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[3D Printer][CH04]-多色多材質列印

作者:畢業很久的學生│2021-07-18 01:17:12│巴幣:0│人氣:189
如果想要彩色的3D列印的作品,可以是後自己花時間慢慢上漆
不過想要達到自動化多色列印甚至是多材質列印的話就需要一點科技了
這裡介紹FDM下的多色或多材質列印

壹、多噴嘴列印:
每一種線材分別由各自的噴嘴負責,優點是不需要很浪費材料與列印時間的洗料塔做材料切換
這類機種常見大多數只有2個噴嘴,也就是最多同時使用兩種材料
併列雙噴嘴機種會多出一些單噴嘴從不需要考慮的問題
例如要校正兩個噴嘴之間的高度要一致,還要確認兩者噴頭尖端的間隔距離
而這類機種還有一個非常討厭的問題:另一個噴嘴閒置時微量滴下的牽絲物會沾到模型其他地方
也許使用比較不沾的噴嘴材質能改善此問題

比較先進的機種是例如Prusa XL是以CNC換刀頭機制的作法去取用噴頭擠出機加熱組
用完之後會整組掛回定位,換下個顏色的機組出來列印
利用類似CNC機器的巡邊定位,確保每個噴嘴可以自動化對齊,省去繁複的人工校準
缺點就是爆貴,而且機組零件極度精密,導致使用者很難對機件模組進行修改更換



貳、單噴嘴多色或多材質列印:
聽起來很不可思議,但是實際上可以辦到
代價是需要消耗額外的線材清除噴嘴內殘留的線材顏色
參考上面這個示意圖
左邊是想要列印的多色模型,右邊則是切換顏色時的洗料塔,數字號碼則是列印順序
1. 列印紅色部位
2. 換成黃色,噴嘴移到洗料區印出足夠的量,使顏色從紅色變成黃色
3. 回到模型,列印黃色部位
4. 換成藍色,噴嘴移到洗料區印出足夠的量,使顏色從黃色變成藍色
5. 回到模型,列印藍色部位
6. 列印下一層的藍色部位,這邊就不用切換顏色,接者5繼續印即可

之後運作原理與第一層類似,因為頭尾往下一層不用換色
假如一層內使用了n種顏色,那該層就需要切換(n-1)次顏色

目前市面上這樣的機種有Prusa MMU2S 與 Mosaic Palette 2 (3 應該快出了,沒買)
剛好我兩台都有相當充足的使用經驗 (兩台都有破百小時的除錯經驗 orz)
兩者最大的差異是換線方式
Prusa MMU2S是把線材往回抽,然後重新推入新的線材完成換色
Mosaic Palette 2則是靠切斷線材後,從後方擠上新的線材熔接以完成換色

Prusa MMU2S的換線像是這樣
黃色印好了之後,噴嘴移動到洗料塔上方才抽出線材
這樣退線瞬間的滴料會留在洗料塔而不是模型上
等線材完全抽回之後,上方MMU2S機構切換成紅色,然後把線材推下來
下方的Prusa印表機偵測到咬住線材之後,上方MMU2S就放鬆了
接著列印在洗料塔上,變成完全紅色之後才繼續列印原本的模型

Mosaic Palette 2:
MP2不會退線,只會一直接新的線材餵給印表機
所以第一個問題就是機器怎麼知道該換色了?
它的運作機制是這樣的:除了MP2之外,還有第三台機器Canvas Hub
印表機和MP2都透過USB線,被Canvas Hub控制著
Canvas Hub會指揮印表機印出多少線材到模型
而MP2的線材出口處有個計算抽出多少線材的長度計滾輪
Canvas Hub會比對印出的總長度,和MP2抽出了多少長度,判斷自己在哪裡該換色了



因為換線方式的不同,所以兩種方式也各有優缺點
先講Prusa MMU2s,再講MP2
而且專講缺點,因為缺點造就問題,所以缺點資訊比優點重要

Prusa MMU2S 只能用於Prusa印表機,而且買來的時候需要自己組裝,而這很複雜!
剛裝好常常會印到一半就自己暫停待救,這是MMU2S最大的缺點
因為有反覆的進退線材,偵測器的校準非常重要,否則很容易發生進線失敗導致列印暫停
尤其是Prusa印表機的IR紅外線校準,會影響進退線偵測。這裡要花時間弄懂調好
而且IR調整要適中,太容易回報進線成功也不行
如果進線失敗卻被回報成功,印出的模型就會缺層
注意看龍貓的肚肚,有一條橫線凹進去就是缺層。如果IR誤報進線成功就會變成這樣

由於一個模型有上百層的layer,每層換個幾次顏色下來就是總共幾百次的換線操作
想要弄到切換線材上千次都不會失敗,要花很多時間抓問題改善
https://www.thingiverse.com/ 去查MMU2S,會看到很多人提出了改善的模組
可以自己印出來換掉原廠設計的零件,而且很多都還比原廠好用 orz
連接Prusa印表機與MMU2S之間的鐵氟龍管也建議換成內直徑3mm的管,原廠2mm太細了

