基于AT89C52单片机的3D彩色打印配色装置设计

主要介绍基于AT89C52单片机的彩色3D打印机配色模块及相关控制装置的设计过程.以12864液晶显示器作为人机交互设备,用矩阵键盘进行颜色代码输入,以专用驱动芯片A4988作为步进电机的驱动,设计蜗杆式减速送丝机构,保证了步进电机的转矩以及定量进给的控制精度.研究表明:从键盘输入颜色代码,经51单片机运算,通过控制I/O端口的脉冲输出频率来控制步进电机的转速,从而控制不同颜色耗材的挤入量,实现了仅使用三原色耗材制造多颜色打印件的目的.该系统可以外挂于传统3D打印机上,适用于单色打印机的多色化改造,对全彩熔融3D打印机的研发有重要意义.

基于FDM 3D打印机机械结构和控制系统设计的研究

研究FDM技术支持下的3D打印机设计策略。使用步进控制精度在0.002 mm的丝杠滑块和步进电机的核心坐标控制系统,分别使用1组丝杠控制X轴和Y轴的定位,使用2组丝杠控制Z轴的定位,使用3组FDM挤出系统控制彩色打印过程,在探讨了坐标控制算法和冷却成型算法后,设计了一种包含7个执行机构且有LED综合状态显示功能的3D打印机机械结构和控制系统,且该系统可直接通过USB连接线从桌面端直接将文件传输到3D打印机的ARM系统中。基于FDM 3D打印机机械结构和控制系统设计的研究,可以得出:通过对坐标控制算法和冷却成型算法进行革新,提升对步进电机的控制策略,增加驱动程序可识别的3D模型文件种类,对FDM材料的成型过程进行进一步优化控制,是未来FDM技术支持下的3D打印机重点发展方向。

颜料在3D打印彩色砂浆的应用

使用3种不同的无机颜料制作3D打印彩色砂浆,探究不同颜料种类和掺量变化对3D打印彩色砂浆工作性能、力学性能和干燥收缩的影响,并借助XRD图谱了解3种无机颜料的主要成分,研究颜料对3D打印彩色砂浆水化机理产生的影响。工作性能:3D打印彩色砂浆的流变性能随着颜料掺量的增加呈现降低趋势,颜料在一定的程度可以改善3D打印彩色砂浆的挤出性,提高可建造性,降低开放时间。力学性能:随着颜料掺量的增加,3D打印彩色砂浆试件的抗折、抗压强度呈现先增加后降低的趋势,红、绿、蓝3种颜料掺量为7%时,3D打印彩色砂浆颜色鲜艳靓丽,抗折、抗压强度最高。干燥收缩:颜料的掺入会降低砂浆试件的收缩性能。为以后的学者研究3D打印彩色砂浆的应用,提供技术基础。

3D打印立体着色方式与颜色再现特性研究

目前,3D打印技术的核心要素不仅在于模型的形状构建,对于颜色的精确再现也提出了更高的要求。由于着色方式不同,3D打印物体的颜色再现效果也会不同,从而对3D打印颜色精准再现和评价分析有一定的影响。因此,本研究基于UV 3D打印,设计并打印了三种不同着色方式的模型,分别是内填彩色模式和表层彩色模式(表面1层彩色模式,表面2层彩色模式),研究着色方式和层数对不同颜色的3D立体模型表面颜色再现的影响,并对明度、密度和色差进行分析总结。结果显示,相同层数下,彩色层越少,则明度越大,密度和色差越小。这表明边界着色方式优于全域着色方式,并且表面彩色层越少,再现效果也越好。本研究可为三维打印中的彩色复制提供理论依据和支持。

基于BP神经网络的彩色3D打印颜色预测模型

彩色3D打印颜色再现受到透明、半透明色块颜色等多方面因素的影响。本研究基于BP神经网络,建立了透明树脂厚度、底基、标准24色块的输入值与3D打印色块颜色值之间的颜色预测模型。将4mm厚的3D打印24色色块作为测量对象,陶瓷相机标定板和50%中性灰的铜版纸作为测量底基,2mm、4mm、6mm、8mm厚度的无色透明树脂块分别置于彩色3D打印色块表面,用分光光度计测量色块的色度值和明度值,并用Matlab R2020a建立3D打印输入值与测量值的关系模型,以实际测量值与预测值的色差评价预测效果,以输入参数权重的大小判断3D打印控制参数对最终结果影响的强弱。实验结果表明:验证集的总色差最大值为4.855,平均值为1.974。透明树脂厚度的权重为0.0491、测量底基的权重为0.0869,依据权重信息可知,测量底基对预测结果影响最大,无色透明树脂块的厚度影响次之。本研究建立的颜色预测模型具有较好的预测效果。

