彩色FDM-3D打印机的铺层垂遁换色方法技术

彩色FDM‑3D打印机的铺层垂遁换色方法：属于结构构建成型领域，对成型物件的需要着色的成型物件表面(17)进行着色，在混合物料挤出喷口(11)从颜色B区域(3)向颜色A区域(8)运行到切层边界的颜色突变的临界点的位置，换色遁入点(1)时，由于混色挤出机颜色响应的滞后及喷口附近原色的残留沾污，挤出机的喷口暂时不再继续沿着切线运行，而是垂直遁入切层内部，在切层内部完成一个闭合路径运行，再回到原来的遁入点附近，从换色遁出点(2)遁出；换色遁入遁出点(6)就是颜色的突变点，他们在该点是靠紧在一起的，间距等于FDM的挤出物料的宽度，可以应用于多色供料的FDM‑3D打印机中。

Color stacking method for color FDM-3D printer

Layer vertical escape color change method of color printer: 3D FDM belongs to the structure forming technology, forming the object surface of the molding object need to be colored (17) color in the mixed material extrusion nozzle (11) from B (3) to the regional color color A region (8) critical point run to cut layer the border color mutation position, change the color into the point (1), due to residual contamination of color mixing extruder color response lag and nozzle near the primary nozzle of the extruder, temporarily no longer continue to run along the line, but the vertical cut into the internal layer, a closed path running in the cut layer, then back near the original point into the color change, from the point of escape from (2) to escape; change the color into the danger point (6) point mutation is the color, they at this point is close together, spacing equal to the width of the extruded material FDM, can be used in color The FDM 3D feed printer.

【技术实现步骤摘要】
彩色FDM-3D打印机的铺层垂遁换色方法[所属领域]本专利技术属于彩色FDM-3D打印机的彩色铺层的工艺方法，确切的讲是在逐层打印物件的过程中，在处理轮廓边界铺层时进行换色折返路径处理的方法。[
技术介绍
]熔融沉积成型(FusedDepositionModeling,FDM)快速成型工艺是将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。大部分FDM快速成型技术可采用的成型材料很多，如改性后的石蜡、(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)、尼龙、橡胶等热塑性材料，以及多相混合材料，如金属粉末、陶瓷粉末、短纤维等与热塑性材料的混合物。其中PLA(聚乳酸)具有较低的收缩率，打印模型更容易塑形，以及可生物降解等优点，现今大多数桌面FDM型3D打印机均采用这种材料。挤出机总成是FDM快速成型技术的核心的部件，大多数采用加热棒对铝块进行间接加热法,将塑料丝通过挤出机总成的入口端挤入，再通过喉管导向，到达铝块加热部位，经过熔化，进入喷嘴区域，最后由挤出孔挤出,融化后的塑料丝在后续进丝的(活塞)压力的作用下从喷嘴挤出。挤出机总成中的喉管由不锈钢制造，是为了降低其导热性能，不锈钢喉管有些内部还衬有铁氟龙，由于挤出机总成长期加热打印致使吼管内部温度升高，导致管内料也处在熔融状态，当停止打印冷却后，材料就黏结在管内，下次重新开机打印时，管内黏着料不能马上融化，使喉管出现堵料现象，喉管内部衬铁氟龙，使喉管内料都不会熔融黏着，能大大改善堵头问题。同时作者在挤出机总成外加散热片和风扇，主要也是为了降低喉管上部的温度，防止堵头问题，也可以为挤出机总成散热。加热熔化后的塑料丝由喷嘴挤到打印台上，如果为了减少塑料因温度骤减而发生翘边和收缩等不良现象，作者可以将打印台做成加热床，床内有热敏电阻与电路板相连，来控制加热床的温度，为了节约制作成本，作者就不使用加热床了。单挤头相比较，双挤头采用两个挤出机总成并列排列，并将相对位置固定，由于有两个喷头，双挤头的打印速度更快，打印效率也更高，双挤头安装在滑块上，由滑块与导轨连接，由于其质量更大，运行时产生的惯性更大，对导轨的刚度要求也更高，这样会降低打印的精度。位于挤出机总成最下端喷头的喷嘴直径有四种类型：0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，市场上应用最广的是0.4mm的喷嘴，当然根据实际需要可以购买不同直径的喷嘴，这里值得提出注意的是，选定好喷嘴直径后，也要在打印时软件中设置好相应的参数，如切片软件中的打印层高、打印速度等，使打印的质量和精度更高。加热喷头携带挤出孔在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，快速冷却后形成一层大约0.127-0.50mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。近端送丝就是将挤出机总成安装在打印头上，材料由挤出机总成直接挤入喉管，在铝块中融化由喷嘴喷出打印。这种安装方式由于挤出机总成与打印头一起运动，打印头质量大，打印时惯性也大，容易使打印不精确，采用近端送丝对导轨的刚度要求也比较高。而远端送丝是将挤出机总成安装在离挤出机总成较远位置，驱动电机一般安装在打印机框架上，而不是安装在挤出机总成上，与近端送丝相比较，远端送丝需要较大扭矩，才能将材料挤入打印头中。电路部分包括：3D打印机电路部分在打印机中起的作用是控制整个打印过程协调、有序、完整的运行。FDM型3D打印机一种典型电路部分主要包括Arduinomega2560主控板，Ramps1.4拓展板以及步进电机驱动板。下面对它们的基本参数和作用，作如下介绍。ArduinoMega2560主控板ArduinoMega2560主控板的微控制器为atmega2560，工作电压为5V，数字I/O引脚为54个，模拟输入引脚为16个，每个I/O引脚的直流电流为50毫安，主控板是3D打印机的大脑，负责控制整个打印机来完成特定的动作，如打印特定的文件等。这里需要说明，拓展版给主控板供电的二级管不焊接，也就是需要单独给mega2560主控板供电，直接使用USB5V或通过电源接头供电。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(ArduinoIDE)，它开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依个人需要修改，它满足了不同人群创新创意的需要。3D打印机运行前，需要在ArduinoIDE中下载Marlin固件，根据需要修改固件中部分参数来满足打印的要求。拓展板Ramps1.4插在主控板上，通过插针与主控板相连，有了它是为了更好的与其它硬件进行连接和控制，起到过渡桥梁的作用。拓展板需要接两个12V电源，其中一个为11A，为加热床供电，另一个为5A，为挤出机、各轴电机及风扇等元件供电，由于作者未使用加热床，只使用一个12V、5A电源即可。Ramps1.4拓展板上还有风扇输出与加热棒输出指示的LED，挤出机总成与各轴电机均通过步进电机驱动板A4988由主控板控制，由于作者采用单机头打印机，挤出机总成2电机接口不用安装A4988，位于拓展板右上角，有X、Y、Z方向的限位开关，可以控制打印机每次工作时的原点。A4988步进电机驱动板是用来连接步进电机的，从而实现主控板对步进电机的控制，实现XYZ轴电机及挤出机总成的动作。A4988步进电机驱动板的特点是，它只有简单的步进和方向控制接口，有5个不同的步进模式：全、半、1/4、1/8和1/16，可调电位器可以调节最大电流输出，从而获得更高的步进率，有过热关闭电路、欠压锁定、交叉电流保护的功能，以及接地短路保护和加载短路保护的作用。驱动板通过引脚接插到拓展板中对应的接口上。软件部分举例：前面作者已经知道，3D打印机软件部分包括上位机软件和下位机软件两大部分，而每部分又有细分，通过软件的运行，作者才能实现主控板对打印参数的设置及控制。一台3D打印机所有软件完整运行的过程如下：首先，作者需要在电脑上的三维建模软件中完成零件的建模，如Solidworks、UG、3DMax等三维软件，创建完3D模型以后将文件另存为STL格式，将STL文件在切片软件Slic3r中打开，通过一系列的打印设置，进行切片产生代码，在另一上位机软件Pronterface上将代码打开，并连接主板，主板上的下位机软件为Marlin固件，运行前已提前进行参数设置，连接成功后，主板上的LED灯会闪烁，待打印机上加热管加热，温度升至设定温度后开始打印。下面具体介绍一下打印机的软件部分。下位机软件Marlin固件为自由软件，可以直接用来做软件开发，而作者在3D打印机中使用Marlin固件时，只需要在ArduinoIDE软件中下载完固件，找到Marlin固件中的Configuration.h文件，可根据自己的需要来修改相关的代码内容，作者研制的打印机需要做如下修改。目前彩色FDM-3D打印机的彩色生成方式有以下3种机型：多色颜料融注混合挤出FDM-3D打印机:2013年4月，美国威斯康星-麦迪逊大学耗材融化之际往里面添加颜色，从而实现FDM3D打印机的彩色打印。开发团队将这个新的装置描述为一支“虚拟画笔”，通过对单本文档来自技高网...

