FDM打印彩色制品专利技术综述

金媛媛　刘颖婷

摘 要：FDM彩色打印技术可通过切换设置多个供应不同颜色原料的喷头、或切换多个不同颜色供料通道的单一喷头、喷涂染色、喷头混色的方法实现，而喷涂染色和喷头混色均能够实现全彩FDM打印。

关键词：FDM；3D打印；喷头；彩色

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.043

3D打印成型技术又称为“增材制造技术”，是相对于传统的减材制造技术而言。熔融沉积制造（FDM）采用丝材加热熔融沉积成型，具有操作简便、成型速度快等诸多优点，应用也较为广泛。随着技术的发展，人们对于FDM打印制品的外观需求与日俱增，如何控制FDM彩色打印成型技术成为了一个亟待解决的问题。本文通过对FDM彩色打印成型技术在国内专利申请情况进行了分析梳理，总结FDM彩色打印技术的技术发展情况和研究热点。

1 技术原理

FDM工作原理是将加工成丝状的热熔性材料，经过送丝机构输送到热熔打印喷头，在计算机控制下喷头沿零件层片形状轮廓和轨迹运动，将熔融的材料挤出，使其沉积在预期的位置后固化成型，层层堆积最终形成产品模型[1]。

FDM彩色打印技术主要分为以下四类：（1）使用多个喷头，每个喷头供应不同颜色原料，切换喷头以实现彩色打印成型；（2）使用单一喷头，设置多个不同颜色原料供应通道，切换各通道以实现彩色打印成型；（3）喷涂染色，使用白色材料打印物体，每层打印完成后喷涂相应的颜色进行染色；（4）喷头混色，采用多原色供料，在喷头内进行混合配色。

2 技术发展情况分析

FDM工艺采用丝材作为原料，丝材的颜色即决定了制品的颜色，设置多个打印喷头，每个喷头供应不同颜色的打印丝材，通过切换不同喷头获得FDM彩色打印制品。CN206277660U提供一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机，选择不同颜色的丝材，实现多彩色模型的制作。该方法需要设置多个打印喷头，设备复杂且结构庞大，且无法实现全彩打印。

CN106217889A、CN108422662A、CN208118443U、CN108437447A均通过使用单一喷头，设置多个不同颜色原料供应通道，切换各通道以实现彩色打印成型。其中，CN106217889A提出了一种三通喷头，只利用单喷头通过主轴转向就能实现两种颜色来回切换；CN108422662A同时设置多个安装不同颜色的材料工位，实现单喷头的FDM自动换料功能；CN208118443U提供通过电磁铁通电切换控制丝材输送供应来实现FDM单喷头3D打印机双色转换；CN108437447A将各个颜色的物料分开放置于集装腔内，可通过电磁阀的切换进行熔融料颜色的变换。该方法相较于设置多个喷头，具有FDM设备简化的优点，但是颜色种类较少，无法实现全彩打印。

CN104870171A、CN103878982A、CN205202194U、CN106183433A、CN107199697A通过喷涂染色，使用白色材料打印物体，实现彩色打印。CN104870171A提出在进入打印头之前，借助色彩涂布单元涂布长丝，再将其输入打印头，实现3D彩色打印；CN103878982A提供红、绿、蓝三种颜色的墨水以不同比例混合形成不同颜色墨水后，白色热塑性树脂材料被加热熔融与彩色墨水混合染色，实现全彩FDM打印；CN205202194U提出的通过外接混色器调色，将染料输送至喷头处的染色环，实现喷墨式3D全彩色打印；CN106183433A增加用于全彩3D打印的染色装置和一个打印头就能实现全彩色打印；CN107199697A在挤出机总成上安装至少1组彩色墨水喷头，实现涂色式FDM彩色打印。该方法对丝材种类有所限制，可实现全彩打印，色彩准确、清晰，是目前FDM彩色打印的研究热点。

CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U、CN103753817A、CN103895228A、CN106541571A采用多原色供料，在喷头内进行混合配色，实现彩色FDM打印。CN104742364A、CN203752528U、CN104802398A、CN203945691U分别采用设置多通道进丝口，各色打印原料丝在喷头聚融混合搅拌腔内完成融合混色，实现全真彩色打印；CN103753817A通過在喷头装置内设置三色室、混合室以及喷嘴，完成熔融混色，实现FDM全彩打印；CN103895228A通过设置三基色丝状原材料给料机构，静态/动态管道混料器，实现FDM彩色打印；CN106541571A采用印刷四分色模式（CMYK），不同颜色材料经过微分以及混合的处理，实现全彩色材料打印。该方法对于丝材种类无限制，可实现全彩打印，打印色彩相对于染色效果稍差，也是目前FDM彩色打印的研究热点。

3 结语

FDM彩色打印技术可通过切换设置多个供应不同颜色原料的喷头、切换多个不同颜色供料通道的单一喷头、喷涂染色、喷头混色的方法实现，而喷涂染色和喷头混色均能够实现全彩FDM打印，是目前的研究热点。

参考文献：

[1]郭紫琪，李晓文，张瑾等.熔融沉积成型的3D打印专利技术综述[J].山东化工，2018，47（11）：53-54.

作者简介：金媛媛（1987-），女，回族，山东人，硕士研究生，助理研究员，研究方向：塑性材料加工。