FDM彩色3D打印机系统设计与仿真

针对现有熔融沉积成型(FDM)彩色3D打印机混色不均匀、打印色彩不丰富、打印质量差等问题,该文提出一种集成3色搅拌混合打印喷头的FDM彩色3D打印机系统。首先,基于FDM彩色3D打印机的工作原理,将减法混色法与FDM技术有机结合;然后,分别设计FDM彩色3D打印机的三轴运动系统、集成温控模块的打印平台、混色打印喷头和打印机控制系统;最后,使用Fluent软件对混色打印喷头的搅拌挤料过程进行流体仿真分析。经验证,集成搅拌功能的混色打印喷头可有效实现3种颜色材料按设定比例搅拌生成新颜色材料并挤出打印。

基于熔融沉积技术的彩色3D打印机的结构设计与实现

针对目前大多数熔融沉积制造(FDM)3D打印机只能单色打印的问题,重点讨论了FDM彩色3D打印机的几种技术形式,包括成型喷墨技术、熔融混色技术和多路挤出技术。对熔融混色技术进行系统的综述,主要陈述了国内外的最新研究进展及目前主要存在的问题。分析了不同彩色3D打印技术的优缺点,提出了一种简单便捷的更换单色挤出头的方法,以实现单色打印机向多色打印机的升级。设计了喷头结构、打印机控制系统及打印机机械结构,并进行了多色打印测试,验证了该方案的可行性。

由彩色3D打印路径实现乐高模型体素化

介绍了一种从3D彩色打印轨迹转换为大型乐高模型体素化的算法。首先,考虑三维模型的颜色可能非常多,但并不是任何颜色乐高颗粒都能提供,因此对乐高模型的颜色进行精简。其次,由路径穿过乐高单元块所包围的面积及单元块内的路径长度,确定单元块的有效位置及颜色。进而,通过角度判断方法,对层与层之间的空隙进行填充,以实现乐高模型体素化的"水密性"特征。最后,提供复杂的模型来证明所提方法的有效性:与传统体素法相比,所提出的算法仅消耗接近20%的计算时间。所提出的方法突破了传统体素法需要在模型上采样大量点进行颜色计算,且模型内外结构的判断存在计算量大等缺陷,仅通过彩色打印轨迹就实现了模型体素化的快速转换,针对大型模型的快速体素化需求具有良好的应用前景。

FDM彩色3D打印机控制系统的研究

目前FDM 3D打印机存在成型件颜色单一的缺陷,为了解决这一问题,通过对现有挤出系统及传统配色标准的研究,提出了CMYKW的配色方案,并对标准G-Code指令进行研究。开发了控制电路板,通过打印实验,验证了CMYKW的配色方案及控制系统有效性。实现了彩色3D打印,为进一步研究彩色3D打印技术提供了一种解决方案。

熔融沉积成型彩色3D打印控制研究

目前熔融沉积工艺(FDM)3D打印机大多数只能打印颜色单一的模型,为了改善这一现状,在深入研究现有3D打印机的基础上,设计出一套可以实现彩色成型的3D打印控制方案。该方案以Hbot机构为主要机械结构,使用混色挤出头作为成型挤出头,同时应用Bresenham直线算法,三次多项式型加减速控制算法对系统进行运动控制。为了验证该方案的有效性与稳定性,以过渡色打印和多色打印进行打印测试。结果表明,所提出的控制方案可以在精确地完成模型打印的前提下,同时保证很高的稳定性。

方环聚合物喷射(PolyJet)彩色3D打印材料消耗分析

介绍了聚合物喷射(PolyJet)彩色3D打印原理,以方环为研究对象进行彩色3D打印成型,详细分析了打印原材料使用情况及影响因素。打印所得模型包含底座、模型本身及模型四周包裹的支撑层三部分,大部分打印原材料消耗在喷孔清洁和支撑层。通过比较不同放大比例方环模型的打印结果发现,随着模型体积的增加,喷孔清洁消耗原材料的比值显著下降而模型消耗的比值则显著上升,支撑消耗的比值呈下降的趋势。喷嘴清理消耗的材料和支撑材料消耗仍然占较大的比值,超过了60%;真正用于成型模型本身的材料不到40%。减少喷孔清洁过程的材料消耗及模型表面支撑材料是PolyJet彩色3D打印推广应用急需解决的问题。

彩色3D FDM打印关键基础技术

针对彩色3D FDM打印关键基础技术,从研究现状、成形精度和存在问题等方面进行探讨,着重对多喷头联动控制、扫描路径规划、工艺参数优化、表面精度提高、内部质量等方面进行探索,致力于开发具有自主知识产权的彩色3D FDM打印快速成形设备。

