全彩3D打印–終極指南
魔猴君 知識堂 389天前
全彩3D打印機可以制作逼真的產(chǎn)品原型、精確的醫(yī)療模型、令人驚嘆的雕像和色彩準確的藝術(shù)品復制品。技術(shù)的進步使從工業(yè)設計師到醫(yī)療專業(yè)人員的每個人都可以更輕松地從他們的數(shù)字設計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之前，讓我們先具體了解一下顏色。全彩意味著3D打印機可以提供數(shù)千種顏色，甚至可以提供準確的膚色和Pantone匹配，就像在紙上進行2D打印著色一樣。類似的術(shù)語“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：基礎知識
它沒有經(jīng)過噴漆或組裝，而是在Stratasys全彩Polyjet 3D打印機上進行全彩3D打?。▉碓矗篠tratasys）
全彩3D打?。耗軌蛲瑫r用多種顏色3D打印物體，就像用2D紙質(zhì)打印機打印彩色照片一樣。它一直被認為是3D打印的圣杯，多個行業(yè)都在焦急地等待著進一步的技術(shù)發(fā)展。
除了藝術(shù)復制品和雕像之外，彩色3D打印對于產(chǎn)品原型也特別有用。各行各業(yè)都能受益于這種能力，即無需耗時的手工上色，就能生產(chǎn)出具有各種精確顏色的清晰細節(jié)的高品質(zhì)產(chǎn)品。此外，可能會磨損的部件也能保持顏色，因為這不僅僅是表面顏色。
有幾種技術(shù)可以實現(xiàn)這種效果，如果您正在市場上購買全彩3D打印機，就應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用，以便選擇合適的打印機。事實上，您可以說比較這些打印機就像比較蘋果和橘子（或蘋果、橘子和梨），但當您看完這篇文章時，您應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Instagram@dharroun由Marketiger使用Mimaki 3DUJ-553打?。▉碓矗篗imaki）
二、全彩3D打印如何工作？
一些全彩3D打印機在打印過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）的材料按適當比例混合，以生成顏色。這三種打印機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（來源：Stratasys）
Stratasys涉足3D打印業(yè)務僅30多年，提供涵蓋三種技術(shù)的20多種3D打印機。就全彩而言，沒有其他公司比Stratasys提供的11種3D打印機更多的選擇。
Stratasys全彩3D打印機：
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)品系列帶來了一些令人興奮的功能。Stratasys稱，J55的旋轉(zhuǎn)打印平臺配有靜態(tài)打印頭，可提供穩(wěn)定的材料噴射和快速的打印時間，并能提供真正令人印象深刻的18微米打印細節(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的打印機，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Pantones色調(diào)，甚至還能打印透明物體來模擬玻璃和塑料，使其成為原型制作的一個極具吸引力的選擇。Stratasys的J55還可以使用VeroUltraClearS打印，這是市場上最清晰的玻璃和塑料模擬器之一。
Stratasys J55全彩打印機（來源：Stratasys）
與J55類似，J850 Prime可以生產(chǎn)超過600,000種經(jīng)Pantone驗證的顏色組合，同時打印七種樹脂，并提供多種材料功能。
技術(shù)
Stratasys在入門級全彩色打印機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工藝使用通過噴墨分配的液態(tài)樹脂。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軟件進行打印，無需轉(zhuǎn)換和修復STL文件。J55還支持3MF文件格式，因此您可以直接從KeyShot 3D渲染軟件直接進行全彩3D打印和多材料紋理打印。這項技術(shù)可以節(jié)省大量時間。
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（來源：Stratasys）
優(yōu)點
極其精細的細節(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
需要支撐結(jié)構(gòu)（盡管它們是可溶解的）
打印機和材料成本較高
2、3D系統(tǒng)ProJet CJP 660Pro
3D Systems的全彩打印（來源：3D Systems）
總部位于美國的3D Systems是市場上領(lǐng)先的增材制造解決方案公司之一，提供廣泛的打印機、材料和3D掃描儀，幾乎服務于每個行業(yè)。在顏色方面，該公司目前提供兩種型號：660Pro和860Pro，盡管過去也有其他型號，例如較小的CJP 260Plus和CJP 460Plus。
3D Systems全彩3D打印機：
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)建具有小特征細節(jié)的全CMY顏色的照片級逼真零件，并能夠使用完整紋理和UV映射來更好地模擬產(chǎn)品設計的外觀、感覺和風格。
3D Systems表示，其ProJet CJP打印機以相對較低的成本生產(chǎn)零件，因為不需要支撐，并且未使用的核心材料（聚合物粉末）可以重復使用。零件可以進行打磨、鉆孔、攻絲、涂漆和電鍍，從而擴展了成品零件特性的可用選項。
3D Systems CJP 860和CJP 660全彩3D打印機（來源：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)建平臺上薄薄地鋪一層。每鋪設一層后，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，使核心材料凝固。每鋪展和打印一層，構(gòu)建平臺就會降低一層，最終形成一個全彩的三維模型。請注意，在此過程中不使用熱、光或激光。
優(yōu)點
打印速度快
設計自由–無支撐
材料回收
高質(zhì)量的表面光潔度
一致的機械性能
缺點
有限的材料選擇
小的表面細節(jié)可能會丟失
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3DUJ-553已于2017年上市。
Mimaki全彩3D打印機：
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1000萬種潛在的色彩組合。其波形控制、循環(huán)和可變點技術(shù)確保穩(wěn)定、精確的墨水輸送以及平滑、精細的色彩再現(xiàn)。
2207基于Mimaki之前的打印機，提供了比這家日本公司的舊機器更緊湊的選擇。無需拆卸即可裝入電梯，占地面積小，靜音設計，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行后處理，并且作為額外的好處，打印機還配備了用于實時打印狀態(tài)檢查的攝像頭。
技術(shù)
Mimaki的專有技術(shù)最初是為其2D UV平板打印機開發(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。
該機器使用白色或透明液體樹脂作為基底材料，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，然后重復這一過程，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
出色的色彩還原
相對實惠的機器
良好的打印細節(jié)
水溶性支撐
占地面積小，適合辦公環(huán)境
缺點
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（來源：HP、Stratasys、3D Systems）
讓我們來詳細了解一下這些機器所使用的材料，因為它們肯定不能互換。更重要的是，材料在機器運行成本中扮演著重要角色，因此請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（來源：3D Systems）
3D Systems公司的所有彩色打印機都使用一種名為VisiJet PXL的基礎材料。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固而鮮艷的圖案。事實上，3D Systems甚至提供了材料的機械規(guī)格，如拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度等。這些數(shù)據(jù)都會根據(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，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（來源：Stratasys）
Stratasys彩色打印機在CMYK中使用類似于樹脂的液態(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械和熱性能，Stratasys還提供機械規(guī)格，包括邵氏硬度、吸水性、拉伸強度等。對于快速原型，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，其樹脂油墨具有與ABS相同的強度，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Stratasys Projet 660 Pro上打印的TwinMe雕像上多余的粉末進行噴砂處理（來源：TwinMe）
彩色部件印刷完成后，您的工作還沒有結(jié)束。通常還需要進行一些后處理和拋光，以獲得所需的鮮艷度和質(zhì)感。這個過程有多復雜和耗時，取決于打印機和技術(shù)。讓我們來看看。
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的目標是消除浪費，縮短加工時間，因為它不需要支撐物，未使用的型芯材料可回收利用。
Stratasys和Mimaki使用液態(tài)塑料技術(shù)，因此無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都只需要進行少量的清潔和拋光，并可選擇使用密封劑。
編譯整理：ALL3DP
