彩色 3D 打印机指南

您是否希望打造彩色 3D 打印部件或是充满生气的多色 3D 打印部件？在过去的几年里，许多全新的彩色 3D 打印方法应运而生，同时新款 3D 打印机的价格也变得更加合理，这使得工程师、设计人员、模型制作人员甚至业余爱好者都有能力打印色调丰富的物体。

在本指南中，我们将深入了解多个可用来制作彩色 3D 打印部件的技术，以及各种与彩色 3D 打印相关的技术和应用。  

用户可选择多种方案来制作彩色 3D 打印部件，包括混色、配色、全彩 3D 打印、3D 打印部件涂装以及水转印等等。  

直接彩色 3D 打印又称多色 3D 打印，是制造多颜色 3D 打印部件最基础的一种方式。用户需要将彩色原材料装入打印机。最常见的方案是利用搭载了熔融沉积成型 (FDM) 技术的 3D 打印机，将彩色丝材熔化并沉积到打印床上。

FDM 3D 打印机可利用彩色丝材进行单色打印，也可利用双挤出机进行双色打印，还可利用混色技术进行多色和渐变色打印，具体取决于通过打印机同时进给的丝材颜色数。

使用方便、价格低廉是此类多色 3D 打印机的主要优点。但其缺点在于无法使打印件具备特定的色调，且最终部件上的打印层线十分明显。此外，挤出机数量越多，FDM 打印机出现打印错误的几率也就越大。不仅如此，FDM 打印机会在调试过程中产生废料或“打印机废弃物”，而这一问题无法避免。

直接彩色 3D 打印仅支持现成的颜色选项，而配色 3D 打印则几乎可以为您打造任何自定义颜色的 3D 打印部件。  

用户可以利用 Formlabs 立体光固化 (SLA) 3D 打印机搭配 Color Resin，按照订单要求打印定制色的部件。SLA 3D 打印能够逐层固化树脂，打印完成的部件可具备淡雅的中性色或是鲜明的饱和色，其表面光滑，且几乎无法看到打印层线。

全彩 3D 打印是目前用途最广的彩色 3D 打印方案；它可以打印出同时具备多种颜色的物体，使之具有逼真的外观并符合任何色调要求。

与彩色丝材或彩色树脂不同的是，全彩打印所使用的材料并非预先着色——颜色会在打印过程中添加到基材当中，原理与彩色 2D 打印机类似。

我们可以利用粘合剂喷射成型和材料喷涂成型等技术进行全彩 3D 打印。然而上述工艺的价格门槛很高，使得大多数用户无法企及，而只有一家制造商提供了更实惠的全彩 FDM 3D 打印机。

在某些情况下，彩色 3D 打印部件可能无法满足艺术家或设计师对精美细节或生动色彩的追求。尽管用丙烯酸、油彩或喷漆为单色 3D 打印部件上色的方法比较耗时，但却不失为一种成本低廉且能够实现完全定制的解决方案。  

我们可能需要借助打磨、涂底漆或喷漆前溶剂清洁等后处理技术来赋予模型完美、光滑的表面处理效果或是非常精细的特征。

打磨可以减少表面上的瑕疵，而底漆则可以填补细小的裂纹和孔洞。此外，有些 3D 打印部件可能需要在上漆之前先喷涂一个内涂层，以淡化底漆的中性色调 。

_{观看或阅读我们关于 3D 打印部件涂底漆与着色的分步指南。}

水转印又称水浸印刷、水渗透印刷或水披覆转印，是一种将印刷设计应用于三维表面的常用方法。该工艺可使用喷墨打印机在聚乙烯醇薄膜上打印图像。工作人员会将薄膜浸入水中并在其表面喷洒化学活化剂。随后，工作人员会将物体慢慢浸入漂浮的薄膜，此时彩色薄膜将延伸并附着在物体表面上。