基于线性误差增强的彩色3D打印网目调重建方法

三维误差扩散网目调重建方法为彩色3D打印提供精细的颜色阶调还原再现技术,常用的三维误差扩散网目调重建方法存在对原数据垂直方向上颜色阶调再现不均匀等问题。本研究提出了一种顾及人眼阶调敏感性的三维误差扩散滤波器,并在误差扩散过程中根据阶调线性增强误差信号再进行网目调二值化处理。同时,考虑3D打印材料透明度的影响,提出基于光线投射的3D打印网目调重建的仿真方法。依据数据切片及光线投射仿真,比较分析不同误差扩散网目调算法对数据垂直方向上的颜色阶调再现效果。结果表明,基于线性误差增强的彩色3D打印网目调重建算法具有较好的颜色阶调再现效果。

基于S7-1200系列PLC的一种粉末粘结式彩色3D打印机的设计

本文以S7-1200系列PLC控制系统为核心设计了一种粉末粘结式彩色3D打印机,采用类石膏粉为打印基材,借助粘接剂和彩色染剂,通过逐层铺粉、叠加打印的方式完成产品的制造,其打印产品的最大尺寸为180×160×150mm,最高打印精度为0.1mm。

熔融沉积成型彩色3D打印机的研究

当前基于FDM的3D打印机大部分只能使用一种颜色的耗材,因此打印件颜色单一。为了解决这一问题,在深入研究FDM 3D打印机工作原理的基础上,设计一套彩色3D打印机挤出装置,对普通切片软件进行了二次开发,编写了与挤出装置相匹配的彩色切片插件,并进行了样机的试制与调试。通过打印试验,验证了所设计的挤出装置及彩色切片插件达到了设计要求,实现了彩色打印,为彩色3D打印技术的进一步研究提供参考。

FDM彩色3D打印机挤出装置结构设计

色彩信息是一个物体不可或缺的元素,当前基于FDM的3D打印机无法完成彩色3D打印,从而阻碍了3D打印件视觉表现力。为了解决这一问题,在深入研究FDM 3D打印机工作原理的基础上,对传统3D打印机挤出装置进行了改进,设计了一套基于CMYK-W的彩色3D打印机挤出装置。通过打印试验,将打印件的色彩信息与标准比色卡比对,验证了所设计的彩色3D打印机挤出装置达到设计要求,为彩色3D打印技术的进一步研究提供了一种有效的解决方案。

基于彩色3D打印的“包装容器设计”课程教改探析

当前包装专业核心课程“包装容器设计”存在教学内容课时分配不均衡、学生创新实践不佳等棘手问题,已成为新工科建设背景下复合型包装工程人才培养的关键障碍。通过分析“包装容器设计”课程教学的学生-教师双元体系,提炼了该课程教改的3个关键问题,并结合彩色3D打印在彩色三维对象物理可视化优势,提出了4条改善课程教学质量的具体教改措施。所述教改方案有助于构建“课堂-实训-大创-毕设”的多维教学模式,进而在实践中完成包装专业学生的创新全链闭环,为包装专业其他核心课程的教改实践提供示范与参考。

基于FDM彩色3D打印自适应控制系统的设计

随着3D打印技术愈发普及,市面上现有的基于混合多丝的彩色3D打印机因存在颜色库不全、混合颜色分辨率不高等缺陷而无法满足广大需求,为解决这一问题,提出了搅拌混色、实时调色和适宜温度场的综合方案。采用基于CMY-KW(红、黄、蓝、黑、白)调色原理自组开发设计的“五进一出”搅拌喷头;基于改变PWM输出占空比,实现步进电机的速度自由切换的原理搭建配套控制系统;基于调整PWM输出占空比改变多个风扇转速的原理,构建适宜稳定空间温度场,并对温度场进行仿真,以便观察和对比打印效果;通过打印实验,验证搅拌混色的可行性、控制系统的有效性和适宜温度场的优化性。该实验完成了彩色3D打印,为彩色3D打印技术的研究提供了一种新的解决方案。

彩色3D打印纹理切片算法研究

针对现有的基于FDM的彩色3D打印不能实现全彩色的问题,为了能获取每层轮廓的彩色截面位图,提出一种基于Obj文件的纹理切片算法。首先根据三角面片的顶点的几何坐标和纹理坐标,获取切平面与三角面交线的纹理坐标,然后利用Obj模型的表面纹理映射得到交线的纹理信息,最后根据设置的彩色截面位图的分辨率和交线的纹理信息通过插值算法得到彩色截面位图上交线的纹理信息,并根据拓扑关系连接各个点便得到彩色截面位图。

基于FDM的彩色3D打印机控制系统设计

针对目前FD M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FD M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。