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【轉(zhuǎn)載】中科大博士 淺談混色3D打印技術(shù) 

2016-08-25 16:04
作者:黃子帆
簡(jiǎn)介
說到FDM的3D打印機(jī),很多人都說是玩具沒有什么用處,還有的說這種機(jī)器不能像2D打印機(jī)那樣打印全彩,沒有太多價(jià)值。而且國(guó)外還有許多創(chuàng)業(yè)公司都宣布要做成全彩的FDM 3D打印機(jī)。但是結(jié)果是可悲的基本宣布的公司不是倒閉就是茍延殘喘。全彩的FDM3D打印機(jī)儼然成為了FDM領(lǐng)域的一顆皇冠,等待有心之人的摘取。
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  在這條道路上探索的我只是這條道路上普普通通的一員。很多人(包括我)都想全彩暫時(shí)實(shí)現(xiàn)不了,退而求其次。進(jìn)行混合不同顏色的耗材進(jìn)行打?。ㄆ鋵?shí)再此之前還實(shí)施過耗材染色,耗材駁接等方式)。后來在萬能的淘寶上還出現(xiàn)彩虹色的耗材絲我還買個(gè)幾卷實(shí)驗(yàn)。
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我買的耗材打印的花瓶
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RichRap
Richard Horne是一名偉大的探索者,他首先在reprap mendelmax(richrap)完成紅黃藍(lán)三色的混合實(shí)驗(yàn)是了不起的,他也做了顆粒擠出機(jī)和蠕動(dòng)式擠出機(jī)等。(圖為混合效果圖)
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Richard Horne
基本工作原理是:擁有利用三個(gè)擠出機(jī),同時(shí)向一個(gè)噴嘴(即熱端)供應(yīng)塑料絲(3D打印機(jī)所需耗材),塑料絲在噴嘴處融化,然后堆積在作品表面。
控制實(shí)現(xiàn)方式
Richard Horne 是一個(gè)非常聰明的人,他是通過修改擠出機(jī)的脈沖當(dāng)量來完成混合擠出的。例如一個(gè)正常的擠出機(jī)是90個(gè)脈沖為一毫米。如果是三組混合總量就是原先總量的3倍。Richard Horne 通過將擠出機(jī)1的脈沖設(shè)置為45個(gè)脈沖每毫米,擠出機(jī)2的脈沖設(shè)置為45個(gè)脈沖每毫米,擠出機(jī)3的脈沖設(shè)置為45個(gè)脈沖每毫米.最后在步進(jìn)電機(jī)上裝上開關(guān),只要保證其中兩臺(tái)電機(jī)是閉合,另一臺(tái)斷開,就能夠保證總量不變,而且Richard Horne 使用的repetier固件可以在EEPROM中修改脈沖當(dāng)量。通過紅色、黃色和藍(lán)色塑料絲,通過融合黃色和藍(lán)色產(chǎn)生綠色,融合紅色和藍(lán)色產(chǎn)生紫色
圖為Richard Horne 這個(gè)偉大的探索者
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     RichRap的工作原理更像是扎染( 織物在染色時(shí)部分結(jié)扎起來使之不能著色的一種染色方法),而不是噴墨打印。顏色并不是真正意義上的混合,而是以一種“牙膏效應(yīng)”方式混合,顏色之間是有距離的。因?yàn)槿诨乃芰闲枰粋€(gè)過渡時(shí)間。