如果您对该工艺感兴趣，欢迎阅读我们的利用计算机水转印技术将全彩图案应用于 3D 打印件相关指南。

最常用的彩色打印技术包括熔融沉积成型 (FDM)、立体光固化 (SLA)、选择性激光烧结 (SLS)、多射流熔融 (MJF)、粘合剂喷射成型以及材料喷涂成型技术。下面我们来了解一下每种工艺的优缺点。

FDM，即熔融沉积成型技术 ，是目前最常见、成本最低廉的消费级 3D 打印技术之一。FDM 3D 打印机通过熔化并挤出热塑性丝材使部件成型，而打印机喷嘴会将热塑性丝材逐层沉积在成型区域。

FDM 技术大多应用于单挤出机打印机的直接彩色打印，或是双挤出机打印机的多色 3D 打印。

第一台全彩 FDM 3D 打印机是达芬奇彩色 3D 打印机；该设备会在丝材即将挤出时利用 CMYK 喷墨树脂盒对无色丝材进行染色，从而以类似彩色 2D 打印机的方式生成彩色部件。

SLA，即立体光固化 3D 打印技术 ，可使用激光将液态树脂固化为硬化塑料——该过程也称为光聚合。与其他所有塑料 3D 打印技术打印的部件相比，SLA 打印部件具有最高的分辨率和精度、最清晰的细节和最高的表面光洁度。

SLA 打印机可以利用首个 SLA 3D 打印定制色解决方案 Color Resin 提供几乎任何自定义颜色的配色服务。SLA 打印部件具有光滑的表面处理效果，便于进行后处理、上漆和水转印。

选择性激光烧结 (SLS) 是工业应用中最为常用的增材制造技术，因其能够生产坚固的功能性部件而受到不同行业工程师和制造商的信赖。

SLS 3D 打印机使用白色、灰色或黑色尼龙粉作为原材料。尽管用户不能直接打印彩色部件，但却可以在后处理过程中对其进行染色或喷漆。共有四种染色方法，每种方法都有各自的优缺点，可根据具体工作流程和预算进行选择。

粘合剂喷射成型 3D 打印技术与 SLS 和 MJF 打印技术类似，但可以使用彩色粘合剂（而非加热）来粘合粉末状砂岩材料。 

使用粘合剂喷射成型技术制作的部件表面多孔，而且非常脆，因此只建议将该工艺用于静态应用，例如制作全彩雕像和概念模型。

材料喷涂成型和 PolyJet 3D 打印机将传统喷墨打印与光敏树脂有机结合，先在类似 2D 打印机的构建托盘上沉积材料液滴，然后利用紫外线将其硬化。

此类工艺能够极大提升设备的色彩灵活度，从而帮助用户打造具有艳丽色彩的逼真部件。不过，这种部件机械性能较差且对温度敏感，而且采用该技术的彩色 3D 打印方案，其价格门槛要明显高于其他产品。

彩色 3D 打印技术能够帮助工程师和设计人员以更低的成本和更短的时间打造外观性原型甚至成品部件；电影制作人可以将数字模型转化为道具；模型制作师可以创建充满活力的微缩模型；医疗专业人员可以生产精确的解剖模型，等等。

快速原型制造可帮助公司将创意转化为现实的概念验证，将这些概念演变为高度保真的原型，在外观和功能上都与最终产品一致，并指导产品通过一系列验证阶段，从而进行大规模生产。

彩色概念模型可以向涉众演示观点，发起讨论，并使用低风险的概念探索推动对模型的接受度。

在开发后期，逼真的彩色外观性原型可帮助工作人员更加直观地了解到最终产品的外观以及最终用户与产品的交互方式。在设计与工程人员花费大量时间来全面打造产品的各项功能与特性之前，可以使用 3D 打印的外观性原型来验证产品的人体工程学特征、用户界面以及整体用户体验。 

