引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維技術(shù)層出不窮，3D 打印技術(shù)作為一種新興科技在制造業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前 3D 打印已成功打印出很多三維物體，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域都已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，人們隨之把 3D 打印技術(shù)稱為 具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù) 。但是當(dāng)前的 3D 打印還局限在一種很單一的打印方式，很多公司生產(chǎn)出來(lái)的 3D 打印機(jī)都只能夠打印出一種顏色的三維物體，無(wú)法在一種物體上打印出多種顏色。如果想打印多色，則要對(duì)打印機(jī)的材料進(jìn)行更換，而打印機(jī)必須停止工作才可更換材料。就目前的打印機(jī)而言，若停止了 3D 打印機(jī)的工作，則打印機(jī)不會(huì)在上次停止的地方繼續(xù)打印，必須從頭開(kāi)始。這將會(huì)浪費(fèi)大量的材料和時(shí)間，如果要打印出一個(gè)精度很高的產(chǎn)品可能要花費(fèi)一兩天的時(shí)間，機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間工作將會(huì)影響作品的質(zhì)量，也會(huì)影響打印機(jī)的使用壽命，導(dǎo)致 3D 打印的效率大大降低。所以本文將通過(guò)對(duì)目前 3D 打印機(jī)的研究， 提出對(duì)于 3D 打印機(jī)打印出彩色三維物體的一些對(duì)策。

1 3D打印

3D 打印源于 20 世紀(jì) 80 年代后期，是美國(guó)在研究照相雕塑和地貌成型時(shí)發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)充分體現(xiàn)出了技術(shù)的精密化、智能化、通用化以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。1986 年，美國(guó)誕生了全球第一家生產(chǎn) 3D 打印設(shè)備的公司，名為 3DSyslems。此后，3D 打印技術(shù)的概念在全球飛速發(fā)展，越來(lái)越受人們的關(guān)注。而我國(guó)的 3D 打印技術(shù)出現(xiàn)在 20 世紀(jì)90 年代中期，這項(xiàng)技術(shù)可以打印出很多立體模型，例如我們身上穿的衣服和鞋子，運(yùn)用 3D 打印技術(shù)與 3D 打印機(jī)可以打印出來(lái)。

3D 打印技術(shù)是一種將塑料或者特殊蠟材等可粘合材料通過(guò)累積制造技術(shù)將材料層層累積，通過(guò)在電腦上使用 3Dmax 繪圖軟件或者 CAD 繪圖后，將所保存的圖片轉(zhuǎn)到 3D 打印控制軟件（Repetier Host），將所繪的圖進(jìn)行切片處理后轉(zhuǎn)換為 GCO 格式，最后通過(guò)與電腦連接控制將 GCO 格式的文件打印， 并通過(guò) 3D 打印機(jī)把 打印材料 層層疊加，最后構(gòu)造出三維立體模型。

目前 3D 打印機(jī)最常用的材料主要有ABS、PLA 和 PVA 三種，ABS 最為便宜， 且熔點(diǎn)在 215℃ 到 250℃之間。而PLA 則更為環(huán)保，熔點(diǎn)更低。桌面 3D 打印機(jī)由于受專利限制， 打印機(jī)的設(shè)計(jì)與制作不得不采用開(kāi)放式的打印倉(cāng)，但是由于打印倉(cāng)溫度難以保證，所以人們會(huì)使用PLA 作為打印機(jī)的打印材料，而 PVA 則經(jīng)常被人們用來(lái)為打印作品做支撐。

2 2D打印機(jī)與 3D打印機(jī)的結(jié)合對(duì)策

2.1 2D打印機(jī)工作原理

2D 打印機(jī)的工作原理和噴墨打印機(jī)的原理相似，打印機(jī)墨盒內(nèi)部裝有部分墨水，在噴嘴孔和墨盒之間用一根細(xì)管連接。然后利用一些控制指令來(lái)控制打印頭上的噴嘴孔，將墨盒內(nèi)的墨水輸入到噴頭中，讓噴嘴孔噴出定量的墨水并打印在紙上。2D 打印機(jī)在工作時(shí)，計(jì)算機(jī)將處理好的打印信號(hào)通過(guò)打印機(jī)的轉(zhuǎn)換接口傳輸?shù)酱蛴C(jī)的主控電路板上，并通過(guò)電路將接收的信號(hào)進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)。由控制信號(hào)控制墨盒內(nèi)的墨水通過(guò)細(xì)管將墨滴從打印頭噴出，然后打印紙自動(dòng)進(jìn)入打印機(jī)，通過(guò)打印頭后輸出到打印機(jī)外字車上，最后墨盒及噴頭在紙的水平方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)。這樣噴頭就將墨水噴在打印紙上面，形成我們所需要的文字或圖像，完成打印過(guò)程。

2.2 2D打印機(jī)與3D打印機(jī)的結(jié)合

利用噴墨打印機(jī)的噴墨原理，在墨盒內(nèi)裝有 n個(gè)小墨盒， 每個(gè)小墨盒內(nèi)裝有不同顏色的墨水，利用控制指令來(lái)控制打印頭上的噴嘴孔噴出墨水，經(jīng)細(xì)管進(jìn)入打印倉(cāng) 1中。再把 3D打印材料輸入到打印倉(cāng) 1中經(jīng)過(guò)高溫加熱，將 3D打印機(jī)的材料全部融化為液體狀態(tài)，再通過(guò)打印倉(cāng) 1將融化的材料和墨水一起送到打印倉(cāng) 2中，打印倉(cāng) 2中有一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片螺旋槳，打印材料和墨水通過(guò)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片螺旋槳均勻融合在一起。最后將溶解好的材料經(jīng)過(guò)細(xì)管通過(guò)吐絲噴頭將材料噴吐出來(lái)，就可以將 2D打印機(jī)與 3D打印機(jī)有效結(jié)合在一起，打印出不同顏色的作品模型。2D打印機(jī)與 3D打印機(jī)的結(jié)合流程圖如圖 1所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)將 2D 打印機(jī)與 3D 打印機(jī)的合理結(jié)合，研究出一種對(duì)于彩色 3D 打印機(jī)的有效方法，解決了目前 3D 打印機(jī)打印的單一性。但還有部分問(wèn)題有待進(jìn)一步研究：

1墨滴與打印材料的融合具有不穩(wěn)定性，墨滴與打印材料還不能均勻融合在一起，而且起墨滴的數(shù)量大小不能完全掌握。

2需要獨(dú)立開(kāi)發(fā)與控制系統(tǒng)相適應(yīng)的上位機(jī)軟件，加強(qiáng)對(duì) 3D打印機(jī)的控制。

3控制系統(tǒng)控制 3D打印機(jī)的打印精度不高，還需要對(duì)軟硬件進(jìn)行深度研究。