撑床以及自喷嘴输出的构筑原料。该构筑原料(在本实施例中为糊状的)由该喷嘴以液滴44的方式一滴一滴输出，接着开始固化。固化速率受到控制而使液滴几乎是一接触到支撑床或物体43就固化但仍可维持液滴从喷头输出时是液态的，使喷头不会被构筑原料阻塞。
之后，可进行表面涂层或化学反应，更明确来说，可被微波、热、电浆、UV光或磁场活化的添加物以涂层的方式施于表面，并以正确的方式活化。特定的、具有好处的化学反应于押出的原料表面发生，特别是可用于进行架桥反应(crosslinking)，然而，架桥反应亦可在前期熔融、额外动力或前面提到的静态混合搅拌管发生，也就是在熔融的构筑原料在喷头中时。
在另一实施例中，各注射器中的添加物能在混合步骤后彼此进行化学反应而达成化学架桥以催化固化且(或)增进构筑原料的粘合效果。
在又一实施例中，在打印制程的最后，可将一种或多种的涂层成分涂于产物物件的表面。
本系统可单独使用亦可与其他系统结合为一体。例如，一种手持彩色3D打印机的实施例中，使用者能在一表面上、在空气中或在溶液中打印出立体物件。此外，本系统亦可装设于已知的3D打印机以将之转换为多色彩3D打印机。
在图5所示的另一实施例中，料匣模组和混合器51被固定于一3D打印机的框架，而喷头模组52为可移动的，一支撑床53用以支撑该3D打印机。
图6则提供了3D彩色打印机的又一实施例，该彩色3D打印机包括一机械系统、一光源系统以及一押出系统，该机械系统可精确的定义押出喷嘴105和支撑床104的相对位置，该光源系统107用以使聚合物硬化，该押出系统打印物件。容于料匣106中的可硬化构筑原料被送至喷嘴、在途中充分混合、并由喷嘴尖端押出。押出的构筑原料液滴在被辐射照射后于支撑床上固化。随着喷嘴移动，液滴能被打印在支撑床的任何地方，因此被打印的原料结构能被决定。该机械系统通过三个马达控制喷嘴与支撑床的位置。该支撑床仅供支撑固化的物件，该支撑床能以金属或塑胶制成且其表面可具有一些涂层以产生与被打印物件之间较佳的连结。该喷嘴被固定于一Y轴皮带，该Y轴皮带被一Y轴马达控制，在Y轴马达转动时，喷嘴沿Y轴移动，Y轴皮带能沿Y轴被杆体支撑以增加其稳固性，Y轴皮带再固定于一转轮，该转轮位于一X轴皮带上，如此一来，通过一X轴马达，Y轴皮带可沿X轴移动，当这个由两个马达控制的皮带系统高度维持固定，它决定了喷嘴的X、Y轴位置。支撑床的Z轴位置由一Z轴马达所调动，该Z轴马达同轴地连接于一螺杆，该螺杆连接至该支撑床，以此，当马达转动，支撑床能沿螺杆(Z轴)移动。在机械系统中使用的马达较佳地可为步进马达(steppedmotor)，转动时具有较小的增幅，因此喷嘴的位置能被精确的定义。
在上述例子中，动力是由马达及皮带所产生与传递，然而，亦可换为齿轮系统或机械手臂等。亦可具有一校准装置用以精确决定部件的位置，该校准装置可包含但不限于碰撞传感器(collisionsensor)、红外线感应器(IRsensor)、labeledtracks等。以碰撞传感器为例，喷嘴沿着X轴和Y轴的边界移动直到碰撞到感应器，该位置定义为起始点，而喷嘴的坐标能通过记录步进马达的转动角度而被追踪。
图6所示的实施例所使用的构筑原料可为光可固化树脂或是其他辐射可固化、可冷却、可干燥的液体。使用三种甚至更多色彩的原料以将之混合形成具有所须颜色的均匀液体，原料在被填充入料匣之前通过添加可溶于原料的色素而染色。常见的光可固化物质如聚合物时，色素最好为油溶性的。光源系统包含一辐射源以固化自喷嘴押出的构筑原料，固化的液滴接触支撑床或下方的物件。辐射源用于将光敏树脂固化，可能的选择包括但不限于UV光、可见光及雷射。光源与打印物件的几何关系是多变的，例如，光源可以只集中照射在液滴上、由上往下照射整个支撑床、或是由下而上照射支撑床，以使液体在支撑床上固化。辐射源可以是可控制开闭的或是可在打印过程中移动的。
图6的押出系统包含一混合喷嘴与一料匣系统，喷嘴固定在Y轴皮带上而可在X-Y平面上移动，一细管连接至喷嘴使构筑原料能流入喷嘴并被混合、押出。较佳地，以静态混合搅拌喷嘴来混合溶液的成本较低，而喷嘴的内径需较佳地控制在较大的(可降低阻塞可能性)和较小的(可提高打印精确性)之间，所使用的细管必须足够细以降低色彩过渡之间的迟滞，又必须足够长以免阻碍喷嘴的移动。