個人覺得影響最大而且很難發覺的一個問題點在於要用Prusa修改過的喉管
這個喉管上端的內直徑增加到2.2mm方便進線,之後就很久都沒遇到進退線失敗的情況了


接下來講MP2
雖然大多數的情況下,熔接非常可靠
但是遇到不易相熔的線材,例如PETG對PLA,熔接很容易失敗導致線材被拉斷
一旦線材被拉斷的後果不是暫停,而是直接宣告印壞了
MP2對於這點沒有任何的補救辦法,比起MMU2S的暫停待救更令人沮喪
是的,MP2只要列印中途出狀況,通常都沒有救

MP2只進不出的設計,對於混用軟料與硬料的情況也不適合
比方說混用PLA與TPU,這兩者可以熔接得很好沒有問題
但是到了印表機內,會發生機器要用軟的TPU去擠出硬的PLA時
卻是以PLA的材質作為列印參數,結果速度太快造成擠出機齒輪滑料或是纏住

MP2倚賴抽出線材的長度來判斷換色時機,這點也造成了很多問題
這裡有兩個重要參數,調錯就會造成失敗
第一個參數是線材從MP2被抽出,到被印表機噴嘴印出,這段距離有多長
這個參數在MP2的使用上會教,所以比較不會校準失敗
第二個參數就比較進階了,印表機每1mm需要擠出機(E軸)擠出幾步?
要用Pronterface 從USB連入印表機,然後透過M92 M500 M503系列的指令去設定韌體
用M92 E260還是270 280去設定E軸擠出。輸入E500存檔,再輸入M503看看設定有沒有寫入
這對於MMU2S的使用者根本是不用去管的參數,但是對於MP2卻異常重要
前面說過Canvas Hub是比對印表機吃多少mm,還有MP2出多少mm
這邊如果沒有調好印表機的E軸擠出比率,會導致印表機吃的量與MP2出的量有一個比例差異
Canvas Hub會每隔一段距離就檢查進出兩方的量,但每段最小檢查距離也有30cm,無法更密
如果E軸擠出比率誤差太大,遲早會發生顏色過早或過晚切換
模型是印出來了,但是顏色卻印錯了,一樣無法補救。

MP2官方預設提供的模型切片軟體是雲端網頁Canvas
切片出來的品質超爛,常常發現模型頂面和底面發生封閉不全而有縫隙
強烈建議使用者自己去找P2PP這個python程式和Prusa Slicer搭配
品質會比Canvas切出來的好很多,可是這要求使用者稍微有點python安裝與使用的能力
而且要自己觀察洗料塔去調整offset

MP2在洗料時會需要比MMU2S更多的量,相同單位時MP2差不多要到兩倍
(注意Canvas和Prusa Slicer用的單位不同,一邊是mm,一邊是mm^3)
這點可以用Prusa Slicer切片,然後去觀察印出來的洗料塔就能發現兩者差異
MMU2S從換色區的開頭到15%就開始洗,而MP2不能這樣做
MP2為了防錯色,安全起見只能從換色區的40%~50%處才開始變色
因為MP2的洗料塔不只負擔洗料的工作,還要幫忙做抽出長度的容錯校正
會建議要給予較大的洗料量


這裡補上兩隻同款作品比較
Prusa MMU2S印的:
眼睛黑色部分發生缺層,變成瞇瞇眼

MP2印的:
翼尖有顏色錯誤,一小段變成藍色。
很幸運是在最後才遇到,應該是長度累進誤差造成的
Canvas Hub偵測長度有修回來,所以上面恢復正常,只是已經印出來的部分就只能錯色了

兩台我都用了很長時間在除錯
個人是先用Prusa MMU2S,換MP2,但最後又換回MMU2S
MMU2S的問題我自認目前已經全部解開了,所以MP2現在被我封箱冷凍起來了


參、彩色墨水的3D印表機
利用傳統2D印表機的墨水配合3D印表機達成多色列印
而且可以混和墨水比率達成漸層色彩
不過代價是會綁定耗材,不是隨便網路上買一綑1.75mm 1KG的PLA丟進去就能用
此外墨水的顏色也不像純色線材那麼鮮豔,也印不出金色、銀色


肆、混色機器
真正融化多種線材並在噴嘴內進行混和
這類機器不知為何市場上的商品很少
不確定是否為價格過高,或是還有可靠性問題
它們可以做到多色無段混和
不過仔細看作品還是會發現顏色沒有混合到很均勻


引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=5211567
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留言共 5 篇留言

小茲
蜂鳥好作品,給讚

請問能不能付費幫忙組裝MMU2S,空運拆箱看到那零件數,怕到。


08-12 22:49

畢業很久的學生
關於組裝部分,我只是3D列印愛好者,本身沒有在營業,也沒有打算幫組裝賺錢。但是如果你組裝時或是運作時遇到問題,我很樂意回答你的問題。PS 其實那隻鳥應該是魚狗之類的,它還有一個底座是水花造型

08-12 23:21

畢業很久的學生
MMU2S其實組裝蠻簡單的,放置鋼珠的FINDA感應器也很容易校正。真正的大魔王是下方Prusa印表機的擠出機MK3S,那個擠出機惰輪與翹翹板搭配IR感應的機制。這個要照官方說明仔細調整。

08-12 23:24

畢業很久的學生
Prusa MMU2S官方的組裝說明頁面在這裡 https://help.prusa3d.com/en/category/original-prusa-i3-to-mmu2s-upgrade_288

08-12 23:26

小茲
謝謝您的提醒注意事項
說明書步驟有有補充小熊軟糖休息時間滿有特色

08-13 20:32

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