彩色三維列印成型

彩色三維列印成型技術是目前最具有生命力的快速成形技術之一,該技術能

直接獲得產品設計的彩色外觀,不需要後處理,在消費領域、原型手板及教育行業較以往的單色三維列印成型製件有著巨大的優勢。

1、快速成形技術

原理

快速製造技術是有計算機輔助設計技術( Computer Aided Design, CAD)、反求工程技術( Reverse Engineering, RE)、快速成形技術( Rapid Prototyping ,RP)和快速制模技術( Rapid Tooling,RT) 組成,構造出一套快速製造系統 [5],其生產過程框圖如圖 1所示。

彩色三維列印成型

圖 1快速製造技術生產過程框圖

快速成形技術(

Rapid Prototyping RP

, )基於 “離散/堆積” 原理, 逐點或者逐層製造,然後得到原型或者零件。其基本概念圖如圖2 所示。

彩色三維列印成型

圖2 快速成形技術基本原理圖

2、彩色三維列印成型技術

彩色三維列印成型技術可以直接成型彩色三維製件,製件美觀漂亮,符合人類的審美需求,在設計交流中也更直觀具體。 另外, 裝置造價成本低, 成型過程無汙染,裝置佔用空間小,適用於辦公環境。 因此,彩色三維列印成型技術可以廣泛適用於各種相關領域。

(1)模型設計

彩色三維列印成型技術可以進行模型設計,如圖3成型的是產品模型, 可以讓設計者在產品概念設計、評估產品外型視覺效果、外觀更直觀具體, 適用於製件的功能測試。如圖4成型的建築模型,模型非常精美,同時節省了時間和成本,減少了材料浪費。

(2)文化創意

彩色三維列印成型技術可以製造形狀複雜、彩色的工藝品,可實現文物的複製以

及創新的設計,如圖5所示。

彩色三維列印成型

圖3產品模型

彩色三維列印成型

圖4建築模型

彩色三維列印成型

圖5彩色金剛鸚鵡

(3)醫學、醫藥模型

在醫學研究和應用領域,彩色三維列印技術打印出的彩色醫學模型為醫學研

究和醫生的手術規劃運提供了新的手段,如圖 6、7 所示。

彩色三維列印成型

圖6心臟模型圖

彩色三維列印成型

圖 7大腦皮質模型圖

熟悉了彩色三維列印成型技術的原理和工藝,針對彩色三維列印成型系統所需的關鍵技術,本文主要進行以下相關的研究:

(1)分析了彩色三維列印成型原理及液滴與成型面的粘結基理, 為開發和設計彩色三維列印成型系統提供堅實的理論依據。

(2)壓電式噴墨印表機,改進印表機結構,選擇合適的粘結劑和列印介質,實

現真彩色三維實體的列印。

(3)對現有彩色三維列印成型裝置的工作原理進行分析,設計和開發彩色三維

列印系統,並用開發的裝置進行實物列印除錯。

三維列印成型技術根據成型材料的不同主要分為粘結材料、光敏樹脂材料和熔融材料三類,其中粘結材料三維列印成型是快速成形技術中唯一一類可以成型出真彩色製件模型的技術。

彩色三維列印成型技術相對於彩色三維列印技術增加了色彩資訊,根據色彩資訊可以使成型的製件帶有不同的顏色,模型新增顏色的過程如圖8所示。對模型新增顏色資訊,有兩種方式[25]: 第一種方式是截面輪廓成型和顏色新增是分開進行的,這種裝置有兩類噴頭,一類噴頭用於噴塗粘結劑進行輪廓成型,一類噴頭用於噴塗帶有顏色的溶劑,進行輪廓上色。因為這種方式需要兩類噴射列印頭,而且兩類噴射列印頭要互相配合運動,結構比較複雜。另一種方式是輪廓資訊和顏色資訊共同完成,只需要一類噴射列印頭,粘結劑溶液具有所需顏色資訊。在這種方式中,軟體方面要求比較高,需要對製件進行特殊的分層處理,然後輪廓資訊和顏色資訊,把這些資訊再傳送給列印頭的控制系統,控制列印頭粘結成型,最後得到彩色製件。

彩色三維列印成型

圖8模型新增顏色過程

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