浅谈混色3D打印技术
作者：黄子帆
简介
说到FDM的3D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 mendelmax（richrap）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
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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2014年6月4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（colomixing）3D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。但是这个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。2015年3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
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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的）
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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——5进1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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简介
说到FDM的3D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。
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。
我买的耗材打印的花瓶
RichRap
Richard Horne是一名伟大的探索者，他首先在reprap mendelmax（richrap）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）
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
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2014年6月4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（colomixing）3D打印。
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。
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。但是这个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
Builder 3D打印机的喷头图片
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。2015年3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。
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
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
喷头结构专利文献截图
专利文献下载
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的）
打印效果图片
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——5进1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。
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。
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
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
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
最开始设计的三进一出混色喷头
红黄蓝白黑五色
五种颜色混合打印出来的效果
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
就这么个玩意268
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。
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
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
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。。。。
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
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扭曲六变盒子
[ 修改于10年8个月前 - 2016/04/15 16:10:38 ]