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全彩3D打印–終極指南

魔猴君  知識(shí)堂   391天前

人氣 3869

全彩3D打印機(jī)可以制作逼真的產(chǎn)品原型、精確的醫(yī)療模型、令人驚嘆的雕像和色彩準(zhǔn)確的藝術(shù)品復(fù)制品。技術(shù)的進(jìn)步使從工業(yè)設(shè)計(jì)師到醫(yī)療專業(yè)人員的每個(gè)人都可以更輕松地從他們的數(shù)字設(shè)計(jì)中生成色彩繽紛的模型,幾乎只需按一下按鈕即可。

在我們深入了解打印機(jī)之前,讓我們先具體了解一下顏色。全彩意味著3D打印機(jī)可以提供數(shù)千種顏色,甚至可以提供準(zhǔn)確的膚色和Pantone匹配,就像在紙上進(jìn)行2D打印著色一樣。類似的術(shù)語(yǔ)“多色”是指使用多種材料制成的模型,通常有兩種到八種不同的燈絲顏色,從一種顏色切換到另一種顏色。

一、全彩3D打印:基礎(chǔ)知識(shí)


它沒(méi)有經(jīng)過(guò)噴漆或組裝,而是在Stratasys全彩Polyjet 3D打印機(jī)上進(jìn)行全彩3D打?。▉?lái)源:Stratasys)

全彩3D打印:能夠同時(shí)用多種顏色3D打印物體,就像用2D紙質(zhì)打印機(jī)打印彩色照片一樣。它一直被認(rèn)為是3D打印的圣杯,多個(gè)行業(yè)都在焦急地等待著進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展。

除了藝術(shù)復(fù)制品和雕像之外,彩色3D打印對(duì)于產(chǎn)品原型也特別有用。各行各業(yè)都能受益于這種能力,即無(wú)需耗時(shí)的手工上色,就能生產(chǎn)出具有各種精確顏色的清晰細(xì)節(jié)的高品質(zhì)產(chǎn)品。此外,可能會(huì)磨損的部件也能保持顏色,因?yàn)檫@不僅僅是表面顏色。

有幾種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這種效果,如果您正在市場(chǎng)上購(gòu)買全彩3D打印機(jī),就應(yīng)該了解它們之間的區(qū)別。每種技術(shù)的工作原理都不相同,因此必須考慮它們是否適合您的特定應(yīng)用,以便選擇合適的打印機(jī)。事實(shí)上,您可以說(shuō)比較這些打印機(jī)就像比較蘋果和橘子(或蘋果、橘子和梨),但當(dāng)您看完這篇文章時(shí),您應(yīng)該知道自己需要的是蘋果還是橘子。

3D藝術(shù)家Dennis Harroun創(chuàng)作的“Wreck of the Benchy”

通過(guò)Instagram@dharroun由Marketiger使用Mimaki 3DUJ-553打?。▉?lái)源:Mimaki)

二、全彩3D打印如何工作?

一些全彩3D打印機(jī)在打印過(guò)程中使用油墨或染料為打印材料著色,而另一些則將已著色(CMYK)的材料按適當(dāng)比例混合,以生成顏色。這三種打印機(jī)分別使用不同的彩色打印方法:3D Systems稱為ColorJet Printing,Stratasys稱為PolyJet,Mimaki稱為Injket。

1、Stratasys J55 Prime


Stratasys的多材料全彩打印件(來(lái)源:Stratasys)

Stratasys涉足3D打印業(yè)務(wù)僅30多年,提供涵蓋三種技術(shù)的20多種3D打印機(jī)。就全彩而言,沒(méi)有其他公司比Stratasys提供的11種3D打印機(jī)更多的選擇。

Stratasys全彩3D打印機(jī):

J55 Prime—全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)

J850 Prime—全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)

J826 Prime—全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)

