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臺灣博碩士論文加值系統
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論文基本資料
摘要
外文摘要
目次
參考文獻
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研究生:
林上喴
研究生(外文):
LIN, SHANG-WEI
論文名稱:
基於彩色模型分析之多原色3D印表機開發與實作
論文名稱(外文):
Design and Implementation of a Multi-Primary Color 3D Printer with Color Model Analysis
指導教授:
陳國益
指導教授(外文):
CHEN, KUO-YI
口試委員:
何前程
、
許永和
、
徐元寶
、
陳國益
口試委員(外文):
HO, CHIAN-CHENG
、
SHEU, YUNG-HOH
、
HSU, YUAN-PAO
、
CHEN, KUO-YI
口試日期:
2019-07-23
學位類別:
碩士
校院名稱:
國立虎尾科技大學
系所名稱:
資訊工程系碩士班
學門:
工程學門
學類:
電資工程學類
論文種類:
學術論文
論文出版年:
2019
畢業學年度:
107
語文別:
中文
論文頁數:
77
中文關鍵詞:
3D印表機
、
FDM型
、
混色
、
PLA線材
、
G-code
外文關鍵詞:
3D printers
、
FDM-type
、
mix colors
、
PLA filaments
、
G-code
相關次數:
被引用:0
點閱:388
評分:
下載:32
書目收藏:0
自2014年來,3D 列印專利技術陸續到期,使得目前3D 列印技術越來越普及化與平價化,而這樣的趨勢不但是數位革命中重要的實體化方式,更帶動風起雲湧的自造者運動。
目前使用者可以輕易透過自己繪製模型檔,並使用3D列印技術列印出實體的列印件,但是這樣的功能已經沒有辦法滿足現在的使用者了,因為目前3D列印出來的列印件都是以單色居多,若想要給與列印件豐富的色彩則必需要事後進行上色,是否可以透過其他自動化的方式,省去這繁複又不穩定的人工上色步驟。
為了改善上述所說的繁複人工上色手續,目前市面上有幾種解決方案,除了列印完後進行上色之外,有不同顏色列印各部分再組合、彩色石膏粉列印、雙/多噴頭列印和噴墨式3D列印等等,但上述的方式均無法在成本、耗材、便利上取得平衡,因此我們透過一般最平價化與普及化的FDM型3D列印技術來達成可印製彩色的列印件。而我們在使用FDM型3D印表機時,透過替換列印材料PLA線材,我們發現線材彼此之間有混色的現象,因此若能透過原料的混色,便可得到多種不同的顏色。便能開發出全彩的 FDM型3D列印機。
經過實驗發現PLA線材的混色是可以成功混出其他顏色的,因此我們決定使用C(Cyan)、M(Magenta)、Y(Yellow)、K(blacK)、W(White)五種顏色的PLA線材,進行混料來達到彩色的效果,並透過G-code的修改,讓G-code附上彩色的資料,使3D印表機能夠使用顏色資料來在該列印位置上列印出相對應的顏色。
因此我們修改了一般FDM型3D印表機,將它改成能使用五種線材,並在噴頭進行混料的彩色3D印表機,這彩色3D印表機只要使用上述的有附上彩色資料的G-code,就可以達到列印彩色列印件的效果。
In recent years, 3D print technology has become very popular. These 3D printers could reduce the cost of developing, and could be used directly as products with 3D printing objects. Currently, there are many 3D printing technologies in market, such as FDM, SLA, etc. The most common one is FDM type 3D printer with friendly price and low-cost material.
However, the appearance of the product which is printed by the FDM will be a single color with the selected materials. In order to print objects with rich colors, it is usually colored by hands after printing manually. It is worth noting that coloring process is complicated and high-cost. Therefore, some approaches, such as suspending printing, two-color nozzles or multi-nozzles, are used to achieve multi-color 3D printing. However, these approaches are not the sivler bullet to achieve true color.
On the other hand, such as XYZ printing's da Vinci Color, Mosaic's Palette2, etc. They provide the function of color printing. The da Vinci Color is powered by inkjet, but the color vividness is obviously insufficient. The Palette2 uses a fixed PLA filament to connect each other to reach a multiple color filament. However, there are only a few selected colors, and it does not achieve multi-color effects.
In order to improve this issue, we have developed a new multi-primary 3D printer technology to reach the full color 3D printing. With the use of C (Cyan), M (Magenta), Y (Yellow ), K (blacK), W (White), five kinds of PLA filaments, the tur color would be mixed in the nozzle to achieve the true color effect. The essentials of how to mix colors and control nozzle are developed with our implemented program. With this program, the original print G-code is complied with the color messages, and then FDM-type 3D printers could be controlled to create the true 3D printed objects.
