挑战色彩管理的极限，展现3D打印色彩对象

发布日期：2022-12-08 作者：康为点击：

随着3D打印技术的发展，FDM、SLS、3DP、SLM、SLA等不同技术仍在快速创新。但全彩色3D打印将成为增材制造领域的重要发展趋势。Stratasys和Aurora最近发布了Polyjet的全色3D打印解决方案。色域覆盖从36色提升到50万色，色域空间达到美国印刷标准色域(SWOP)的120%。它已经能够实现屏幕上的颜色与最终打印颜色模型的一致性。对于彩色3D打印来说，这是一次里程碑式的技术升级，也代表着彩色3D打印元年的开始。

Stratasys Polyjet J750体素级3D打印显示器

据了解，二维平面中的色彩管理是基于以白纸为背景色的多色墨滴或彩色墨粉。三维空间的色彩管理还需要结合材料的折射、反射、透光等因素，以及透明材料和非透明材料的结合。是一个极其复杂的三维色彩管理模型，材料的特性也要考虑进去。在三维空间中管理色彩是非常困难的，这也是过去我们很难得到完整的色彩再现的原因。

随着技术的发展和进步，彩色3D打印技术作为增材制造的细分市场，将是未来的重要趋势之一。目前业内比较成熟的技术方案如下:

LOM科技的代表机型:McorArke，零售价30多万。

LOM技术实现彩色3D打印效果

1.LOM技术+彩色喷绘，使用的材料是纸，一层一层的切割层压，最后形成对应的模型。其特点是成本低、效率高。缺点是模型不具备功能材料的特性，适合教学模型和纯外观模型；

FDM技术+喷墨彩色3D打印方案，硬件零售价5万左右。

FDM技术+喷墨彩色3D打印样品展示

2.FDM技术+彩色喷墨，采用FDM技术打印模型。每层印刷完后，在材料表面喷涂彩色油墨，特点是模型表面颜色鲜艳。缺点是打印速度慢，模型表面有层次感；

惠普Jet Fusion 580彩色3D打印机彩色3D打印机零售价约130万元。

惠普Jet Fusion 580彩色3D打印机使用彩色3D打印机打印样品

3.Jet Fusion技术，这是中国惠普刚刚发布的全彩3D打印解决方案。彩色墨滴喷射分辨率可达1200dpi点阵，实现1600万色sRGB。结合半色调技术和尼龙粉末逐层固化，再配合四色喷墨方案，可以达到全彩3D打印效果。优点是100%利用尼龙材料，尼龙材料具有结构测试和功能验证特性。整体方案具有一定的性价比。缺点是

Stratasys Polyjet技术实现体素级3D打印

4.Polyjet技术和FDM技术构成了Stratasys的两大看家技术。目前最新的全彩多材质3D打印机J750和J735(尺寸比J750小，价格低14%，其他配置和J750一模一样)可以同时支持六种材质，采用喷射+光固化方案。从而可以实现其他3D打印技术不具备的模型色彩控制、柔和度、透明度、质感等表现力。特别是此次发布的新内容，包括色彩鲜艳的新材质(实现真正的红、黄、橙)、GrabCAD Print的扩展色彩配置文件(屏幕颜色可以与最终打印的颜色保持一致)、GrabCAD打印切片功能(在同一个打印文件中打印具有全彩VRML纹理的透明度)。

Stratasys Polyjet全彩3D打印样本

5.WJP技术，这是国内赛纳公司主要的3D打印技术方案。其技术原理类似于Polyjet。而树脂材质和色彩管理与Stratasys完全不同，它还可以实现全彩多材质控制。目前主要用于医疗和教育行业。据了解，随着应用的深入，将会推出越来越多的功能性树脂材料。

珠海赛纳WJP彩色3D打印技术方案，硬件价格超过200万。

珠海赛纳WJP彩色3D打印技术样品展

6.3DP技术，以3D系统的Projet 660为例，采用石膏粉+喷涂的方案，过去在全彩人像打印服务中常见。其特点是成本相对较低的彩印方案，缺点是模型表面精细，色彩表现一般。

系统项目660全彩3D打印人像解决方案，石膏粉材质。

System Project 660全彩3D打印解决方案

系统项目660全彩色3D打印人像解决方案

Mimaki日本UV printing 3D打印彩色解决方案显示器，可实现1000万色(图片来源于Mimaki官网)