J5 DentaJet—全彩牙科模型。

J720 DentaJet—全彩牙科模型

J850數(shù)字解剖—全彩醫(yī)學(xué)模型

J5 MediJet—全彩醫(yī)療模型

J850 TechStyle—紡織品全彩打印

在這里,我們重點(diǎn)關(guān)注該公司產(chǎn)品原型的首選產(chǎn)品J55

Stratasys J55結(jié)構(gòu)緊湊,幾乎適合任何辦公空間(在我們的比較中是最小的),它為產(chǎn)品系列帶來(lái)了一些令人興奮的功能。Stratasys稱,J55的旋轉(zhuǎn)打印平臺(tái)配有靜態(tài)打印頭,可提供穩(wěn)定的材料噴射和快速的打印時(shí)間,并能提供真正令人印象深刻的18微米打印細(xì)節(jié)。它還具有多材料打印功能,因此一次打印最多可以使用五種不同的材料。

Stratasys J55是列表中唯一一款具有多材料選項(xiàng)的打印機(jī),讓您可以在同一打印部件中使用多種顏色、紋理和漸變色。您可以模仿從木材到織物的各種紋理。它還能打印500,000種顏色和2,000個(gè)Pantones色調(diào),甚至還能打印透明物體來(lái)模擬玻璃和塑料,使其成為原型制作的一個(gè)極具吸引力的選擇。Stratasys的J55還可以使用VeroUltraClearS打印,這是市場(chǎng)上最清晰的玻璃和塑料模擬器之一。


Stratasys J55全彩打印機(jī)(來(lái)源:Stratasys)

J55類似,J850 Prime可以生產(chǎn)超過(guò)600,000種經(jīng)Pantone驗(yàn)證的顏色組合,同時(shí)打印七種樹(shù)脂,并提供多種材料功能。

技術(shù)

Stratasys在入門級(jí)全彩色打印機(jī)J55中使用了其專有的PolyJet打印技術(shù)。該公司的J8系列(J826、J835、J850)也都采用了Polyjet技術(shù)和500,000種顏色,但具有更高的分辨率、更多的材料種類、更快的速度和更大的構(gòu)建量。

Polyjet工藝使用通過(guò)噴墨分配的液態(tài)樹(shù)脂。CMYK顏色的感光聚合物材料逐層添加到打印床上。在這之間,每一層都用紫外線固化,用戶可以調(diào)整每種顏色的透明度。

在軟件方面,J55使用Stratasys GrabCAD,可以直接從該CAD軟件進(jìn)行打印,無(wú)需轉(zhuǎn)換和修復(fù)STL文件。J55還支持3MF文件格式,因此您可以直接從KeyShot 3D渲染軟件直接進(jìn)行全彩3D打印和多材料紋理打印。這項(xiàng)技術(shù)可以節(jié)省大量時(shí)間。

值得一提的是,J55體積小巧,適合辦公室使用,而且噪音很低,只有53分貝(與家用冰箱差不多)。

Stratasys J55如何分配打印材料的圖示(來(lái)源:Stratasys)

優(yōu)點(diǎn)

極其精細(xì)的細(xì)節(jié)

多材料能力

緊湊的尺寸

數(shù)字模型上的顏色定義

幾乎不需要后處理

缺點(diǎn)

需要支撐結(jié)構(gòu)(盡管它們是可溶解的)

打印機(jī)和材料成本較高

2、3D系統(tǒng)ProJet CJP 660Pro


3D Systems的全彩打?。▉?lái)源:3D Systems)

總部位于美國(guó)的3D Systems是市場(chǎng)上領(lǐng)先的增材制造解決方案公司之一,提供廣泛的打印機(jī)、材料和3D掃描儀,幾乎服務(wù)于每個(gè)行業(yè)。在顏色方面,該公司目前提供兩種型號(hào):660Pro和860Pro,盡管過(guò)去也有其他型號(hào),例如較小的CJP 260Plus和CJP 460Plus。

3D Systems全彩3D打印機(jī):

ProJet CJP 660Pro–全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)作品

ProJet CJP 860Pro–全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)作品

該公司的ProJet CJP(彩色噴墨打?。┘夹g(shù)可創(chuàng)建具有小特征細(xì)節(jié)的全CMY顏色的照片級(jí)逼真零件,并能夠使用完整紋理和UV映射來(lái)更好地模擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)的外觀、感覺(jué)和風(fēng)格。

