[发明专利]一种3D打印产品彩色涂层动态结构呈色方法

说明书

技术领域

本发明属于微结构呈色研究技术领域，也属于3D打印机结构呈色领域，特别涉及一种3D打印产品彩色涂层动态结构呈色方法。

背景技术

一般3D产品彩色打印都是通过化学色染色而形成，而结构色在3D打印上的研究和应用还很少。比如一般3D彩色打印都是通过颜色塑料丝粘接在物体表面，或者通过喷绘颜色剂在物体表面，打印时间长，精度不够，颜色构成不均匀，也容易失真。为形成自然色，减少染色污染，提高3D产品色彩自然度，提出在产品表面喷涂光子晶体，通过调节光子晶体的粒径实现3D产品表面喷涂色彩结构呈色。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3D打印产品彩色涂层动态结构呈色方法，利用3D打印技术、图像处理技术及计算机技术，结合光子晶体微球粒径距离计算方法，设计3D打印机粒径尺度控制装置，可实现3D彩色打印机能根据材料物理结构色呈色理论实现动态上色，并为3D打印机环保无污染物理上色应用拓展提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种3D打印产品彩色涂层动态结构呈色方法，包括如下步骤：

使用聚苯乙烯微球制作光子晶体用作3D打印的产品彩色涂层材料；

光子晶体色彩理论模型计算；

3D打印机机头调节控制；

3D打印机粒径尺度控制；

使用所述光子晶体结构呈色做涂层材料，在产品表面按颜色喷涂不同粒径光子晶体，使其呈现不同结构色，来实现产品表面涂层物理结构呈色。

所述使用聚苯乙烯微球制作光子晶体用于3D打印的产品彩色涂层材料，具体包括：将过硫酸钾0.14g，苯乙烯6-8ml，甲基丙烯酸1ml，水100ml混合，实现聚苯乙烯粒径由100-400nm变化，颜色呈现由紫色到红色逐步变化，制得所述由光子晶体构成的彩色涂层材料。

所述光子晶体色彩理论模型计算是：由于色彩是光子晶体内部排列一种反映，它遵循bragg定律：其中d为晶格常数，它与光子晶体直径D满足d＝(2/3)^0.5D，而f为材料的体积分数，n_air为1，根据材料体积比算出f＝0.056～0.073，角度为0，把已知值代入公式(1)就可以推算出色彩变化与粒径尺度关系的理论模型，根据理论模型，由生成颜色进而控制和调制光子晶体粒径尺度。

所述3D打印机机头调节控制是基于6轴模式，由一点开始，沿着产品表面路径打印。

依次按产品结构形态路径打印图形是根据产品表面图形色彩信息，分辨颜色，选取合适聚苯乙烯光子晶体颗粒，寻求对应的颗粒尺度大小和间距，接着控制和调节物料环境参数，改变聚苯乙烯光子晶体颗粒大小，并相应调节喷头尺度大小和喷头移动速度，控制颗粒间距，最后让符合条件的颗粒从喷头喷出，喷头在计算机控制下，按设定好的产品结构形态路径移动，在产品表面一层一层堆积聚苯乙烯光子晶体颗粒，完成彩色涂层打印。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有3D产品上色打印技术一般通过化学上色，具有打印时间长，精度不够，颜色构成不均匀，也容易失真等问题，更重要的是容易环境污染。而本发明利用光子晶体制备方法、3D打印技术、图像处理技术及计算机技术，推算出光子晶体涂层颜色与光子晶体粒径关系，可实现3D彩色打印机能根据材料物理结构色呈色理论实现涂层动态上色，并为3D打印机环保无污染物理上色应用拓展提供理论依据。

附图说明

图1是本发明模块协同工作流程图。

图2是本发明流程图。

图3是3D打印机机头路径调节控制装置框图。

图4是3D打印机粒径尺度控制装置框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和和图2所示，一种3D打印产品彩色涂层动态结构呈色方法，包括以下内容：

1、3D打印由光子晶体构成的彩色涂层材料物料配制：将过硫酸钾0.14g，苯乙烯6-8ml，甲基丙烯酸1ml，水100ml混合，实现聚苯乙烯粒径由100-400nm变化，一般当反应温度75度时，粒径逐步增加，颜色呈现由紫色到红色逐步变化，制得所述由光子晶体构成的彩色涂层材料。

2、理论模型公式的推算，由于色彩是光子晶体内部排列一种反映，它遵循bragg定律：

其中d为晶格常数，它与光子晶体直径D满足d＝(2/3)^0.5D，而：