邓介铭

前言

目前，市面上的3D打印机多种多样，但一般仅可基于2种颜色转换打印。虽然各种颜色的打印丝在市场上都可以买得到，但是全色打印需要大量多种颜色的打印丝耗材，不经济且在技术突破上有难点。而我想研发的全色3D打印机可基于5种基本色（青、品红、黄、黑、白），用软件控制各料丝进给量，通过“五进料单挤出”的3D打印喷头装置，挤出满足需求的、调和成的新颜色，从而降低打印成本，提高使用效率，提高成品美观度。

工作原理

色彩学原理

四色印刷是印刷的方法之一。它是用青（C）、品红（M）、黄（Y）和黑（K）4种颜色按减色混合原理实现全彩色复制的平版印刷方法。理论上，以Y、M、C和K4种颜色组合而不重复，四色印刷可以获得成千上万种颜色。单色（Y、M、C和K）4种;双色（Y+M、Y+C、Y+K、M+C、M+K、C+K）6种;三色（Y+M+C、M+C+K、Y+C+K、Y+M+K）4种;四色（Y+M+C+K）1种，共计15种颜色。以此推理下去，四色印刷可以获得全彩色。

四色印刷到五色打印的转变

印刷所用的三原色是青（C）、品红（M）、黄（Y），但在传统纸张印刷中，由于三原色在实际中不能够高纯度地还原黑色，因此在纸张是白色的基础上，普通打印机普遍为青、品红、黄、黑四色印刷。那么，3D打印机想要实现全彩色打印，仅仅用四色印刷原理是不够的，因为没有白色的纸张，所以还需要加入白色。因此，全色3D打印机的基本颜色应当有青（C）、品红（M）、黄（Y）、黑（K）和白（W）5种颜色。想要实现五色打印，需要基于四色印刷原理，根据C、M、Y、K四色比例，以黑色（K）為优先，剩下的用青（C）、品红（M）、黄（Y）填充，再用白色（W）填充。从四色印刷到五色打印的转变通过我开发的软件编程实现。

控制系统

受原主控板每次只能让一个电机运转的限制，本产品采用分时控制法，由我开发的软件控制系统完成。将1秒钟分成约100份，再以1秒钟时间为循环，利用主控板在不同的时间分别控制其中一色电机挤丝，由软件控制每种色的挤出量，以实现全色打印。由于把时间分割得尽量短，因此可以将每种颜色的量尽可能合理化地挤出，不会增加打印时间。

例如：需要打印的为纯白色，那么输入RGB（1024，1024，1024），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，0，0，1024），因此控制器只控制白色出丝。若需要打印的为黑色，那么输入RGB（0，0，0），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，0，1024，0），因此控制器只控制黑色出丝。若需要打印的是灰色，那么输入RGB（512，512，512），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，0，512，512），因此控制器控制黑色和白色共同轮换出丝。

工程设计

机械设计

折叠机体设计综合考虑，最终我在自己设计的几套机体设计方案中选择了折叠式小体积的机体设计，以达到美观个性、便携方便的效果（见图1）。

●滑动结构：用SolidWorks软件建模打印和外加工制作。使z轴与y轴的连接点可以顺着轨道型材自由滑动至原点，然后折叠，从立体变成平面。

●磁铁固定：为了保证折叠3D打印机的稳定性，在滑动结构中加入强磁铁固定z轴，使其垂直于底板。利用底板框架与轴承对操作台进行限位，使其仅能在y轴上运动。将x、y、z三个方向的轴与轨道型材合二为一，利用3D打印机制作合适的框架结构，缩小整体体积。

喷头及送丝结构设计挤出装置是3D打印机的主要机械部件，为了实现全色打印，我设计了“五进料单挤出”的喷头装置，含送丝结构、可拆卸0.6mm喷嘴、加热电阻、温度传感器、风扇等部分。远程送丝——温度传感器到210℃左右开始由隔热白色胶管引导PLA材质打印丝——料丝进入熔腔熔化混合——在挤出力的推动下从喷嘴挤出。

创新点

研发了颜色控制系统和“五进料单挤出”的喷头装置，实现了真正意义上的全彩色打印;由原控制器控制出丝总量，基本不增加打印时间和打印耗材;采用可折叠个性化迷你3D打印机机体，外观更加美观;产品的成本价格在1500元左右，造价合理。