Builder 3D打印機(jī)
   在2014年6月4日,荷蘭3D打印機(jī)制造商Builder宣布其3D打印機(jī)產(chǎn)品將增加一個(gè)新穎而獨(dú)特的功能:混色(colomixing)3D打印。
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Builder 3D打印機(jī)上將會(huì)安裝一種兩進(jìn)一出的擠出機(jī)。注意!這可不是兩個(gè)擠出頭哦,它是用兩種材料/顏色通過一個(gè)噴嘴擠出。這種設(shè)置使得它可以使用Builder新的顏色混合工具混合顏色。請(qǐng)看下面的圖片,這個(gè)花瓶是是用黃色和粉紅色兩種線材打印的,Builder在打印文件中加入了“混色”代碼,于是最終生成了一只漂亮的三色花瓶:粉紅色、橙色和黃色。但是這個(gè)機(jī)器卻高達(dá)一萬多人民幣,就算是香港代工的也要九千多。
混色的原理
    使用混色功能,您就能將兩種顏色的PLA線材混合在一起生成第三種顏色。主要是在G-代碼中改變兩種顏色的擠出百分比,例如,設(shè)定40%的紅色材料和60%的黃色材料。
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混色G-代碼的生成
Builder公司在其網(wǎng)站上放置了一個(gè)“混色”生成器應(yīng)用程序??梢韵壬蟼髂腉代碼,然后選擇混合比例。網(wǎng)上的生成器會(huì)您在現(xiàn)有的G代碼中植入相應(yīng)的指令。新指令將普通的G代碼文件轉(zhuǎn)化成一個(gè)“混色”的G代碼文件。之后,您就可以把它下載下來,傳入3D打印機(jī)進(jìn)行打印。但是這個(gè)Gcode生成器卻高達(dá)50歐元,雖然在歐元極度貶值的今天,對(duì)于喜歡盜版的中國(guó)人來說還是不能接受的。
下面是幾張我一個(gè)好朋友買的這臺(tái)機(jī)器打印的效果
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Builder 3D打印機(jī)的噴頭圖片
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深圳森工混合3D打印機(jī)
國(guó)外2014年推出了混合3D打印機(jī)國(guó)內(nèi)的人也沒有閑著。2015年3月,深圳3D打印機(jī)廠商森工科技推出了其獨(dú)家研發(fā)的混色3D打印機(jī)MakerPi M2030X,據(jù)說該產(chǎn)品屬于國(guó)內(nèi)獨(dú)家首發(fā)。
森工科技的這款3D打印機(jī)是建立在三基色原理的基礎(chǔ)上(關(guān)鍵是只是雙混色),通過多色混合而實(shí)現(xiàn)彩色的打印效果。跟國(guó)外混色機(jī)器相比,其機(jī)械性能更優(yōu),打印更加流暢不堵頭,各方面性能更加領(lǐng)先,(我親自去他們公司看過還湊合著)這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)FDM原理3D打印機(jī)即將邁入彩色3D打印的新時(shí)代(太夸大了)。價(jià)格12000+便宜不了多少,還不如香港代工的Builder 3D打印機(jī)便宜。
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大家請(qǐng)看
新華網(wǎng)發(fā)的新聞 :混色3D打印難題 大學(xué)室友們搞掂了
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非專業(yè)生用兩年解決世界級(jí)難題(關(guān)鍵詞:非專業(yè);世界級(jí);難題)
這臺(tái)打印機(jī)是我國(guó)第一臺(tái)混色3D打印機(jī)。很難想象,破解了這一世界級(jí)技術(shù)難題的年輕人并非專業(yè)出身,他們完全依靠埋頭攻堅(jiān),歷經(jīng)2年時(shí)間才攻克難題。羅建旭2011年畢業(yè)于廣東藥學(xué)院電子醫(yī)療器械專業(yè)(廣藥出來的,就是在小谷圍島),同一個(gè)宿舍有創(chuàng)業(yè)意向的4名同學(xué)抱著對(duì)3D打印的濃厚興趣決定在一起創(chuàng)業(yè)。

羅建旭將團(tuán)隊(duì)的成功歸功于兩名進(jìn)行技術(shù)研發(fā)的同學(xué),“他倆都是可以為了解決一個(gè)問題關(guān)起門不吃不喝埋頭攻堅(jiān)的人”。以混色打印技術(shù)為例,森工團(tuán)隊(duì)2012年開始就嘗試攻克,這個(gè)世界級(jí)難題(如果這是世界級(jí)難題是不是太掉價(jià)了)的核心是一個(gè)噴嘴噴出兩種顏色,實(shí)現(xiàn)雙色和混色的效果??此坪?jiǎn)單,但是在研發(fā)中,卻遇到不同顏色的材料混合后產(chǎn)生卡堵打印不暢等問題。幾名年輕人日以繼夜地研發(fā),并不斷與加工工廠進(jìn)行技術(shù)磨合,最終在去年6月攻克,成為國(guó)內(nèi)第一家、全球第二家攻克這個(gè)技術(shù)的團(tuán)隊(duì)。

評(píng)價(jià)就是國(guó)內(nèi)的和國(guó)外的做3D打印的的人,國(guó)內(nèi)的在吹,國(guó)外的在做。
森工用的噴頭申請(qǐng)了實(shí)用新型專利
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噴頭結(jié)構(gòu)專利文獻(xiàn)截圖

