全彩3D打印–終極指南

魔猴君  知識堂   325天前

全彩3D打印機可以制作逼真的產品原型、精確的醫療模型、令人驚嘆的雕像和色彩準確的藝術品復制品。技術的進步使從工業設計師到醫療專業人員的每個人都可以更輕松地從他們的數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

它沒有經過噴漆或組裝，而是在Stratasys全彩Polyjet 3D打印機上進行全彩3D打印（來源：Stratasys）

全彩3D打印：能夠同時用多種顏色3D打印物體，就像用2D紙質打印機打印彩色照片一樣。它一直被認為是3D打印的圣杯，多個行業都在焦急地等待著進一步的技術發展。

除了藝術復制品和雕像之外，彩色3D打印對于產品原型也特別有用。各行各業都能受益于這種能力，即無需耗時的手工上色，就能生產出具有各種精確顏色的清晰細節的高品質產品。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。

有幾種技術可以實現這種效果，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別。每種技術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藝術家Dennis Harroun創作的“Wreck of the Benchy”

通過Instagram@dharroun由Marketiger使用Mimaki 3DUJ-553打印（來源：Mimaki）

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打印業務僅30多年，提供涵蓋三種技術的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—全彩產品原型和藝術

J850 Prime—全彩產品原型和藝術

J826 Prime—全彩產品原型和藝術

J5 DentaJet—全彩牙科模型。

J720 DentaJet—全彩牙科模型

J850數字解剖—全彩醫學模型

J5 MediJet—全彩醫療模型

J850 TechStyle—紡織品全彩打印

在這里，我們重點關注該公司產品原型的首選產品J55

Stratasys J55結構緊湊，幾乎適合任何辦公空間（在我們的比較中是最小的），它為產品系列帶來了一些令人興奮的功能。Stratasys稱，J55的旋轉打印平臺配有靜態打印頭，可提供穩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。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，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可以生產超過600,000種經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

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。該公司的J8系列（J826、J835、J850）也都采用了Polyjet技術和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建量。

Polyjet工藝使用通過噴墨分配的液態樹脂。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。這項技術可以節省大量時間。

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）

優點

極其精細的細節

多材料能力

緊湊的尺寸

數字模型上的顏色定義

幾乎不需要后處理

缺點

需要支撐結構（盡管它們是可溶解的）

打印機和材料成本較高

2、3D系統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。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–全彩產品原型和藝術作品

ProJet CJP 860Pro–全彩產品原型和藝術作品

該公司的ProJet CJP（彩色噴墨打印）技術可創建具有小特征細節的全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

3D Systems的CJP是一種增材制造技術，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。

優點

打印速度快

設計自由–無支撐

材料回收

高質量的表面光潔度

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–全彩產品原型和藝術

3DUJ-553–全彩產品原型和藝術

Mimaki表示，除了半透明和透明部件之外，其2207的色彩系統使其能夠產生超過1000萬種潛在的色彩組合。其波形控制、循環和可變點技術確保穩定、精確的墨水輸送以及平滑、精細的色彩再現。

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檢查的攝像頭。

技術

Mimaki的專有技術最初是為其2D UV平板打印機開發的。它采用噴墨打印技術，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技術比我們列表中的任何其他技術都能實現更廣泛的色彩范圍，非常適合膚色和美術作品。

優點

出色的色彩還原

相對實惠的機器

良好的打印細節

水溶性支撐

占地面積小，適合辦公環境

缺點

需要支撐

僅使用一種材料打印

三、全彩3D打印材質

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格，如拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度等。這些數據都會根據涂層的不同而發生變化。

第四種涂層名為鹽水固化，既環保又經濟，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感光聚合體，組合使用后可產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）組合在一起，可以實現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硬質材料。

Mimaki版畫（出處：Mimaki）

Mimaki采用兩種材料，包括紫外線固化液態樹脂（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感。這個過程有多復雜和耗時，取決于打印機和技術。讓我們來看看。

3D Systems公司的粉末床技術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使用液態塑料技術，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