关于料匣系统的细节，包含多个容纳不同色彩液体的料匣，这些料匣可为注射器、瓶子或其他可将液体输出的液体容器。较佳地，使用了一种四料匣系统：各料匣具有红色、黄色、蓝色与白色(透明)的构筑原料，在此实例中，使用注射器以利于输出构筑原料，注射器应被遮光物件所覆盖，例如黑纸或遮光箱，以避免构筑原料暴露在会导致硬化的辐射之下。三料匣通过软管连接至一种多对一接头(例如三对一接头)，使不同颜色的构筑原料能在往喷嘴的途中充分混合。接头的材质可为塑胶或金属，视所容纳的液体而定。自接头单开放端的一端流出液体的颜色取决于该三种颜色流入原料的相对流速，无论流出液体的颜色为何，单开放端的流速由使用者决定的一定值，也就是说，三种颜色原料的流速总和为一个使用者定义的定值，而流出原料的颜色取决于三种颜色原料的流速比值。接头与押出喷嘴之间的距离是可控制因子，当接头与喷嘴的距离较短，色彩过渡之间的间隔较短但原料混合的时间较短；相反地，当距离较长，色彩过渡间隔较大，混合品质较好。在押出时，构筑原料被注射器的推液塞所推动，其中推液塞的底部固定至一棒体，该棒体结合至一螺杆与一细杆。在其中一实施例中，该棒体具有一穿孔供细杆穿过、以及一六角螺帽供结合该螺杆。该棒体的材质须强度足够以避免沿细杆移动时产生弯折，一轴衬可固定地设于该穿孔使棒体的移动更平顺，当螺杆被步进马达所转动，棒体与推液塞沿铅直方向移动，由于步进马达能以很小的角度转动，故推液塞可渐进地移动，而可小量地输送该构筑原料。
打印制程使用了喷头的喷嘴、支撑床与辐射源。构筑原料(较佳为光敏树脂、光固化树脂)由喷嘴一滴一滴地输出，且在暴露在辐射之下后开始固化，固化速率受到控制使得液滴几乎在一接触到支撑床或下方的物件就固化，但又能维持原料从喷头输出时为液态以避免被原料阻塞。物件一层一层地被打印出来：喷嘴会在X-Y平面上水平移动以打印物件，然后支撑床会沿着Z轴往下移动一层厚度的距离(使用者定义的因子)，接着在新的X-Y平面上进行相同的打印步骤。
图7显示了一种3D彩色打印制程的例子。图7是以上述实施例制造彩色物件的流程图。使用者首先进行输入，输入的使用者介面可为在电脑上或智能型手机上的一软件界面而与本发明连接，亦可为可自携带型储存装置(SD卡或快闪记忆体)读取资料的介面。自使用者端接收资料后，电子系统控制料匣与机械系统以将构筑原料自料匣输送至喷嘴，喷头跨越支撑床移动且打印物件。光源系统包含一辐射源，该辐射源使构筑原料在支撑床上硬化。
图8为利用上述系统制造彩色物件的流程示意图。使用者首先进行输入，进行输入的使者介面可为在电脑、智能型手机、平板电脑或任何可与本发明连接的装置上的软件界面，亦可为可自携带型储存装置(SD卡或快闪记忆体)读取资料的介面。自使用者端接收资料后，电子系统控制料匣模组以将构筑原料自料匣模组输送至喷头模组，构筑原料在途中被充分混合。
本发明的其中一种应用是打印解剖学上的模型。可将数字档案(*.STL、CT影像或其他)载入3D打印机，据此建构出解剖学上的模型。由于本系统使用的原料软且具有弹性，因此打印出的模型在触感、构造或影像(例如超音波影像)上更近似于真实的器官。打印出的模型可作为教学工具、外科模拟、或其他医学上的应用。
本系统的另一应用则是多材质3D打印机。各料匣具有不同的构筑原料，因此打印机可打印单一材质或混合材质的物件。若用于打印器官模型，可使用具有不同性质(例如密度、颜色或硬度)的原料以近似于具有多个部分的器官。