【技术保护点】
彩色FDM‑3D打印机的铺层垂遁换色方法：该方法就是对放置在成型物件平台(15)的需要着色的成型物件表面(17)进行选色铺层处理方法：在混合物料挤出喷口(11)从颜色B区域(3)向颜色A区域(8)运行到切层边界的颜色突变的临界点的位置时，挤出机的喷口暂时不再继续沿着切线运行，而是垂直遁入打印物件切层的内部，运行路径是从换色遁入点(1)遁入，再从换色遁出点(2)遁出后，再继续沿着切线方向运行；换色遁入遁出点(6)就是颜色的突变点，在遁入遁出的过程中混合物料挤出喷口(11)在切层内部完成一个闭合路径运行，再回到原来的遁入点附近，他们在该点是靠紧在一起的，间距等于FDM的挤出物料的宽度，完成1个口袋状的闭合路径；表现了当前铺层(7)的闭合过度色路径(5)；每层中的每一个换色点都进行如此处理，逐层循环往复；其特征就在于：在多色挤出机换色的过程中，混合物料挤出喷口(11)在换色遁入遁出点(6)遁入遁出；遁入遁出的路径是一个在物件填充区域的闭合路径。

【技术特征摘要】
2015.12.12 CN 20151092622541.彩色FDM-3D打印机的铺层垂遁换色方法：该方法就是对放置在成型物件平台(15)的需要着色的成型物件表面(17)进行选色铺层处理方法：在混合物料挤出喷口(11)从颜色B区域(3)向颜色A区域(8)运行到切层边界的颜色突变的临界点的位置时，挤出机的喷口暂时不再继续沿着切线运行，而是垂直遁入打印物件切层的内部，运行路径是从换色遁入点(1)遁入，再从换色遁出点(2)遁出后，再继续沿着切线方向运行；换色遁入...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市人彩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44