一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印喷头及方法

摘要

本发明公开了一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印喷头，包括一体式的加热室和锥形喷嘴，所述的加热室内设置有环形染色环，所述环形染色环的中心设置有供打印原料通过的圆形进料口，所述染色环的实体内以染色环的对称中心为圆心设置有密闭的环形通道，所述染色环的外圆壁沿径向贯穿设置有连通所述环形通道的染色环进墨口，所述染色环的内圆壁沿径向均匀地贯穿设置有若干连通环形通道和进料口的导墨管，所述加热室的外周壁还贯穿设置有连通外接混色器和染色环进墨口的喷头进墨口。本发明还公开了一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印方法。本发明可针对模型随意配色，一次成型，实现真正的全彩3D打印，结构简单，操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印方法及其喷头结构装置。

技术背景

随着3D打印技术的日渐成熟，它的应用也日趋广泛，对全彩色3D打印的需求越来越多，但是关于全彩色3D打印的技术发展程度却与之脱节。目前，市场上现有的彩色打印技术分为两种：一种是原色打印，再后期处理，如喷漆等；另一种是多喷头，分阶段打印。这些技术都不是真正的全彩色3D打印。

本发明所提出的喷墨式3D打印可实现真正全彩色打印，通过外接混色器调色，进行染料输送至喷头处的染色环，从而实现针对模型随意配色，一次成型。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印喷头及方法，通过外接混色器提供染料，经由染色环对原材料进行染色，实现全彩3D打印。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印喷头，包括一体式的加热室和锥形喷嘴，所述的加热室内设置有环形染色环，所述环形染色环的中心设置有供打印原料通过的圆形进料口，所述染色环的实体内以染色环的对称中心为圆心设置有密闭的环形通道，所述染色环的外圆壁沿径向贯穿设置有连通所述环形通道的染色环进墨口，所述染色环的内圆壁沿径向均匀地贯穿设置有若干连通环形通道和进料口的导墨管，所述加热室的外周壁还贯穿设置有连通外接混色器和染色环进墨口的喷头进墨口。

进一步地，所述染色环内还设置有用以感应染料、辅助控制打印机电源通断的感应器。

一种采用如所述喷头的基于混色与染色原理的FDM型3D打印方法，包括步骤：

1) 色彩识别系统利用切片软件对3D模型进行切片分层并获取每一层的位置信息和颜色信息，颜色信息以24位RGB代码存储到和切片信息相对应的模型数据库中；

2) 利用RGB代码数据驱动外接混色器的取色装置运动，按比例从各原色盒中取用青色、品红、黄色、黑色的染料经取色管道送至混合室进行调色，调色完毕通过输送管道输送至染色环；

3) 根据模型切片和色彩拾取的数据信息挤出打印丝料，按片层的位置信息控制X、Y、Z电机驱动打印喷头移动到相应位置，所述打印丝料在加热室1中熔融后通过染色环的进料口后进入喷嘴，染料由染色环上的若干导墨管导出至打印丝料表面并浸入内部，从而达到上色目的，实现全彩3D打印；

4) 打印结束时向输送管道11中通入空气，将输送管道中的染料排尽。

进一步的，所述步骤3) 在进行打印之前还包括步骤：

31）染色环内的感应器感应染料，当感应到染色环内存在染料时，接通印机电源，否则，则断开打印机电源。

进一步的，所述打印丝料为ABS或PLA白色透明丝料。

进一步的，步骤2)中，取色过程具体包括：控制系统将RGB代码转换为CMYK信息，同时输出电信号驱动各取色管道上的压电陶瓷从各原色盒中挤出所需油墨，完成取色。

进一步的，步骤3)中，染料采用压电喷墨技术由染色环上的若干导墨管喷出至打印丝料表面并浸入内部，从而达到上色目的。

有益效果：本发明相比现有技术，通过位置信息和色彩信息的配合，将外接混色器中混合的染料通过染色环对打印丝料进行全方位染色，实现真正的全彩3D打印，结构简单，操作方便，色彩逼真、美观牢固，从而实现针对模型随意配色，一次成型。

