基于FDM的彩色3D打印机控制系统设计.pdf

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1、机械工程师MECHAN}CALENGlNEER基于FDM的彩色3D打印机控制系统设计李世鹏。林国湘，李林升(南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001摘要：针对目前FDM型3D打印机只能打印单种颜色，打印彩色则需要手动换料等问题，设计了采用定点方式更换丝料的FDM彩色3D打印控制系统。该系统主要包括电机驱动模块，温度控制模块、丝料更换模块和固件。其中丝料更换模块通过控制3D打印头的拼接和分离实现不同颜色丝料的更换，进而实现3D彩色打印。文中详细阐述了彩色3D打印机控制系统原理和自动更换丝料过程，并进行了验证。关键字：FDM：彩色3D打印机；喷嘴库；换丝控制系统；中图分

2、类号：TB472文献标志码：A文章编号：1002—2333(2017)02—0026—03DesignofColor3DPrinterControlSystemBasedonFDMLIShipeng，LINGuoxiang，LILinsheng(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofSouthChina，Hengyan9421001，China)Abstract：AimingatthecurrentFDMtechnologyproblemsofsinglecolorprintingandmanualrefuelingreq

3、uiredbycolorprinting，afixed-pointremovableprintheadsFDMcolor3Dprintingcontrolsystemhasbeendesigned．Thesystemmainlyincludes3pans，namelymotordrivingmodule，temperaturecontrolmoduleandfirmware．Thereare3differentcolorsofnozzlesclampingintopoftheprinter．Whenitneedstochangethecolor，thesystemwi

4、llinterruptandstopprinting．Then，printingheadmovestonozzlelibrarytochoosethecolor．Afterchangingthecolor，itwillreturntobreakpointandcontinuetoprint．Thispaperexpoundstheprinciplesofcolor3Dprintercontrolsystemandtheautomaticprocessesofthermoplasticchange．Theexperimentalvalidationhasbeenearr

5、iedout．Keywords：FDM；color3Dprinter；nozzlelibrary；removableprintheadscontrolsystem0引言FDM(熔融层积成型)3D打印技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时打印喷嘴在计算机的控制下，根据切片软件生成的G—code，将熔融材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型旧。而现实生活中许多产品，如人像、珠宝、服装、玩具、工艺品等都要求同时打印多种颜色，传统的3D打印机不能满足这一要求。在国外，美国科学家

6、霍恩对RepRapl类型的3D打印机进行了修改，使之能够动态产生新颜色，霍恩将它命名为“RichRap”。RichRap有三个挤压引擎，同时向一个喷嘴供应热熔丝(3D打印机所需耗材)，热熔丝在喷嘴处融化，然后堆积成型闭。使用者可以向打印机装载红色、黄色和蓝色热熔丝(也可以是其它三种不同颜色的材料)，通过融合黄色和蓝色产生绿色，融合红色和蓝色产生紫色。这种打印方式颜色的变化是随机的、不可控的，不是真正意义上的打印。并且打印出来的3D物品表面不够细腻，分辨率比较低，色彩不鲜明M。在国内，郑州一名大学生研究了一台和RichRap类似的桌面型3D打印机，原理和RichRap相

7、同，也是通过控制红黄蓝三色热熔丝进给比例混合基金项目：湖南省教育厅重点项目(2015SJZ03)；衡阳市科技局重点项目(2015HKJ01)；湖南省科技厅重点计划资助(2015NK3033)成彩色。不能实现真正意义上的彩色3D打印机。针对上述彩色3D打印机打印彩色产品的颜色不可控问题，设计了基于定点方式更换喷嘴的FDM彩色3D打印机控制系统。该系统通过控制打印头更换喷嘴，从而实现颜色的替换。1彩色3D打印机控制系统J．J彩色3D打印机运动控制本文所设计的彩色3D打印机运动控制如图1所示，打印喷嘴在XY平面内做平面运动，XY轴平面在丝杆上沿z轴做上下运