【全面剖析】市面主流混色3D打印機(jī)技術(shù)方案

熊導(dǎo)讀：本文作者全面總結(jié)了當(dāng)前市面上混色3D打印機(jī)的技術(shù)方案，并提出了自己制作的混色打印機(jī)技術(shù)方案，供廣大3D打印機(jī)開發(fā)愛好者參考。

作者：黃奕
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，沒有太多價值。而且國外還有許多創(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FDM 3D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。

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幾卷實(shí)驗。

我買的耗材

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)驗是了不起的，他也做了顆粒的擠出機(jī)和蠕動式擠出機(jī)等。（圖為混合效果圖）

Richard Horne
基本工作原理是：擁有三個擠出機(jī)，同時向一個噴嘴(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。例如一個正常的擠出機(jī)是90個脈沖為一毫米。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個脈沖每毫米，擠出機(jī)2的脈沖設(shè)置為45個脈沖每毫米，擠出機(jī)3的脈沖設(shè)置為45個脈沖每毫米.最后在步進(jìn)電機(jī)上裝上開關(guān)，只要保證其中兩臺電機(jī)是閉合，另一臺斷開，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 這個偉大的探索者

RichRap的工作原理更像是扎染( 織物在染色時部分結(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。因為融化的塑料需要一個過渡時間。

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)品將增加一個新穎而獨(dú)特的功能：混色（colomixing）3D打印。

Builder 3D打印機(jī)上將會安裝一種兩進(jìn)一出的擠出機(jī)。注意！這可不是兩個擠出頭哦，它是用兩種材料/顏色通過一個噴嘴擠出。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。請看下面的圖片，這個花瓶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。

混色G-代碼的生成
Builder公司在其網(wǎng)站上放置了一個“混色”生成器應(yīng)用程序。可以先上傳您的G代碼，然后選擇混合比例。網(wǎng)上的生成器會在現(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“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Gcode生成器卻高達(dá)50歐元，雖然在歐元極度貶值的今天，對于喜歡盜版的中國人來說還是不能接受的。
下面是幾張我一個好朋友買的這臺機(jī)器打印的效果

Builder 3D打印機(jī)的噴頭圖片

深圳森工混合3D打印機(jī)
國外2014年推出了混合3D打印機(jī)國內(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)志著國內(nèi)FDM原理3D打印機(jī)即將邁入彩色3D打印的新時代（太夸大了）。價格12000+便宜不了多少，還不如香港代工的Builder 3D打印機(jī)

大家請看
新華網(wǎng)發(fā)的新聞 ：混色3D打印難題 大學(xué)室友們搞定了
http://news.xinhuanet.com/tech/2 ... 47a7b7e80a40613cfe1

非專業(yè)生用兩年解決世界級難題（關(guān)鍵詞：非專業(yè)；世界級；難題）

這臺打印機(jī)是我國第一臺混色3D打印機(jī)。很難想象，破解了這一世界級技術(shù)難題的年輕人并非專業(yè)出身，他們完全依靠埋頭攻堅，歷經(jīng)2年時間才攻克難題。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），同一個宿舍有創(chuàng)業(yè)意向的4名同學(xué)抱著對3D打印的濃厚興趣決定在一起創(chuàng)業(yè)。

羅建旭將團(tuán)隊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問題關(guān)起門不吃不喝埋頭攻堅的人”。以混色打印技術(shù)為例，森工團(tuán)隊2012年開始就嘗試攻克，這個世界級難題（如果這是世界級難題是不是太掉價了）的核心是一個噴嘴噴出兩種顏色，實(shí)現(xiàn)雙色和混色的效果。看似簡單，但是在研發(fā)中，卻遇到不同顏色的材料混合后產(chǎn)生卡堵打印不滑順等問題。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，成為國內(nèi)第一家、全球第二家攻克這個技術(shù)的團(tuán)隊。

評價就是國內(nèi)的和國外的做3D打印的的人，國內(nèi)的在吹，國外的在做。
森工用的噴頭申請了實(shí)用新型專利

噴頭結(jié)構(gòu)專利文獻(xiàn)截圖

新創(chuàng)混色3D打印機(jī)
國內(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）

打印效果圖片

臺灣退休工程師
臺灣退休機(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�只是分層換色）。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)計的FDM多孔進(jìn)料噴頭——5進(jìn)1出的自制混色噴頭。簡單的說，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)以百萬計的不同顏色。

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打印仍然是一個相當(dāng)復(fù)雜的事情。具體來說，這涉及到一個五合一的擠出頭，這是他必須自己開發(fā)的。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，顯然這是一個更大的挑戰(zhàn)。
目前他已經(jīng)完成了兩個主要測試：第一個是打印一個35×35×35厘米的綠色花瓶。雖然從圖片上看起來還不錯，但張茂松聲稱，他的滿意度只有65％，還需要調(diào)整參數(shù)，因為其表面的紋理還是有點(diǎn)明顯。

評價，記者夸大其詞，這個工程師僅僅完成了五進(jìn)一出的噴頭測試，并沒有混合，不過噴頭設(shè)計的不錯。

國外愛好者h(yuǎn)erman
herman設(shè)計的三色全金屬水冷加熱頭

這套噴頭有賣，價值89美元

通過這套噴頭混色打印的效果圖

德國的愛好者
德國愛好者是在RUMBA上擴(kuò)展了兩個步進(jìn)驅(qū)動器使其支持五色混合

最開始設(shè)計的三進(jìn)一出混色噴頭

紅黃藍(lán)白黑五色

五種顏色混合打印出來的效果

評價：國外的愛好者就是不一般啊，以國外反襯國內(nèi)的愛好者啊。

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扯了這么多閑篇，現(xiàn)在我們就可以討論一下怎么自己做一臺最基本的雙色混合的3D打印機(jī)！
這個打印機(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頭采用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)

就這么個玩意268

因為本身這個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。官方上的描述也是不能混合

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

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)，然后刷入我上傳的固件。固件下載點(diǎn)擊
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)

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，把我們辣的。。。。

M6050就是控制混色打印的輔助代碼

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
自己做的三色混合打印效果圖

打印的心形書簽

{:soso_e179:}這樣的文章非常好，有價值，辛苦樓主

b402jack 發(fā)表于 2015-10-16 15:00
這樣的文章非常好，有價值，辛苦樓主

不知道國內(nèi)的那些廠商，有沒有在嘗試使用這些混色方案。彩色3d打印還是很有需要的

很不錯的想法呢

这种混色的打印机混在一起的材料怎么挤出来没变颜色？可以实现彩色打印了吗，比如我打印个东西下面一种颜色上面一种颜色通过混色能打印出来吗