附图说明

图1是本发明的喷头立体结构示意图。

图2是本发明的喷头主视示意图。

图3是图2中C-C向剖视示意图。

图4是本发明的喷头的俯视示意图。

图5是本发明的染色环立体示意图。

图6是本发明的染色主视示意图。

图7是图6中A-A向剖视示意图。

图8是图6中B-B向剖视示意图。

图9是外接混色装置的结构示意图。

图中所示为：1-加热室；2-喷头进墨口；3-喷嘴；4-染色环；41-染色环进墨口；42-导墨管；43-环形通道；44-出墨口；5-壳体；6-原色盒；7-压电陶瓷；8-支架；9-混合室；10-取色管道；11-输送管道。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1至图9所示，一种基于混色与染色原理的FDM型3D打印喷头，包括一体式的加热室1和锥形喷嘴3，所述的加热室1内设置有环形染色环4和用来熔融丝料的加热装置，所述环形染色环4的中心设置有供打印原料通过的圆形进料口44，所述染色环4的实体内以染色环4的对称中心为圆心设置有密闭的环形通道43，所述染色环4的外圆壁沿径向贯穿设置有连通所述环形通道43的染色环进墨口41，所述染色环4的内圆壁沿径向均匀地贯穿设置有若干连通环形通道43和进料口44的导墨管42，所述加热室1的外周壁还贯穿设置有连通外接混色器和染色环进墨口41的喷头进墨口2。

具体而言，所述染色环4内还设置有用以感应染料、辅助控制打印机电源通断的感应器。

如图9所示，所述的外接混色器包括壳体5、由支架8支撑设置在所述壳体5内的四个原色盒6，各个原色盒6的燃料颜色分别为：青色、品红、黄色、黑色，壳体5的下方设置有内设水平搅拌叶片的混合室9，各个原色盒6通过取色管道10连接混合室9，各取色管道10上设置有压电陶瓷7，混合室9内配好的染料经输送管道11输送至喷头进墨口2，之后达到达染色环4的环形通道43。

实施例二

一种采用如所述喷头的基于混色与染色原理的FDM型3D打印方法，包括步骤：

1) 色彩识别系统利用切片软件对3D模型进行切片分层并获取每一层的位置信息和颜色信息，颜色信息以24位RGB代码存储到和切片信息相对应的模型数据库中；

2) 利用RGB代码数据驱动外接混色器的取色装置运动，按比例从各原色盒6中取用青色、品红、黄色、黑色的染料经取色管道10送至混合室9进行调色，调色完毕通过输送管道11输送至染色环4；

3) 根据模型切片和色彩拾取的数据信息挤出打印丝料，按片层的位置信息控制X、Y、Z电机驱动打印喷头移动到相应位置，所述打印丝料在加热室1中熔融后通过染色环4的进料口44后进入喷嘴，染料由染色环4上的若干导墨管42导出至打印丝料表面并浸入内部，从而达到上色目的，实现全彩3D打印；

4) 打印结束时向输送管道11中通入空气，将输送管道11中的染料排尽。

具体而言，所述步骤3) 在进行打印之前还包括步骤：

31）染色环4内的感应器感应染料，当感应到染色环4内存在染料时，接通印机电源，否则，则断开打印机电源。

具体而言，所述打印丝料为ABS或PLA白色透明丝料。

具体而言，步骤2)中，取色过程具体包括：控制系统将RGB代码转换为CMYK信息，同时输出电信号驱动各取色管道10上的压电陶瓷从各原色盒6中挤出所需油墨，完成取色。

具体而言，步骤3)中，染料采用压电喷墨技术由染色环4上的若干导墨管42喷出至打印丝料表面并浸入内部，从而达到上色目的。

所述打印方法中，颜色信息控制外接混色装置，压电陶瓷7工作，控制各原色染料的喷出比例，染料由原色盒6通过取色管道10进入混合室9进行混合后通过输送管道11输送至染色环进墨口41，迅速充满环形通道43。打印喷头根据模型切片和色彩拾取的数据信息挤出打印丝料；丝料在加热室1中熔融，通过染色环4，染料由染色环4上的多个导墨管42导出至材料表面并浸入材料内部，从而达到上色目的。打印结束时向输送管道11中通入空气，将输送管道11中的染料排尽。染色环4上装有感应器，当感应到染料时，打印机才能启动，防止排尽输送管中空气时打印机工作浪费材料。丝料的进料量和速度由送料装置控制，内腔有加热装置用来熔融丝料，之后由挤出装置挤出成型。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。