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    全色3D打印機(jī)

    2021-02-28 05:40:04鄧介銘
    中國科技教育 2021年10期
    關(guān)鍵詞:品紅種顏色全色

    鄧介銘

    前言

    目前,市面上的3D打印機(jī)多種多樣,但一般僅可基于2種顏色轉(zhuǎn)換打印。雖然各種顏色的打印絲在市場上都可以買得到,但是全色打印需要大量多種顏色的打印絲耗材,不經(jīng)濟(jì)且在技術(shù)突破上有難點(diǎn)。而我想研發(fā)的全色3D打印機(jī)可基于5種基本色(青、品紅、黃、黑、白),用軟件控制各料絲進(jìn)給量,通過“五進(jìn)料單擠出”的3D打印噴頭裝置,擠出滿足需求的、調(diào)和成的新顏色,從而降低打印成本,提高使用效率,提高成品美觀度。

    工作原理

    色彩學(xué)原理

    四色印刷是印刷的方法之一。它是用青(C)、品紅(M)、黃(Y)和黑(K)4種顏色按減色混合原理實(shí)現(xiàn)全彩色復(fù)制的平版印刷方法。理論上,以Y、M、C和K4種顏色組合而不重復(fù),四色印刷可以獲得成千上萬種顏色。單色(Y、M、C和K)4種;雙色(Y+M、Y+C、Y+K、M+C、M+K、C+K)6種;三色(Y+M+C、M+C+K、Y+C+K、Y+M+K)4種;四色(Y+M+C+K)1種,共計(jì)15種顏色。以此推理下去,四色印刷可以獲得全彩色。

    四色印刷到五色打印的轉(zhuǎn)變

    印刷所用的三原色是青(C)、品紅(M)、黃(Y),但在傳統(tǒng)紙張印刷中,由于三原色在實(shí)際中不能夠高純度地還原黑色,因此在紙張是白色的基礎(chǔ)上,普通打印機(jī)普遍為青、品紅、黃、黑四色印刷。那么,3D打印機(jī)想要實(shí)現(xiàn)全彩色打印,僅僅用四色印刷原理是不夠的,因?yàn)闆]有白色的紙張,所以還需要加入白色。因此,全色3D打印機(jī)的基本顏色應(yīng)當(dāng)有青(C)、品紅(M)、黃(Y)、黑(K)和白(W)5種顏色。想要實(shí)現(xiàn)五色打印,需要基于四色印刷原理,根據(jù)C、M、Y、K四色比例,以黑色(K)為優(yōu)先,剩下的用青(C)、品紅(M)、黃(Y)填充,再用白色(W)填充。從四色印刷到五色打印的轉(zhuǎn)變通過我開發(fā)的軟件編程實(shí)現(xiàn)。

    控制系統(tǒng)

    受原主控板每次只能讓一個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的限制,本產(chǎn)品采用分時(shí)控制法,由我開發(fā)的軟件控制系統(tǒng)完成。將1秒鐘分成約100份,再以1秒鐘時(shí)間為循環(huán),利用主控板在不同的時(shí)間分別控制其中一色電機(jī)擠絲,由軟件控制每種色的擠出量,以實(shí)現(xiàn)全色打印。由于把時(shí)間分割得盡量短,因此可以將每種顏色的量盡可能合理化地?cái)D出,不會增加打印時(shí)間。

    例如:需要打印的為純白色,那么輸入RGB(1024,1024,1024),電腦系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算CMYKW為(0,0,0,0,1024),因此控制器只控制白色出絲。若需要打印的為黑色,那么輸入RGB(0,0,0),電腦系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算CMYKW為(0,0,0,1024,0),因此控制器只控制黑色出絲。若需要打印的是灰色,那么輸入RGB(512,512,512),電腦系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算CMYKW為(0,0,0,512,512),因此控制器控制黑色和白色共同輪換出絲。

    工程設(shè)計(jì)

    機(jī)械設(shè)計(jì)

    折疊機(jī)體設(shè)計(jì)綜合考慮,最終我在自己設(shè)計(jì)的幾套機(jī)體設(shè)計(jì)方案中選擇了折疊式小體積的機(jī)體設(shè)計(jì),以達(dá)到美觀個(gè)性、便攜方便的效果(見圖1)。

    ●滑動(dòng)結(jié)構(gòu):用SolidWorks軟件建模打印和外加工制作。使z軸與y軸的連接點(diǎn)可以順著軌道型材自由滑動(dòng)至原點(diǎn),然后折疊,從立體變成平面。

    ●磁鐵固定:為了保證折疊3D打印機(jī)的穩(wěn)定性,在滑動(dòng)結(jié)構(gòu)中加入強(qiáng)磁鐵固定z軸,使其垂直于底板。利用底板框架與軸承對操作臺進(jìn)行限位,使其僅能在y軸上運(yùn)動(dòng)。將x、y、z三個(gè)方向的軸與軌道型材合二為一,利用3D打印機(jī)制作合適的框架結(jié)構(gòu),縮小整體體積。

    噴頭及送絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擠出裝置是3D打印機(jī)的主要機(jī)械部件,為了實(shí)現(xiàn)全色打印,我設(shè)計(jì)了“五進(jìn)料單擠出”的噴頭裝置,含送絲結(jié)構(gòu)、可拆卸0.6mm噴嘴、加熱電阻、溫度傳感器、風(fēng)扇等部分。遠(yuǎn)程送絲——溫度傳感器到210℃左右開始由隔熱白色膠管引導(dǎo)PLA材質(zhì)打印絲——料絲進(jìn)入熔腔熔化混合——在擠出力的推動(dòng)下從噴嘴擠出。

    創(chuàng)新點(diǎn)

    研發(fā)了顏色控制系統(tǒng)和“五進(jìn)料單擠出”的噴頭裝置,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全彩色打印;由原控制器控制出絲總量,基本不增加打印時(shí)間和打印耗材;采用可折疊個(gè)性化迷你3D打印機(jī)機(jī)體,外觀更加美觀;產(chǎn)品的成本價(jià)格在1500元左右,造價(jià)合理。

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