3D Systems表示,其ProJet CJP打印機(jī)以相對(duì)較低的成本生產(chǎn)零件,因?yàn)椴恍枰?,并且未使用的核心材料(聚合物粉末)可以重?fù)使用。零件可以進(jìn)行打磨、鉆孔、攻絲、涂漆和電鍍,從而擴(kuò)展了成品零件特性的可用選項(xiàng)。

 

3D Systems CJP 860和CJP 660全彩3D打印機(jī)(來(lái)源:3D Systems)

技術(shù)

3D Systems的CJP是一種增材制造技術(shù),涉及一種核心材料,即粉末聚合物和粘合劑。核心材料用滾筒在構(gòu)建平臺(tái)上薄薄地鋪一層。每鋪設(shè)一層后,選擇性地混合彩色粘合劑(青色、品紅色和黃色),并從噴墨打印頭噴射出來(lái),使核心材料凝固。每鋪展和打印一層,構(gòu)建平臺(tái)就會(huì)降低一層,最終形成一個(gè)全彩的三維模型。請(qǐng)注意,在此過(guò)程中不使用熱、光或激光。

優(yōu)點(diǎn)

打印速度快

設(shè)計(jì)自由–無(wú)支撐

材料回收

高質(zhì)量的表面光潔度

一致的機(jī)械性能

缺點(diǎn)

有限的材料選擇

小的表面細(xì)節(jié)可能會(huì)丟失

3、Mimaki 3DUJ-2207


Full-color 3D prints from Mimaki(Source:Mimaki)

Mimaki成立于1975年,在二維彩色打印機(jī)領(lǐng)域擁有悠久的歷史。該公司的3DUJ-2207于2020年上市,其另一款更大的全彩機(jī)3DUJ-553已于2017年上市。

Mimaki全彩3D打印機(jī):

3DUJ-2207–全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)

3DUJ-553–全彩產(chǎn)品原型和藝術(shù)

Mimaki表示,除了半透明和透明部件之外,其2207的色彩系統(tǒng)使其能夠產(chǎn)生超過(guò)1000萬(wàn)種潛在的色彩組合。其波形控制、循環(huán)和可變點(diǎn)技術(shù)確保穩(wěn)定、精確的墨水輸送以及平滑、精細(xì)的色彩再現(xiàn)。

2207基于Mimaki之前的打印機(jī),提供了比這家日本公司的舊機(jī)器更緊湊的選擇。無(wú)需拆卸即可裝入電梯,占地面積小,靜音設(shè)計(jì),并帶有除臭功能,非常適合辦公。

其水溶性支撐材料可以輕松進(jìn)行后處理,并且作為額外的好處,打印機(jī)還配備了用于實(shí)時(shí)打印狀態(tài)檢查的攝像頭。

技術(shù)

Mimaki的專有技術(shù)最初是為其2D UV平板打印機(jī)開(kāi)發(fā)的。它采用噴墨打印技術(shù),將紫外線固化的白色、透明和CMYK液體樹(shù)脂以及可溶性支撐材料逐層沉積在打印床上。每一層都由紫外線固化。

該機(jī)器使用白色或透明液體樹(shù)脂作為基底材料,然后瞬間噴射顏色涂覆在基底上。完成后,滾筒將材料層壓平,然后重復(fù)這一過(guò)程,直至打印完成。

Mimaki技術(shù)比我們列表中的任何其他技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)更廣泛的色彩范圍,非常適合膚色和美術(shù)作品。


優(yōu)點(diǎn)

出色的色彩還原

相對(duì)實(shí)惠的機(jī)器

良好的打印細(xì)節(jié)

水溶性支撐

占地面積小,適合辦公環(huán)境

缺點(diǎn)

需要支撐

僅使用一種材料打印

三、全彩3D打印材質(zhì)


彩色打印材料(來(lái)源:HP、Stratasys、3D Systems)