较佳实施例中使用的构筑原料可为硅胶、硅橡胶、硅化丙烯酸嵌缝乳胶、聚亚胺酯、光敏树脂、可固化液体、可固化浆糊等，混合器12被加热至适合的温度，构筑原料在被熔融至具有热塑性后输送至喷头。在其他实施例中，构筑原料亦可包括ABS树脂(AcrylonitrileButadieneStyrene)、聚碳酸酯(PC，polycarbonate)、聚丙烯酸甲酯(poly(meth)acrylate)、PPSU(polyphenylenesulfone)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醚酰亚胺(PEI，polyetherimide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚乳酸(PLA，polylacticacid)、或是上述任两者以上的混合物、或是包含重量百分比50％以上的上述任一者的混合物。丙烯酸甲酯系指丙烯酸甲酯类、丙烯酸类或两者的混合物，丙烯酸甲酯类例如甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate)、乙基丙烯酸甲酯(ethylmethacrylate)等，丙烯酸类例如丙烯酸乙基己酯(ethylhexylacrylate)、丙烯酸乙酯(ethylacrylate)等。关于由第三喷嘴输出的次要的、选择性的构筑原料，较佳地为聚丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。关于由第一喷头输出的支撑原料，可为溶于酸、碱或水的聚合物。
在另一实施例中，一种3D押出打印机可具有一喷头、一灯丝流(filamentstream)、一涂层单元、一固定区域、多个供料容器。该喷头具有一喷嘴以提供构筑原料，灯丝流提供于该喷头以熔融而提供构筑原料，涂层单元位于喷头的上游，固定区域位于涂层单元与喷头之间，供料容器装设有量测装置以提供具有一种或多种添加物的涂层混合物以及一颜料予熔融的灯丝，一混合单元可位于混合器(熔融器)12和喷头13之间，熔融的混合物在被输入喷头之前被混合，该喷头可为一静态混合搅拌管(staticmixer)而位于喷嘴的较低位置，构筑原料未被染色且非为透明。
供料容器内的色素包含黑色以及除了黑色以外的色素、主要色彩的染料或添加物。色素可为金属色素或萤光色素。可使用感应器以量测原料往混合器的流速且可在色彩监控的资讯与打印控制上最佳化。
在其他的实施例中，此系统能使用可动式料匣(例如用于2D彩色喷墨印表机者)，或是牵涉到从喂料管中将液体以汲取的方式移除，或是牵涉到能被夹入一往复式帮浦的料匣。这些设计为可替换的且可被简单地、个别地更新的。
使用本系统的一押出3D打印可以如此地设计：各种色泽输入于一电脑辅助设计(CAD)程式，提供一档案，该档案包括坐标、制造流程的色彩资讯、原料及色料的配方控制的色彩资讯。适合的档案格式实例可见于AdditiveManufacturingFileFormat(ASTMF2915-12)。要建立各色泽可通过调整量测装置以及量测自供料容器至系统中的各主要色彩及黑色。
另一实施例与Autodesk的Spark平台共同工作，Spark平台将数字资讯流线地连接至3D打印机，利于在没有尝试错误的情形下想象并最佳化打印物件，扩展了打印使用的材质范围。Spark软件平台的系统使软体、硬件与供料器之间具有互相操作性，Spark平台是开放的，因此硬件制造者、应用程式开发者、产品设计者可利用它制造物件、挑战3D打印的极限。
以上的实施例中提供了较佳的限制条件，然而本领域技术人员能根据本发明的教示得到进一步的限制条件。
虽然本发明的实施例被导向通过资料处理提供参数，但这只呈现了其中一种方式去达到适当的材料变形以与各层连结。因此，该资料处理术语应被诠释成包含任何被本发明教示、可获致材料变形的、修饰原始物件参数的方法。本发明的教示关于诠释物件参数与以成层地复制物件，以达到高精确度的复制。本发明的方法与装置通过使用以上揭露的多层处理技术来获致高精确度的复制。
因此，当多个实施例已被呈现与描述，在不偏离本发明精神与范畴的前提下进行许多改变或修改是容易可见的。

Claims (20)

1.一种彩色或多材质3D打印机，其特征在于，包括：
至少一料匣，该料匣内容纳有一构筑原料；
一混合器，连接于该料匣；以及
一单一喷头，连接于该混合器的一出口；
其中，容纳于该料匣的构筑原料被送至该混合器与该单一喷头以形成一连续彩色物件。
2.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述料匣包括一注射器。