佳能的极致创意打印出具有立体效果的照片。

佳能的极致创意打印有立体装饰图。

这里可能会有朋友提到日本Mimaki的UV喷墨技术，这是一种由传统UV光刻衍生而来的3D打印技术。原则上与Polyjet和WJP类似，但采用该方案的企业大多来自传统的2D印刷设备供应商。佳能的UV光刻机很早就可以实现5CM高的全彩打印效果，理论上也属于彩色3D打印的范畴。对于拥有UV平版印刷设备的传统品牌来说，彩色3D打印的门槛相对较低。

截至今天，抛开硬件成本和耗材成本的因素，单纯以最高输出结果来判断，Polyjet技术是目前世界上最好的全彩3D打印方案，可以达到体素级别的3D打印效果。全彩+多材质为创意和客户需求提供了多种可能。

Polyjet技术可以将色彩从35万增加到50万，增加色域的空间覆盖，色彩还原更加真实。

Stratasys对Polyjet解决方案的升级是全方位的。硬件级增加了低阶型号J735，色彩管理配置文件将色彩从350，000增加到500，000。GrabCAD打印切片功能实现了模型色彩控制的更多方式，包括模型表面纹理的实现。这些在过去很难实现3D打印。

Stratasys J750彩色3D打印机(左一)

那么全彩3D打印在应用层面有哪些方向呢？

一、汽车内外饰和车灯原型制作，直接打印汽车的彩色或半透明原型，比传统工艺降低制造成本90%，制造周期从数周、数月缩短到数小时、数天。

Polyjet技术:3D打印汽车内饰模型表面的纹理

Polyjet技术:汽车前灯样品的3D打印

Polyjet技术:汽车排挡手柄3D打印样品

Polyjet技术:3D打印汽车尾灯样品，红、黄、橙被真实还原。

二、快消品行业的产品包装打样，彩印可以更真实的控制色彩和材料，升级后的色彩管理可以满足快消品行业对绚丽色彩的要求。

聚喷射技术:化妆品包装

Polyjet技术:化妆品模型

3.医疗行业的术前模型和教学模型。印刷医学模型的树脂材料是有先例的。但是颜色的好处是可以分辨出组织、病人、血管、神经等细节。看起来更加直观真实，这是单色模型不具备的优势。

聚喷射技术:医疗模型

聚喷射技术:人体内脏模型

Polyjet技术:人手的血管和骨骼模型

四。原型设计。以往的原型设计主要用于外观验证和结构验证。加入颜色后，表面纹理或颜色可以使原型设计的完成度更高，原型设计的效率进一步提高。就原型设计而言，这是一个一步到位的方案。

Polyjet技术:3D打印耳机样品

Polyjet技术:运动鞋模型

Polyjet技术:3D打印自行车头盔

聚喷射技术:食品模型

3DP技术:文物复制模型

除了以上四个应用，彩色3D打印的应用拓展才刚刚开始。例如，教育行业如何利用全彩色3D打印技术来提高教学质量和促进科学研究？文化创意产业也应该对全彩3D打印有更多需求。不过全彩3D打印还是有一定门槛的。

全彩3D打印的效果确实不错，但是对于各行各业的用户来说，目前进入普及阶段还是有很高的门槛。我们来和普通的文档打印机对比一下。彩色办公打印趋势已近10年，欧美日等发达国家彩色打印机市场份额接近50%。然而，彩色打印机在中国的市场份额只有10%多。彩色3D打印的趋势才刚刚开始，未来还需要很长时间才能开花结果。

3D打印在应用落地过程中面临以下门槛:

优秀的3D设计是推动彩色3D打印的根本力量。

1.对于彩色3D打印的设计优化，具有优秀彩色3D数据设计能力的机构和个人还是比较少的。因此，长期以来，全彩3D打印设计能力的提升和创新优化设计是推动全彩3D打印普及的根本力量。

硬件设备采购成本高

二是硬件成本高，由于用户基数小，使用频率低，硬件设备的销售暂时无法收回早期R&D投资和企业的盈利需求。因此，在一段时间内，全彩3D打印和金属3D打印一样，仍将是增材制造业的高级应用。树脂材料喷涂技术的硬件设备目前从100万到400万不等，即使是3DP技术的硬件也在50万以上，LOM技术的设备也在30万以上。