浅谈混色3D打印技术
作者:黄子帆
简介
说到FDM3D打印机,很多人都说是玩具没有什么用处,还有的说这种机器不能像2D打印机那样打印全彩,没有太多价值。而且国外还有许多创业公司都宣布要做成全彩的FDM 3D打印机。但是结果是可悲的基本宣布的公司不是倒闭就是苟延残喘。全彩的FDM3D打印机俨然成为了FDM领域的一颗皇冠,等待有心之人的摘取。
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  在这条道路上探索的我只是这条道路上普普通通的一员。很多人(包括我)都想全彩暂时实现不了,退而求其次。进行混合不同颜色的耗材进行打印(其实再此之前还实施过耗材染色,耗材驳接等方式)。后来在万能的淘宝上还出现彩虹色的耗材丝我还买个几卷实验。
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我买的耗材打印的花瓶
QQ截图20150819113213.png


RichRap
Richard Horne是一名伟大的探索者,他首先在reprap mendelmaxrichrap)完成红黄蓝三色的混合实验是了不起的,他也做了颗粒挤出机和蠕动式挤出机等。(图为混合效果图)
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Richard Horne
基本工作原理是:拥有利用三个挤出机,同时向一个喷嘴(即热端)供应塑料丝(3D打印机所需耗材),塑料丝在喷嘴处融化,然后堆积在作品表面。
控制实现方式
Richard Horne 是一个非常聪明的人,他是通过修改挤出机的脉冲当量来完成混合挤出的。例如一个正常的挤出机是90个脉冲为一毫米。如果是三组混合总量就是原先总量的3倍。Richard Horne 通过将挤出机1的脉冲设置为45个脉冲每毫米,挤出机2的脉冲设置为45个脉冲每毫米,挤出机3的脉冲设置为45个脉冲每毫米.最后在步进电机上装上开关,只要保证其中两台电机是闭合,另一台断开,就能够保证总量不变,而且Richard Horne 使用的repetier固件可以在EEPROM中修改脉冲当量。通过红色、黄色和蓝色塑料丝,通过融合黄色和蓝色产生绿色,融合红色和蓝色产生紫色

图为Richard Horne 这个伟大的探索者
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     RichRap的工作原理更像是扎染( 织物在染色时部分结扎起来使之不能着色的一种染色方法),而不是喷墨打印。颜色并不是真正意义上的混合,而是以一种“牙膏效应”方式混合,颜色之间是有距离的。因为融化的塑料需要一个过渡时间


Builder 3D打印机
   在201464日,荷兰3D打印机制造商Builder宣布其3D打印机产品将增加一个新颖而独特的功能:混色(colomixing3D打印。
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Builder 3D打印机上将会安装一种两进一出的挤出机。注意!这可不是两个挤出头哦,它是用两种材料/颜色通过一个喷嘴挤出。这种设置使得它可以使用Builder新的颜色混合工具混合颜色。请看下面的图片,这个花瓶是是用黄色和粉红色两种线材打印的,Builder在打印文件中加入了“混色”代码,于是最终生成了一只漂亮的三色花瓶:粉红色、橙色和黄色。但是这个机器却高达一万多人民币,就算是香港代工的也要九千多。
混色的原理
    使用混色功能,您就能将两种颜色的PLA线材混合在一起生成第三种颜色。主要是在G-代码中改变两种颜色的挤出百分比,例如,设定40%的红色材料和60%的黄色材料。
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混色G-代码的生成
Builder公司在其网站上放置了一个“混色”生成器应用程序。可以先上传您的G代码,然后选择混合比例。网上的生成器会您在现有的G代码中植入相应的指令。新指令将普通的G代码文件转化成一个“混色”的G代码文件。之后,您就可以把它下载下来,传入3D打印机进行打印。但是这Gcode生成器却高达50欧元,虽然在欧元极度贬值的今天,对于喜欢盗版的中国人来说还是不能接受的。
下面是几张我一个好朋友买的这台机器打印的效果