此外，配色 3D 打印或全彩 3D 打印还支持产品开发团队在实际投产之前尝试不同的可选颜色，并与客户进行相关研究。

在娱乐行业 ，3D 打印的道具和模型正在逐渐模糊实体模型与数字特效之间的界限。设计师可利用 3D 建模软件生成细节丰富的逼真模型，再花上几个小时用 3D 打印技术将其变为现实。SLA 等高分辨率的 3D 打印工艺甚至可以再现皮肤纹理等最为复杂的设计参数。

3D 打印技术能够大幅节省道具制作时间并激发设计过程中的创造力，因此深受漫威电影的 Russell Bobbitt、《异星灾变》系列的 Jaco Snyman 以及《怪奇物语》的视觉特效 (VFX) 和设计工作室 Aaron Sims Creative 等道具大师的青睐。创作变得更加灵活流畅，且道具和模型的制作也更加高效。

毫无疑问，3D 打印已经彻底颠覆了现有的微缩模型和人偶定制规则；人们可以根据自己的模型制作、桌游、收藏需求或是其他爱好随意进行定制 。 

全彩 3D 打印机的价格往往会超出业余爱好者的预算范围，而且模型制作师通常会采用手绘上色的方式，因此在 3D 打印完成后进行上漆仍是目前最主流的彩色模型制作方法。

例如，Modern Life Workshop 的设计师将 3D 建模设计与 SLA 3D 打印相结合，成功创作出了逼真度超高的名人肖像雕塑。设计师们先是在计算机上利用数字手工雕刻软件 ZBrush 创建出细节丰富的模型。随后他们会在 SLA 3D 打印机上将设计成果打印出来，并为部件手工上漆。

在游戏领域，随着《龙与地下城》等桌游的在线社区如雨后春笋般涌现，游戏玩家开始使用 3D 打印机制作独一无二的地下城 3D 打印模型、雕像、地形、景观以及其他桌游配件。

此外，DM-Toys 等专业模型制作公司也在利用 3D 打印技术加快原型制造速度并缩短定制模型的生产周期。

全球游戏和娱乐公司孩之宝也利用该技术创造了孩之宝自拍系列人偶，开创了利用 3D 打印创建个性化可动人偶并大规模生产的先河。在购买“自拍系列”人偶时，粉丝们只需用智能设备扫描自己的面部，即可获得与自己外貌极为相似的定制可动人偶。

在医疗保健行业，越来越多的放射科医生、外科医生和生物医学专业人士开始利用 3D 打印技术制作高精度的 3D 解剖特征模型，并将其作为参考工具应用于术前规划、术中可视化和教育教学等领域。 

医疗专业人员能够利用 3D 打印技术制作出细节极其丰富的复杂模型，而这是通过其他技术所无法达到的。

细节丰富的彩色模型在住院医师教育项目中表现出色，每条血管或每个器官都可以直接 3D 打印或是涂上不同的颜色，便于课堂观摩。

此外，基于患者扫描数据的患者特定手术模型可实现个性化的精准医疗，因此在当今的医疗实践中发挥着越来越大的作用。

医生可以借助 3D 打印技术为患者定制旨在提升其舒适度的义肢。打印完成后，医生可根据患者需求用生物相容性涂料为义肢上漆，或是在完成上漆的义肢表面涂覆生物相容性密封剂，以提升义肢的穿戴舒适度。

Travis Bellicchi 博士利用 3D 打印为癌症幸存者 Shirley Anderson 定制了一个下颌假体，后来这一工艺根据患者的名字命名为 Shirley 技术。在世界的另一端，新加坡的医生为皮肤癌幸存者 J.F. Lian 定制了一个义鼻，并在打印件上多处涂色，使其颜色与患者的肤色相匹配。

用户可以直接进行自定义颜色或多色打印，或是进行染色、喷漆和水转印，以获得机械性能各异的彩色 3D 打印部件。  

可以利用树脂 3D 打印机获得喷漆或水转印所需的光滑表面，也可直接利用 Formlabs 树脂 3D 打印机直接打印具有自定义颜色的部件。此外，用户还可对 SLS 部件进行染色，以获得均匀、统一的颜色或是渐变色效果。  

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