讓我們來(lái)詳細(xì)了解一下這些機(jī)器所使用的材料,因?yàn)樗鼈兛隙ú荒芑Q。更重要的是,材料在機(jī)器運(yùn)行成本中扮演著重要角色,因此請(qǐng)記住您需要多少材料、涂料、密封劑和油墨及其成本。


使用3D Systems基材和涂層制作的打印件示例(來(lái)源:3D Systems)

3D Systems公司的所有彩色打印機(jī)都使用一種名為VisiJet PXL的基礎(chǔ)材料。它是一種塑料粉末,這種材料的有趣之處在于,你可以在它表面涂上三種不同的涂層(ColorBond、StrengthMax和Wax)來(lái)改變它的特性。例如,VisiJet PXL加上該公司的ColorBond快速固化涂層可以打印出堅(jiān)固而鮮艷的圖案。事實(shí)上,3D Systems甚至提供了材料的機(jī)械規(guī)格,如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度等。這些數(shù)據(jù)都會(huì)根據(jù)涂層的不同而發(fā)生變化。

第四種涂層名為鹽水固化,既環(huán)保又經(jīng)濟(jì),但只適用于單色打印。


使用Stratasys的VeroVivid材料制成的彩色3D打印件(來(lái)源:Stratasys)

Stratasys彩色打印機(jī)在CMYK中使用類似于樹(shù)脂的液態(tài)感光聚合體,組合使用后可產(chǎn)生類似于噴墨打印機(jī)的顏色。這種材料被稱為VeroVivid,將它與公司的其他材料(如Vero白色、黑色和透明色調(diào))組合在一起,可以實(shí)現(xiàn)任何透明或不透明的組合。Vero系列的材料具有相似的機(jī)械和熱性能,Stratasys還提供機(jī)械規(guī)格,包括邵氏硬度、吸水性、拉伸強(qiáng)度等。對(duì)于快速原型,Stratasys還為J55提供了具有中等不透明度和光滑表面的DraftGrey硬質(zhì)材料。


Mimaki版畫(出處:Mimaki)

Mimaki采用兩種材料,包括紫外線固化液態(tài)樹(shù)脂(白色和透明,帶CMYK油墨)和水溶性支撐材料。該公司表示,其樹(shù)脂油墨具有與ABS相同的強(qiáng)度,因此可以鉆孔和安裝螺絲。此外,還可以在最終印刷品上使用外涂層,以創(chuàng)造不同的外觀。

四、后處理和拋光


對(duì)Stratasys Projet 660 Pro上打印的TwinMe雕像上多余的粉末進(jìn)行噴砂處理(來(lái)源:TwinMe)

彩色部件印刷完成后,您的工作還沒(méi)有結(jié)束。通常還需要進(jìn)行一些后處理和拋光,以獲得所需的鮮艷度和質(zhì)感。這個(gè)過(guò)程有多復(fù)雜和耗時(shí),取決于打印機(jī)和技術(shù)。讓我們來(lái)看看。

3D Systems公司的粉末床技術(shù)解決方案要求從最終打印中去除殘留的粉末。然后將部件從粉末床中取出,再進(jìn)行拋光,并選擇性地涂上一層密封劑,以突出色彩。


像上圖中這樣的清潔站,您可以在這里用噴珠和噴氣的方式手工清潔印花。

3D Systems提供自己的核心回收站(約12,000美元)和清潔站,但您也可以將其與其他品牌的清潔站搭配使用。

3D Systems ProJet CJP 860Pro的目標(biāo)是消除浪費(fèi),縮短加工時(shí)間,因?yàn)樗恍枰挝铮词褂玫男托静牧峡苫厥绽谩?/span>

Stratasys和Mimaki使用液態(tài)塑料技術(shù),因此無(wú)需從粉末床中挖掘零件。相反,打印完成后,您可以輕松地將支撐物溶解在水中。然后,Stratasys和Mimaki都只需要進(jìn)行少量的清潔和拋光,并可選擇使用密封劑。



編譯整理:ALL3DP

 

 

   
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