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實(shí)物圖
新創(chuàng)混色3D打印機(jī)
國(guó)內(nèi)首款混色3d打印機(jī)全球首發(fā)(森工也說他們首發(fā),新創(chuàng)也說他們首發(fā),搞不清楚,森工新聞是3月下旬,新創(chuàng)新聞是四月上旬,不好甄別),該款3D打印機(jī)由深圳市新創(chuàng)三維科技公司開發(fā)看起來和普通的FDM 3D打印機(jī)差別并不是很大,但卻可以很好的實(shí)現(xiàn)混色打印。(結(jié)構(gòu)式corexy的)
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臺(tái)灣退休工程師

臺(tái)灣退休機(jī)械工程師張茂松在當(dāng)?shù)氐?D打印愛好者圈子里引起了關(guān)注。這臺(tái)3D打印機(jī)的最大特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)5種顏色的混色打?。ú荒芑旌希皇欠謱訐Q色)。這五種顏色即CMYKW:青色(Cyan)、品紅色(Magenta)、黃色(Yellow)、黑色(Key)、白色(White)的。這臺(tái)機(jī)器之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)主要是基于張茂松獨(dú)特設(shè)計(jì)的FDM多孔進(jìn)料噴頭——5進(jìn)1出的自制混色噴頭。簡(jiǎn)單的說,就是5種顏色的材料進(jìn)去,從噴頭中出來的只是混合后的一種材料。理論上說,這種混合方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)以百萬計(jì)的不同顏色。
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而他顯然越來越接近達(dá)成目標(biāo),但多管進(jìn)料、多色彩3D打印仍然是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的事情。具體來說,這涉及到你們一個(gè)五合一的擠出頭。他已經(jīng)成功地完成了二合一擠出,但是將所有五種顏色合而為一,顯然這是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。

目前他已經(jīng)完成了兩個(gè)主要測(cè)試:第一個(gè)是打印一個(gè)35×35×35厘米的綠色花瓶。雖然從圖片上看起來還不錯(cuò),但張茂松聲稱,他的滿意度只有65%,還需要調(diào)整參數(shù),因?yàn)槠浔砻娴募y理還是有點(diǎn)明顯。
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評(píng)價(jià),這個(gè)工程師完成了五進(jìn)一出的噴頭,并沒有混合。

國(guó)外愛好者h(yuǎn)erman
herman設(shè)計(jì)的三色全金屬水冷加熱頭
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這套噴頭有賣,價(jià)值89美元

通過這套噴頭混色打印的效果圖
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德國(guó)的愛好者
德國(guó)愛好者是在RUMBA上擴(kuò)展了兩個(gè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使其支持五色混合
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最開始設(shè)計(jì)的三進(jìn)一出混色噴頭

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紅黃藍(lán)白黑五色
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五種顏色混合打印出來的效果
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評(píng)價(jià):國(guó)外的愛好者就是不一般啊,以國(guó)外反襯國(guó)內(nèi)的愛好者啊。

扯了這么多閑篇,現(xiàn)在我們就可以討論一下這么自己做一臺(tái)最基本的雙色混合的3D打印機(jī)
這個(gè)打印機(jī)最關(guān)鍵的是兩部分第一是噴頭第二是控制部分,剩下的都自己做了。

噴頭
現(xiàn)在做雙色混合的人噴片采用E3D Cyclops但是這樣導(dǎo)致混色不均勻而且還比較貴。
E3D Cyclops的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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就這么個(gè)玩意268
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因?yàn)楸旧磉@個(gè)噴頭就不是用來混色的是用來進(jìn)行雙色打印的,雙色打印與混色本身就是比較矛盾的,混色要求有一定的混合腔,雙色打印要求混合腔要小。

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QQ圖片20150908121416.jpg
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取出內(nèi)部2.5毫米鋼珠。
但是實(shí)際上沒有辦法,湊合著用吧,也是能夠混合部分的
黃色和藍(lán)色混合用E3D Cyclops
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控制部分有兩種備選方案

一是采用RAMPS1.4的板子第二就是買赤兔的主板,也支持混色打印
RAMPS1.4按照單頭接線,只不過E1也要接上步進(jìn)電機(jī).
然后EEPROM里面修改參數(shù),行程開關(guān)默認(rèn)常閉接法,支持笛卡爾3D打印機(jī)
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赤兔主板的混色打印
我的好友易瑜他們做的赤兔主板支持混色打印,又想起和他一起吃湖南大碗菜,把我辣的。。。。
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三色混合

我自己閑的沒事也順便研究了三色混合的技術(shù),目前正在調(diào)試中。
下面是自己做的三色混合打印效果圖

打印的心形書簽
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扭曲六變盒子
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一只,懶貓...

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