摘要
熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling,FDM)3D打印技术是增材制造的主流方式，其具有成型材料多、可制作模型类型多、成型设备要求低、可实现彩色打印等优点，其涉及到材料、机械、电子、软件等领域。然而，基于FDM型3D打印机在全彩色打印方面还不成熟。FDM型3D打印机的工作原理是通过送丝装置将热熔性丝状耗材加热直至熔融状态，由一个具有微细喷嘴的喷头喷出后沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，当熔融态耗材温度低于固化温度后迅速固化，随着材料的堆积最终形成所需的产品。 FDM型3D打印机的工作原理使得其打印产品的颜色受限于耗材自身颜色。目前市面上的耗材颜色较少且打印多种颜色的产品较为困难，不能使用户按照自己的意愿对成型件的颜色进行随意调整，且可以迅速通过FDM型3D打印机迅速打印出产品。3D彩色打印比普通的单色打印更优良，更能顺应多样化的社会要求。FDM型打印与减法混色法的融合构成了彩色3D打印的原理，即不同基色的耗材利用不同比例混合可以的到特定的颜色。从FDM型3D彩色打印被提出到后来的技术迅猛进步，最有效的方法便是采用多进一出的混合喷头来实现彩色打印的目标。喷头是3D彩色打印机的重要组成部件，主要实现熔化线材、均匀混合、堆积打印等工作，是一个高度集成的重要元件。 针对FDM型3D打印机在全彩色方面的欠缺，本文在混色法实现全彩色的前提下，通过研究当前国内外全彩色3D打印技术现状，并依据FDM型3D打印工作原理，提出要实现FDM型3D彩色打印这一目标，最优解决方案是在三原色成色条件下，利用静态混合器原理的混合机理，同时设计了一种多进一出混色模式3D打印喷头。可以通过控制三基色融熔态耗材挤入喷头混合腔的速度，实现其在混合腔内混合后挤出所需目标颜色。 为解决多进一出混色3D打印过程中存在混色不均、色块交界域明显等问题，根据FDM型混色3D打印原理，依据高聚物混合理论，提出一种根据丝材挤入混合腔体积反推混合腔最优尺寸的方法，并对混合腔进行结构、压力及速度分布等流场特性分析，仿真分析结果表明丝材入射角度及喉管分布形式对混色质量有较大影响。通过搭建的实验平台进行混色挤出对比试验，试验结果表明，所提出方法不仅能够实现多股粘弹性丝材均匀混合问题，而且还能够缩短混合时间、提高效率，为混色3D打印提供一种可行的方法。
NETL