[发明专利]一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，是一种以数字文件为基础，使用粉末或者可固化材料，通过逐层打印的方式来制造产品的技术，与传统制造业采用的减材制造技术形成鲜明的对比，3D打印是一种增材制造技术，通过一层层材料的叠加形成最终的产品。

3D打印技术中较为主流的包括：熔融沉积成型技术(Fused deposition modeling，FDM)，光固化立体成型技术(Stereolithography，SLA)，选择性激光烧结技术(Selective laser sintering，SLS)，三维打印技术(3D pringting，3DP)等。

SLA打印机是最早商用的打印机之一，这类打印机利用紫外光固化光敏树脂形成打印层，打印完一层后支撑平台向下(或者向上)移动一定距离让光敏树脂层重新覆盖在前一层打印面上，然后继续进行固化。由于支撑平台在装光敏树脂的容器中，所以使用此类打印机一次只能打印一种材料。但是SLA打印机打印精度可以到达10微米级别，打印精度高。

FDM打印机是斯科特·克伦普于上世纪80年代发明的，这类打印机通过打印头打印出某种软质的材料，这类材料包括热塑性的材料以及一些生物类来源的材料，可以打印塑料制件、食物、生物材料等。此类打印机较难打印多种材料，并且所打印的材料都需要通过打印头挤出，打印精度较差。

3DP技术是通过打印头将粘合剂或者某种胶挤出到原材料粉末上，从而实现一层层打印的效果。3DP技术能实现彩色打印，并且能使用多种原材料，但其制作的产品一般表面较为粗糙，精度相对较差。

SLS打印机的出现结束了3D打印不能打印金属的历史，当然利用SLS技术也可以打印塑料、陶瓷等粉末材料。SLS技术与SLA技术比较类似，但使用的原料为粉末，通过激光加热融合形成打印层。SLS打印机的打印精度较差，打印某些材料时需要保护气体，打印完成后一般需要一定时间的冷却。

对于3D打印机来说，由于特定的工艺使得打印彩色3D制品并不容易。UV光固化树脂种类众多，将此类UV树脂通过喷头打印出来再进行固化可以实现逐层打印。如果将UV树脂材料加入某些特定的颜色通过混合得到需要的色彩，再打印出来，就可以实现实时彩色打印。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种彩色3D打印机及其制备三维制品的方法。使用本专利提供的设备和方法可以实时、精确、高效的制备彩色三维打印制品。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种彩色3D打印机，其特征在于包括：X-Y工作平台、喷头、LED紫外光源、支撑台、移动支撑架、固定支撑架、UV树脂供料单元、基座、预混合器；其中，至少两个喷头、至少一个LED紫外光源和至少一个移动支撑架安装在X-Y工作平台上，支撑台与至少一个固定支撑架安装在基座上，至少一个喷头与预混合器连接，所连接的预混合器至少与三个UV树脂供料单元相连。喷头以及其后的一个LED紫外光源组成一个打印固化单元。X-Y工作平台与电脑连接，控制喷头、LED紫外光源和移动支撑架的运动以及工作。可以控制喷头喷射或者不喷射，LED紫外光源开启或者关闭，移动支撑架的移动以及从打印层上的剥离。

优选的，所述的彩色3D打印机还包括打印厚度校测单元。打印厚度校测单元可以精确的测试制品打印的总厚度，然后将获得的厚度数据反馈给计算机，计算机将测试的实际数据与理论数据进行比较，如果未出现偏差，则继续执行原有打印操作，如出现偏差，则根据实测的数据进行修正，制定后续打印方案。

所述的预混合器用于连接喷头和UV树脂供料单元。预混合器至少连接的三个UV树脂供料单元装有红、黄、蓝三种基础色UV树脂材料。通过这三种基础色的混合可以得到大量其他颜色。如果喷头具有类似预混合器的功能部件的话也能实现喷头连接预混合器的作用，这样的情况也包含在本发明保护范围内。

优选的，所述的预混合器还与装有黑色UV树脂材料的供料单元相连。通过红、黄、蓝、黑色的混合可以得到较深的颜色。

优选的，所述的预混合器还与装有白色UV树脂材料的供料单元相连。通过红、黄、蓝、白色的混合可以得到较浅的颜色。

优选的，所述的预混合器还与透明UV树脂材料的供料单元相连。透明材料的加入可以得到更加好的丰满度，而且还能制备出类似水晶的透明效果。

所述的预混合器通过机械、流体动力的方式将来自不同供料单元的不同颜色的UV树脂混合。