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Builder 3D打印机的喷头图片
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深圳森工混合3D打印机
国外2014年推出了混合3D打印机国内的人也没有闲着。20153月,深圳3D打印机厂商森工科技推出了其独家研发的混色3D打印机MakerPi M2030X,据说该产品属于国内独家首发。
森工科技的这款3D打印机是建立在三基色原理的基础上(关键是只是双混色),通过多色混合而实现彩色的打印效果。跟国外混色机器相比,其机械性能更优,打印更加流畅不堵头,各方面性能更加领先,(我亲自去他们公司看过还凑合着)这标志着国内FDM原理3D打印机即将迈入彩色3D打印的新时代(太夸大了)。价格12000+便宜不了多少,还不如香港代工的Builder 3D打印机便宜。

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大家请看
新华网发的新闻 :混色3D打印难题 大学室友们搞掂了

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非专业生用两年解决世界级难题(关键词:非专业;世界级;难题)
这台打印机是我国第一台混色3D打印机。很难想象,破解了这一世界级技术难题的年轻人并非专业出身,他们完全依靠埋头攻坚,历经2年时间才攻克难题。罗建旭2011年毕业于广东药学院电子医疗器械专业(广药出来的,就是在小谷围岛),同一个宿舍有创业意向的4名同学抱着对3D打印的浓厚兴趣决定在一起创业。
罗建旭将团队的成功归功于两名进行技术研发的同学,“他俩都是可以为了解决一个问题关起门不吃不喝埋头攻坚的人”。以混色打印技术为例,森工团队2012年开始就尝试攻克,这个世界级难题(如果这是世界级难题是不是太掉价了)的核心是一个喷嘴喷出两种颜色,实现双色和混色的效果。看似简单,但是在研发中,却遇到不同颜色的材料混合后产生卡堵打印不畅等问题。几名年轻人日以继夜地研发,并不断与加工工厂进行技术磨合,最终在去年6月攻克,成为国内第一家、全球第二家攻克这个技术的团队。
评价就是国内的和国外的做3D打印的的人,国内的在吹,国外的在做。
森工用的喷头申请了实用新型专利
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喷头结构专利文献截图
专利文献下载
attachment icon CN203995123U.pdf 222.00KB PDF 70次下载 预览


TB2b3jolVXXXXbaXpXXXXXXXXXX_!!1637628102.jpg

实物图
新创混色3D打印机
国内首款混色3d打印机全球首发森工也说他们首发,新创也说他们首发,搞不清楚,森工新闻是3月下旬,新创新闻是四月上旬,不好甄别,该款3D打印机由深圳市新创三维科技公司开发看起来和普通的FDM 3D打印机差别并不是很大,但却可以很好的实现混色打印。结构式corexy
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打印效果图片
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台湾退休工程师

台湾退休机械工程师张茂松在当地的3D打印爱好者圈子里引起了关注。这台3D打印机的最大特点是可以实现5种颜色的混色打印(不能混合,只是分层换色)。这五种颜色即CMYKW:青色(Cyan)、品红色(Magenta)、黄色(Yellow)、黑色(Key)、白色(White)的。这台机器之所以能够实现这一点主要是基于张茂松独特设计的FDM多孔进料喷头——51出的自制混色喷头。简单的说,就是5种颜色的材料进去,从喷头中出来的只是混合后的一种材料。理论上说,这种混合方式可以实现数以百万计的不同颜色。
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而他显然越来越接近达成目标,但多管进料、多色彩3D打印仍然是一个相当复杂的事情。具体来说,这涉及到你们一个五合一的挤出头。他已经成功地完成了二合一挤出,但是将所有五种颜色合而为一,显然这是一个更大的挑战。
目前他已经完成了两个主要测试:第一个是打印一个35×35×35厘米的绿色花瓶。虽然从图片上看起来还不错,但张茂松声称,他的满意度只有65%,还需要调整参数,因为其表面的纹理还是有点明显。
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评价,这个工程师完成了五进一出的喷头,并没有混合。

