[发明专利]一种彩色3D打印挤出装置及其操作方法

权利要求书

1.一种彩色3D打印挤出装置，包括步进电机(1)、联轴器(2)、螺杆(5)、螺纹连接件(4)、直通螺纹插管(7)、导料槽(6)、机架(3)，输料管(8)和进料口(17)，其特征在于，还包括喷头主体(9)、出料口(13)、废料管道(10)、铂片电极(12)、铂丝电极(11)、可编程直流电源设备(14)、连接导线(15)和废料出口(16)；

所述的螺杆(5)顶部通过联轴器(2) 与步进电机(1)连接；所述的螺杆(5)设置在导料槽(6)内，导料槽(6)内部为中空结构；所述导料槽(6)的一侧连通设有直通螺纹插管(7)，直通螺纹插管(7)与导料槽(6) 螺纹连接；所述直通螺纹插管(7)的另一端与输料管(8)连接；所述输料管(8)远离直通螺纹插管(7)的一端设有进料口(17)，用于输入打印材料；

所述喷头主体(9)为倒锥形结构，记宽端为上端，窄端为下端；所述导料槽(6)的下端与喷头主体(9)的上端通过螺纹连接；所述导料槽(6)的上端通过螺纹连接件(4)与机架(3)连接；所述机架(3)通过螺钉固定在3D打印机运动机构上；

所述的喷头主体(9)的侧壁连通有废料管道(10)，所述的废料管道(10)内中间位置设有铂丝电极(11)；所述废料管道(10)远离喷头主体(9)的一端设有废料出口(16)；所述喷头主体(9)的下端设有出料口(13)，所述的出料口(13)内设有铂片电极(12)；所述铂片电极(12) 为圆筒状，嵌入出料口(13)内，形成出料通道；

所述可编程直流电源设备(14)通过连接导线(15)分别与铂丝电极(11)和铂片电极(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种彩色3D打印挤出装置，其特征在于，所述的废料管道(10)为内窄外宽的类锥形结构，口径由内部到外部平滑增大；所述内窄外宽的类锥形结构，其中窄端的口径为0.5mm，宽端的口径为5mm。

3.根据权利要求1所述的一种彩色3D打印挤出装置，其特征在于，所述的废料管道末端设有传送软管，用以排出废料。

4. 根据权利要求1所述的一种彩色3D打印挤出装置，其特征在于，所述铂片电极（12）的厚度0.1~0.5 mm，含铂量999‰。

5. 根据权利要求1所述的一种彩色3D打印挤出装置，其特征在于，所述铂丝电极（11）的直径0.5~1 mm，含铂量999‰。

6. 根据权利要求1所述的一种彩色3D打印挤出装置，其特征在于，所述出料口(13)的口径范围为0.5~3 mm。

7.一种彩色3D打印挤出装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1. 打印材料的制备：首先制备可电化学变色的pH敏感型色素材料，然后选取原材料与可电化学变色的pH敏感型色素材料混合制备得到打印材料；

S2. 打印材料由进料口(17)输入，经过输料管(8)传送至导料槽(6)内部；同时开启步进电机(1)，螺杆(5)在步进电机(1)的带动下开始转动，将打印材料向下输送至喷头主体(9)内；在螺杆(5)的驱动下，进入喷头主体(9)内的打印材料，一部分打印材料会经过废料管道(10)，由废料出口（16）输出；另一部分打印材料经过出料口(13)形成打印挤出丝；

S3. 扫描电压-色调关系的建立：在打印材料的挤出过程中，即打印材料进入喷头主体(9)内时；可编程直流电源设备(14)提供电压通过连接导线(15)传送给铂丝电极(11)和铂片电极(12)，与打印材料形成电解回路，通过电解反应引起铂丝电极(11)和圆柱状铂片电极(12)表面形成不同的pH环境，进而使打印材料中的色素变色，出料口(13)挤出不同颜色的打印挤出丝；同时，采集不同电压下挤出丝的色调H，绘制U-H关系曲线；

S4. 彩色打印：加载待打印的彩色打印模板，使得挤出装置按照模板进行逐行扫描打印，形成不同图案；同时，根据当前扫描位置提取模板对应位置处的颜色色调H，将H代入S3所得U-H关系曲线，得到所需电压U，根据相应位置设定不同U值，从而实现最终打印产物的颜色控制。