3.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，包括四料匣，分别与管体连接再连接至所述混合器，以在往所述喷头的路径上将不同颜色的所述构筑原料混合。
4.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，包括连接于所述混合器的一多通管或一具有不同数量开放端的接头。
5.如权利要求4所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，不同颜色原料流入的速率总和为一预设的定值，且流出的原料颜色取决于不同颜色原料流入的速率比值。
6.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述混合器包括选自由静态混合搅拌管、液体连续搅拌器与主动型混合器所组成的群组。
7.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，包括一短通道，位于所述混合器与喷头之间，以确保色彩过渡之间的间隔较短，且原料在该短通道上的混合时间较短。
8.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，当所述混合器与喷头之间的通道较大时，色彩过渡间隔较大而具有较佳的混合品质。
9.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述混合器是可拆换的。
10.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述喷头可根据原料选择、解析度需求或阻塞因子进行拆换。
11.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述喷头包括一针体、一喷嘴或一圆珠笔头。
12.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述构筑原料具有液态可供混色且选自由硅胶、硅橡胶、硅化丙烯酸嵌缝乳胶、聚亚胺酯、光敏树脂、可固化液体、可固化浆糊所组成的群组。
13.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，包括连接各模组的管体，各管体具有一预设的内径以降低色彩过渡之间的迟滞。
14.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，所述构筑原料以辐射、冷却或干燥被固化。
15.如权利要求1所述的彩色或多材质3D打印机，其特征在于，具有两种以上色彩的构筑原料被混合成为具有所需颜色的液体，所述构筑原料是以可溶于之的色素所上色，且添加了具有不同性质的粒子、油、水或物质以改变3D打印成品的硬度、强度或其他物理、化学性质。
16.一种打印连续彩色3D物件的方法，其特征在于，包括：
将容纳于复数料匣内的复数构筑原料押出至一混合器；
将押出的原料混合；
使用一单一喷头将混合的原料分配释出。
17.如权利要求16所述的打印连续彩色3D物件的方法，其特征在于，具有两种以上色彩的构筑原料被混合成为具有所需颜色的液体，所述构筑原料是以可溶于之的色素所上色，且添加了具有不同性质的粒子、油、水或物质以改变3D打印成品的硬度、强度或其他物理、化学性质。
18.如权利要求16所述的打印连续彩色3D物件的方法，其特征在于，包括将容于四料匣中的不同色彩的构筑原料混合，该四料匣沿着往所述喷头的方向连接至管体再连至所述混合器。
19.如权利要求16所述的打印连续彩色3D物件的方法，其特征在于，不同颜色原料流入的速率总和为一预设的定值，且流出的原料颜色取决于不同颜色原料流入的速率比值。
20.一种3D打印机，其特征在于，包括：
至少一料匣，该料匣内容纳有一构筑原料；
一混合器，连接于该料匣；以及
一单一喷头，连接于该混合器的一出口；
其中，容纳于该料匣的构筑原料被送至该混合器与该单一喷头以形成一连续多原料物件。
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