国外爱好者herman
herman设计的三色全金属水冷加热头
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这套喷头有卖,价值89美元

通过这套喷头混色打印的效果图
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德国的爱好者
德国爱好者是在RUMBA上扩展了两个步进驱动器使其支持五色混合
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最开始设计的三进一出混色喷头

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红黄蓝白黑五色
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五种颜色混合打印出来的效果
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评价:国外的爱好者就是不一般啊,以国外反衬国内的爱好者啊。



扯了这么多闲篇,现在我们就可以讨论一下这么自己做一台最基本的双色混合的3D打印机
这个打印机最关键的是两部分第一是喷头第二是控制部分,剩下的都自己做了。
喷头
现在做双色混合的人喷片采用E3D Cyclops但是这样导致混色不均匀而且还比较贵。
E3D Cyclops的内部结构
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就这么个玩意268
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因为本身这个喷头就不是用来混色的是用来进行双色打印的,双色打印与混色本身就是比较矛盾的,混色要求有一定的混合腔,双色打印要求混合腔要小。

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QQ图片20150908121416.jpg



QQ图片20150908121422.jpg

取出内部2.5毫米钢珠。
但是实际上没有办法,凑合着用吧,也是能够混合部分的
黄色和蓝色混合用E3D Cyclops
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控制部分有两种备选方案
一是采用RAMPS1.4的板子第二就是买赤兔的主板,也支持混色打印
RAMPS1.4按照单头接线,只不过E1也要接上步进电机.
然后EEPROM里面修改参数,行程开关默认常闭接法,支持笛卡尔3D打印机
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赤兔主板的混色打印
我的好友易瑜他们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

我自己闲的没事也顺便研究了三色混合的技术,目前正在调试中。
下面是自己做的三色混合打印效果图

打印的心形书签
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扭曲六变盒子
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attachment icon mix ramps1.4.zip 372.00KB ZIP 102次下载

[修改于 4 年前 - 2016-04-15 16:10:38]

来自:制造技术 / 三维打印
 
2015-8-19 14:21:34
1楼
赞扬,学习了。看起来要从混色过渡到彩色,难度相当大。不过,混色解决了任意颜色的打印问题,会大大拓展3D打印的应用范围。
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2015-8-19 19:07:41
2楼
学习了
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3楼
一直对这种吐丝的打印机有种疑问,如果打印一个方盒子,盒子的顶盖打印的时候不会塌下来吗?
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4楼
然后你们看我头像,不觉得除了花瓶,这玩意还能干些别的事情么?
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2015-08-20 00:12:19
5楼
引用 普通用户:
然后你们看我头像,不觉得除了花瓶,这玩意还能干些别的事情么?
3D打印一直都有各种意想不到nao dong的应用,花瓶只是实验品而已。

头像是涡轮还是什么,当温度图看好奇怪
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6楼
学习了。FDM的混色过渡到全彩还要一个过程。
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2015-08-21 13:41:53
2015-8-21 13:41:53
7楼
引用 20!不曾存在:
3D打印一直都有各种意想不到nao dong的应用,花瓶只是实验品而已。