摘要 ...................................i
Abstract..................................ii
誌謝 ..................................iv
目錄 ...................................v
表目錄 .................................vii
圖目錄 ................................viii
第一章 緒論 ...........................1
1.1 研究背景 ...........................1
1.2 研究動機與目的 ...................1
1.3 論文架構說明 ...................2
第二章 文獻探討與相關方法研究分析 ...........3
2.1 文獻探討 ...........................3
2.1.1 FDM(Fused Deposition Modeling).....3
2.1.2 SLS(Selective laser sintering).....3
2.2 彩色3D列印相關方法分析 ...........4
2.2.1 單色列印完人工上色 ...........4
2.2.2 不同顏色列印各部分再組合 ...........5
2.2.3 石膏粉列印 ...................5
2.2.4 全彩紙堆疊 3D列印 ...........6
2.2.5 雙/多噴頭列印 ...................7
2.2.6 噴墨式列印 ...................7
2.3 混色研究 ...........................8
2.4 漸層混色的成果 ...................9
2.5 全彩列印與 G-code 的關係 ..........10
第三章 系統設計 ..........................12
3.1 軟體架構 ..........................12
3.2 G-code與模型資料的關係 ..........13
3.3 G-code與模型資料的結合方式 ..17
3.4 換料塔的路徑計算 ..................20
3.4 換料塔與彩色G-code的結合 ..........32
3.5 硬體架構 ..........................34
3.6 步進馬達的控制方式 ..........34
3.7 步進馬達資料與真彩色G-code結合 ..40
3.8 馬達控制板與Repetier ..........41
第四章 實體改裝與實驗結果 ..................44
4.1 FDM型3D印表機的改裝 ..........44
4.2 G-code附上顏色與換料塔的結果 ..50
4.3 分色正方型測試 ..................53
4.4 顏色的混色測試 ..................54
4.4 列印範圍測試 ..................59
4.4.1 15mm x 15mm x 2mm ..........59
4.4.2 30mm x 30mm x 2mm ..........60
4.4.3 45mm x 45mm x 2mm ..........61
4.4.4 60mm x 60mm x 2mm ..........61
4.4.5 垂直向顏色變化 ..................62
4.4.5 超過測試的換色次數結果 ..........63
4.5 實驗與驗證 ..................65
4.6 列印其它模型測試 ..................68
第五章 結論與未來展望 ..................69
5.1 結論 ..........................69
5.2 未來展望 ..........................69
參考文獻 ..................................71
Extended Abstract ..................73
1.Novakova-Marcincinova, L. and I. Kuric, Basic and advanced materials for fused deposition modeling rapid prototyping technology. Manuf. and Ind. Eng, 2012. 11(1): p. 24-27.
2.Zureks, 熔融沉積成型, F.b. Zureks.png, Editor. 2008, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/FDM_by_Zureks.png.
3.Shirazi, S.F.S., et al., A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering: selective laser sintering and inkjet 3D printing. Science and Technology of Advanced Materials, 2015. 16(3): p. 033502.
4.Materialgeeza. SLS system schematic. Available from: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/Selective_laser_melting_system_schematic.jpg.
5.Valmis prinditud mudel vajab puhastamist. Available from: http://www.novaator.ee/ET/tehnika/kolmemootmeline_printimine_muudab_teadust/#.
6.GermanRepRap. x400 3D Printer. Available from: https://www.germanreprap.com/myfactory/CustomUpload/374O357O340O370O356O369O350O326O356O369O364O352O365O337O356O367O337O352O367O/x400v4_druckkopf_mit_objekt.jpg.
7.XYZPRINTING. da Vinci Color mini 列印過程. Available from: https://event.xyzprinting.com/Files/Printing-chameleon-1340w.gif.
8.3DPRINT.COM. XYZprinting-full-color-helicopter. Available from: https://3dprint.com/wp-content/uploads/2018/08/XYZprinting-full-color-helicopter.png.
9.Devernay, F. GLM: an Alias Wavefront OBJ file library. Available from: https://github.com/devernay/glm.
10.Wavefront .obj檔案. Available from: https://zh.wikipedia.org/wiki/Wavefront_.obj%E6%96%87%E4%BB%B6.
11.MTL Files Material Definitions for OBJ Files. Available from: https://people.sc.fsu.edu/~jburkardt/data/mtl/mtl.html.
12.A4988 Stepper Motor Driver Carrier Board. Available from: https://www.geeetech.com/wiki/index.php/A4988_Stepper_Motor_Driver_Carrier_Board.
13.Sun, P.-L. and Y.-P. Sie, Color uniformity improvement for an inkjet color 3D printing system. Electronic Imaging, 2016. 2016(20): p. 1-6.
14.Repetier. Repetier-Firmware configuration tool for version 0.92.9 version. Available from: https://www.repetier.com/firmware/v092/index.php.
15.paulhut. Diamond Full Color Hotend Mount for Delta Printer. 2018; Available from: https://www.thingiverse.com/thing:3194714.
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