3D打印多色打印方法分析

周双喜

（阜新高等专科学校，阜新 123000）

1 3D打印技术

3D打印技术是通过光固化、熔融堆积等技术，使材料逐层累加，形成需要的形状的一种综合技术，该技术以其独特的增料加工的方法，大大提高了材料的利用率，从而在世界各国及很多领域得到迅速发展。3D打印技术更是中国未来智能制造的重要组成部分。随着技术逐步发展成熟，3D打印在航空发动机制造、医疗器材、消费品设计等领域应用日趋广泛，使得新材料、精密制造等多个工业领域发生了颠覆性变革。

根据3D打印所用材料的状态及成形方法，3D打印技术可以分为熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling，FDM）、光固化立体成形（Stereo Lithogra-phy Apparatus，SLA）、分层实体制造（Laminated Ob-ject Manufacturing，LOM）、电子束选区熔化（Elec-tron Beam Melting，EBM）、激光选区熔化（SelectiveLaeer Melting，SLM）、金属激光熔融沉积（Laser Di-rect Melting Deposition，LDMD）、电子束熔丝沉积成形（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF）[1-3]。熔融沉积成形技术（FDM）是以丝状的PLA、ABS等热塑性材料为原料，通过加工头的加热挤压，在计算机的控制下逐层堆积，最终得到成形的立体零件[4]。这种技术是目前最常见的3D打印技术，技术成熟度高，成本较低，可以进行彩色打印，从而被广泛应用于教育教学和人们的生产生活当中。

在教育教学中，应用3D打印不仅可以给同学们展示先进的技术，而且可以根据需要打印不同的教学模型，从而对教育教学起到很大的辅助作用；在人们的生产生活中，应用3D打印可以打印出各种独具特色、个性鲜明的产品，从而丰富人们的生活。但不管是教学模型，还是生活产品，只有个性的结构还是不够的，如果再加上丰富的色彩，就会使打印出来的产品更加完美，基于多年的3D打印经验以及3D打印技术在多色打印方面的发展，总结以下四种多色打印的方法，并进行详细分析。

2 3D打印多色打印方法分析

2.1 手动控制实现产品的多色打印

手动控制即是通过操作者手动控制实现产品的多色打印，这种打印方法的原理就是操作者在操作3D打印机之前事先准备好若干种颜色的打印材料，之后随着打印的进行，等到需要更换颜色时，马上手动更换不同颜色的材料，从而实现产品的多色打印，如图1所示。

图1 手动多色打印作品

这种打印方法的优点就是打印的作品颜色丰富、个性十足，且设备简单，经济型比较好。缺点是不同颜色之间切换的质量不高，颜色的切换通常以层的形式体现，就是每层一种颜色，且需要操作者能够熟练更换材料，否则容易使产品在不用颜色交换处出现缝隙，影响产品质量。

2.2 喷头多色打印

多喷头多色打印即是通过多个喷头安装上不同颜色的材料，从而实现多色打印，以双喷头打印为例，想要打印一个两种颜色的产品，首先要做的工作就是建模。为实现双色打印，建模时要通过软件建立阴阳模并分别导出，之后在3D打印软件中合并与设置好喷头1、2的打印模型，就可以打印出两种颜色的产品，如图2所示。

这种打印方法的优点就在于能够实现同一产品不同位置的颜色控制，而且可以根据个人意愿选择某位置的颜色，且操作方便，自动切换颜色，效率较高。缺点是若要实现更多颜色的打印，则需要增加喷头的数量，同时增加材料的数量，这就使设备结构更加复杂，增大设备所占空间，增加了操作难度；产品的颜色越多，建模就会越复杂，对于建模要求就越来越高；打印产品的稳定性不好，喷头数目越多，设备的操作和运行就会越复杂。一般来说，3D打印打印产品的时间相对都比较长，若打印过程中一个喷头出现失误，就会影响整个产品的打印质量，使作品成为废品。另外，由于设备复杂，材料比较多，为能够成功打印产品，操作者就需要随时观察产品的打印情况，防止堵丝、断丝、缠丝问题出现。

图2 双喷头打印的双色作品

2.3 通过装配法实现产品的多色

通过装配法实现产品的多色，即把产品按照颜色分成若干部分，之后每个部分独立建模，独立打印，最后通过装配法实现作品的多色，如图3所示。

图3 装配法得到的双色作品

这种方法的优点是各组成部分之间颜色区分明显，组装之后的作品效果很好。缺点在于整个作品是通过装配得来的，那么每个部分的尺寸精度就非常重要，一旦精度不够，组装之后的产品要么会有大的缝隙，要么会装配不上，这样都不能做成一个合格的产品。

2.4 通过喷涂技术实现产品的多色打印

通过喷涂技术实现产品的多色打印即用一种无色的材料打印出整个产品，之后根据设计通过喷涂的方法在产品表面不同位置喷涂上不同的颜色，如图4所示。

图4 喷涂方法得到的多色作品

这种方法的优点是不用准备多种颜色的打印材料，不用多个喷头，打印产品方便、快捷，产品颜色更是丰富多样，且通过喷涂技术会使产品表面质量更好，缺点是需要专门的喷涂材料和喷涂的设备。

3 结论

虽然3D打印在教育教学和人们的生产生活中得到广泛使用，但存在一个不可忽视的问题——生产效率低，打印一个超过10cm的作品，中等打印质量进行打印，时间一般都在6h；如果要实现产品的多色打印，那么生产时间就会增加，效率就会更低。从上述方法的分析可以看出，效率和质量相对较高的是最后一种方法，即产品单色打印，之后通过喷涂的技术实现产品的多色性，但单独加入喷涂的步骤，生产效率提高并不明显，最好的方法就是设计一种装置，实现产品打印和喷涂同步进行，即先打印，之后马上跟着喷涂，这样既实现了产品的多色性，又很大程度上提高了生产效率。