头像是涡轮还是什么,当温度图看好奇怪
就是温度图,旋转爆震波发动机
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2015-08-23 19:39:20
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8楼
引用 refinder:
一直对这种吐丝的打印机有种疑问,如果打印一个方盒子,盒子的顶盖打印的时候不会塌下来吗?
其实这种打印机还好,可以加支撑或者不是很大的话快速拉过来也可以,顶多是最下面一层有点难看,相比之下好像光敏树脂的更麻烦吧...打印密封体的时候里面的液体怎么出来...而且同样的情况(打印方盒子)更麻烦吧
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9楼
引用 refinder:
一直对这种吐丝的打印机有种疑问,如果打印一个方盒子,盒子的顶盖打印的时候不会塌下来吗?
立起来,就像金字塔那样打印即可
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2015-08-24 11:37:20
10楼
動作真快,就連專利都已經通過了!!!
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2015-08-25 12:24:14
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11楼
楼主,帖子中提到的二进一出cura的插件在哪里可以找到?
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12楼
引用 celeron533:
立起来,就像金字塔那样打印即可
通常里面会有低度填充,作为打印的支点,反正看不到。
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2015-09-18 10:51:50
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13楼
楼主 混色 和彩色有何不同。
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2015-09-19 23:21:57
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14楼
混色有可能混色不均匀,如何控制量呢?
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2015-11-02 11:31:20
2015-11-2 11:31:20
万物打印网
15楼
引用 1211:
赞扬,学习了。看起来要从混色过渡到彩色,难度相当大。不过,混色解决了任意颜色的打印问题,会大大拓展3D打印的应用范围。
确实是这样~
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万物打印网
16楼
混色3D打印技术~
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2015-12-24 12:30:18
2015-12-24 12:30:18
17楼
求楼主介绍的三进一出cura的插件
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2016-01-04 01:16:11
2016-1-4 1:16:11
18楼
记得有大神说过能打印器官,真的假的啊
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19楼
引用 809881703:
记得有大神说过能打印器官,真的假的啊
假的。TED上有“3D印肾机”的演讲,但综合各方面报道来看,是假的。
目前主流医学杂志上,没有成功的报道。
当然不包括打印器官模型,和其它一些无功能的试验。根据影像学数据制作的器官模型,能够协助医生研究手术方案。
某些组织,例如,股骨头,可以用金属3D打印来制造。骨骼也算是器官之一。但毕竟,和原装器官天壤之别。
器官是细胞分化以后形成的,非常复杂,最有希望在十年内实现的技术,恐怕还是干细胞培育。
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2016-03-09 14:53:54
2016-3-9 14:53:54
20楼
楼主。群在哪里。我要加群请教问题
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2016-03-10 10:03:48
21楼
引用 refinder:
一直对这种吐丝的打印机有种疑问,如果打印一个方盒子,盒子的顶盖打印的时候不会塌下来吗?
这种只能加支撑了,所以3D打印技术看起来新奇,其实局限性也是很大的,应该不能完全取代车削加工
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22楼
我也买过一台6000的桌面3D打印机,感觉使用上来说,第一,打印时间比较长,填充率50%以上的话,一个巴掌大的东西打出来要8小时。。。减小填充率可以加快打印时间,但是相对的,结构强度就降低了。第二,打出东西表面太粗糙,如果是打印零件的话不打磨的话是不能直接用的,只有打印一些玩具之类要求不高的可以勉强凑合。第三,比较复杂的东西,尤其是空心结构,需要加支撑,否则就会变形,打印好以后还要耐心把支撑去掉,很麻烦。总结来说,3D打印下奶就是个玩具,玩玩可以,真想工业应用还是不大可能的
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2016-03-29 13:56:41
2016-3-29 13:56:41
23楼
感觉应该有某种方法单独加入墨水染色.如楼主所描述的方法,的确很难实现彩色打印.即使是单独加入墨水,同一层颜色互相干扰也不可避免.
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24楼
不错,越来越先进了
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2016-04-06 19:25:30
2016-4-6 19:25:30
25楼
楼主真幽默,在介绍丰硕的科研成果时还不忘湖南大碗菜
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2016-04-18 17:41:08
2016-4-18 17:41:08
26楼
看起来很厉害的样子,MARK
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2016-04-21 22:34:22
2016-4-21 22:34:22
27楼
楼主可以提供一下那个cura混色的插件么?
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2016-04-26 19:22:36
2016-4-26 19:22:36
28楼
老大 mix ramps1.4.zip这个文件下载不了呀
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2019-07-26 10:20:27
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29楼

我还以为是2560

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2020-01-05 11:19:46
2020-1-5 11:19:46
30楼

现在fdm做到层变色的不少了,不过能进行水平方向上迅速换色的貌似还没几个。

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31楼

学习了

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