CN107053658B - 一种混色3d打印机喷头及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种混色打印喷头，并且提供了一种3D打印机单喷头混色打印方案。该混色喷头是三进一出打印喷头。三个进料管分别供给不同的颜色的材料，不同颜色的材料在加热管的作用下于三级混合腔内融化并混合，根据原料三原色原理，可以调制出各种不同颜色。喷嘴与三级混合腔连通，在挤出机压力的作用下，混合均匀的原料液体从喷嘴挤出。本发明解决了现有单喷头只能打印一种颜色的缺点，并且理论上可以打印出任意混合颜色。

Description

一种混色3D打印机喷头及打印方法

技术领域

本发明涉及到3D打印机技术领域，尤其涉及一种混色3D打印机喷头及打印方法。

背景技术

3D打印有两种定义，狭义指“MIT开发的以粉末为基础的制造技术”。广义上指所有的增材制造技术（Additive Manufacturing）。目前，3D打印机的打印原理主要有如下几类：

1.以高分子聚合反应为基本原理：激光立体印刷（Stereolithography，SLA）、高分子喷射技术（Polymer Jetting）、数字化光照加工术（Digital Lighting Processing）、微型立体印刷术（Micro Stereolithography）。

2.以烧结和熔化为基本原理：选择性激光烧结技术（Selective LaserSintering，SLS）、选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）、电子束熔化技术（Electron Beam Melting，EBM）、熔融沉积造型技术（Fused Deposition Modeling，FDM）。

3.以粉末-粘合剂为基本原理：三维打印技术（Three Dimensional Printing，3DP）。每一种快速成型技术的具体原理都不尽相同，但是主要都是根据物体的三维模型，经过分层软件进行分层后输出G代码文件，由G代码文件一层层的堆积打印，直至制造出整个立体模型。

其中，基于现有技术的混色打印方式主要有：使用白色材料打印物体，打印完成后再涂上相应的颜色，缺点是实施起来相对繁琐；使用彩虹色的材料进行单喷头打印物体，不能精确控制物体的打印颜色；使用两进一出混色喷头进行打印，只能两种颜色混合打印，不能实现完全的彩色打印；综上所述，这些打印方法及打印流程本质上都不是真正意义上的彩色3D打印。

发明内容

本发明的目的在于针对现有混色喷头易堵塞以及材料混色不均匀打印的缺点与不足，提供了一种三进一出的混色打印喷头及打印方法。

为实现上述的目的，本发明设计了一种混色打印喷头，并且提供了一种3D打印机单喷头混色打印方法。

混色喷头的核心包括：散热装置、加热块以及三级混合腔。三个进料管分别供给不同的颜色的材料，不同颜色的材料在加热管的作用下于三级混合腔内融化并混合，根据原料三原色原理，在三级混合腔内充分均匀混合，可以调制出各种不同颜色。加热块中包含温控组件、加热装置以及三级混合腔，温控组件用于监测控制加热温度变化；加热装置用于加热融化材料；三级混合腔包括三级混合腔室，初级混合腔室与材料直接接触，开有1毫米的混合孔，加热融化后从每个小孔中流入并混合，次级混合腔室开有0.75毫米的混合孔，接收初级混合腔室流入的材料液体并二次混合，末级混合腔室开有0.5毫米的混合孔，与喷嘴相连，接收来自次级混合腔室流入的材料液体并第三次混合，经过三次不同程度的混合之后，可以实现很好的全彩色效果。每个进料管外部都装配有一个散热装置，为进料管进行散热，防止温度过高导致材料在进料管内融化堵塞喷头。喷嘴与三级混合腔连通，在挤出机压力的作用下，混合均匀的彩色原料液体从喷嘴挤出。

本发明中的三进一出混色喷头利用材料三原色原理，在三级混合腔内充分均匀混合，理论上可以实现全彩打印。本发明方法工艺简单、生产效率高、成本低，而且充分材料，节约资源。

附图说明

图1是本发明熔融沉积式混色打印喷头整体结构示意图；

图2是本发明三级混合腔的结构示意图。

图中：1-三原色料丝、2-入料口、3-固定装置、4-散热装置、5-喉管、6-温度传感器、7-加热块、8-加热装置、9-混合腔、10-喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参阅图1和图2，本发明熔融沉积式彩色3D打印机混色喷头，包括三原色料丝1、三原色料丝1插入到进料口2、固定装置3固定于打印机机架，固定装置3周围开有螺孔，用于安装散热风扇，下部连接于散热装置4、每个散热装置内部都包裹一个喉管5、喉管与加热块7相连接，加热块中间安装有温度传感器6，用于检测并控制温度变化，散热装置是一种扇形的具有高低起伏的散热机构，装配在喉管外部，吸收并散发其热量。是传统散热器在具体应用上的改进型散热装置，配上散热风扇具有良好的散热效果；加热块7周围安装有对称的三个加热装置8。三原色料丝插入进料口，通过喉管进入到三级混合腔9、经过三级充分混合后的材料进入喷嘴10。

所述进料口2有三个，分别来供给红、绿、蓝三原色料丝。

所述固定装置3的四周各有2个螺孔，用于把混色喷头固定在打印机机架上，同时还可以最多安装3组散热风扇。

所述散热装置4为扇形，紧密固定在喉管5外部，三个扇形散热装置构成一个圆柱体。

所述加热块7包括温度传感器6、加热装置8、三级混合腔9，温度传感器6可以为热电偶传感器或者热敏电阻传感器，保证温度加热块始终保持在设定温度值左右；加热装置8一般为加热棒，功率和长度可选；三级混合腔9包括初级混合腔、次级混合腔和末级混合腔。

所述熔融沉积式彩色3D打印机三级混合方法的具体步骤为：

1、三原色料丝1插入进料口2，通过喉管5，在加热块7加热融化后进入到三级混合腔9的初级混合腔92；

2、初级混合腔92为弧形圆环状，并设计有直径为1毫米的混料孔；融化后的材料由弧面流向中部，混合之后流入到次级混合腔93。

3、次级混合腔93为圆环状，并设计有直径为0.75毫米的混料孔；由初级混料腔92流入的1毫米液体材料经过圆环状混料孔，混合之后流入到末级混合腔94。

4、末级混合腔94为弧形圆环状，并且比初级混合腔92弧度更大，设计有直径为0.5毫米的混料孔；由次级混料腔93流入的0.75毫米液体材料经过混料孔，融化后的材料由弧面流向中部，充分混合之后，直径为0.5毫米的液态材料，流入喷嘴中，并有喷嘴挤出充分混合的颜色材料。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种混色3D打印机喷头，其特征包括：

固定块，用于把喷头固定到3D打印机机架上，把散热风扇固定在喷头上，连接散热装置及进料管；

三个进料管，分别供给不同的颜色的材料；

散热装置，每个进料管外部装配有一个散热装置，为进料管进行散热，防止温度过高导致材料在进料管内融化堵塞喷头；

加热块，包含温控组件、加热装置与三级混合腔，温控组件用于监测控制加热温度变化，加热装置用于加热融化材料；

喷嘴，在挤出机压力作用下，混合均匀原料液体从喷嘴挤出；

所述三级混合腔为圆柱形腔室，每一级都对材料进行不同程度的混合，充分混合的材料从喷头挤出，具体是：

三级混合腔室中的初级混合腔室与材料直接接触，初级混合腔为弧形圆环状，开有1毫米的混合孔，加热融化后从每个小孔中流入并混合；

次级混合腔为圆环状，次级混合腔室开有0.75毫米的混合孔，接收初级混合腔室流入的材料液体并二次混合；

末级混合腔为弧形圆环状，并且比初级混合腔弧度更大，末级混合腔室开有0.5毫米的混合孔，与喷嘴相连，接收来自次级混合腔室流入的材料液体并第三次混合。

2.根据权利要求1所述的混色3D打印机喷头，其特征在于，所述三个进料管内分别包含一个喉管，用于连接散热装置与加热块。

3.根据权利要求2所述的混色3D打印机喷头，其特征在于，所述散热装置是一种扇形的具有高低起伏的散热机构，装配在喉管外部，吸收并散发其热量。

4.根据权利要求1所述的混色3D打印机喷头，其特征在于，在圆柱形加热块内分别设有三个加热孔和一个温控组件孔，加热孔用于放置加热装置，所述加热装置为加热管；所述温控组件是温度传感器，用于监测控制加热温度变化，保证温度加热块始终保持在设定温度值左右。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的混色3D打印机喷头，其特征在于，所述三个进料管，分别供给不同的颜色的材料，不同颜色的材料在加热装置的作用下于混合腔内融化并混合，根据原料三原色原理，可以调制出各种不同颜色。

6.一种混色3D打印机打印方法，使用权利要求1所述的喷头，其特征在于，该方法具体是：

确定混色打印参数，包括材料颜色、打印物体的颜色特征，挤出机工作频率和颜色材料混合比例，以及打印速度、层厚、扫描路径；

根据打印参数从三个进料管中分别进入不同比例的相应颜色材料；

不同比例的相应颜色材料在混合腔内融化并混合，根据原料三原色原理，可以调制出各种不同颜色；

按照所述打印速度、层厚及扫描路径，从喷嘴挤出混合均匀的彩色材料。