为实现混色3D打印,解决打印过程中喷头结构和材料不合理、混色质量不高、打印精度差、喷头易堵塞等问题,分别对分支式和一体式三进一出混色喷头进行了对比分析研究。通过Solid Works三维建模软件,对混色喷头进行精细的三维建模,在Ansys有限元分析软件中,对混色喷头进行温度场和应力场仿真求解。对比求解结果,指出了该混色喷头的设计缺陷,然后对喷头进行优化设计,再次通过有限元分析验证了优化设计的合理性。最终进行打印试验,验证两款喷头的打印质量以及打印稳定性。本文以两种多挤出机单喷头作为研究对象,主要研究内容如下:1.分支式和一体式混色喷头模型的设计。使用三维建模软件设计了两种喷头模型,分支式喷头主要部件包括:散热器、喉管、加热管、热敏电阻、喷嘴,散热器为圆柱形片式,加热管放置于喷嘴中心位置,能够对喷嘴均匀加热。一体式喷头的主要部件相对分支式喷头增加了加热块,散热器则用了扇形散热器,提高散热效率;喉管采用钢制材料,以防止PLA膨胀或融化阻塞喷头;加热管对称放置,能够均匀加热。加热块中有材料混合腔有利于材料液体的混合。2.有限元热力耦合分析。对分支式和一体式喷头分别导入到有限元分析软件,再分别进行网格划分与优化。网格质量的好坏对有限元分析的结果影响很大,因此对比几种网格划分质量,分支式和一体式喷头都使用四面体主导划分网格。使用瞬态温度分析系统与结构静力学分析系统结合,把前者的求解结果作为后者的输入参数,对喷头进行热力耦合分析,根据求解结果找出两种喷头的优缺点,进行优化设计。分支式喷头结构设计较为合理,加热以及散热性能良好,但是熔融流道没有混合腔,不同色彩的耗材无法混合,导致混色打印效果不好。一体式喷头的结构设计较为复杂,熔融流道呈L型设计不太合理,喷头容易堵塞,但是它具有一定大小的混合腔,有利于耗材的混合,从而有利于提高混色打印效果。3.根据有限元求解结果,对两种混色喷头进行优化设计。针对分支式喷头设计一个混合腔室,使得耗材充分混合,提升混色打印效果。由于散热器设计不够合理,散热效果不够理想,因此改进散热器为一致直径。加热管露出喷嘴导致外部温度很高,一方面不利于热量的充分利用,另一方面也不利于散热,故缩小加热管尺寸。然后由于一体式加热块中流道呈现L型,不利于丝材进入,温度降低时易造成堵塞,故改进流道造型。热敏电阻温度比加热块的温度略低,不能反映整个加热块以及流道的温度分布,故将热敏电阻从加热块的圆柱侧面位置移至加热块上表面的中心位置。喉管与散热器接触的豁口位置温度依然较高,丝材经过此豁口易受热膨胀造成堵塞,故将喉管的豁口去除。对两款喷头的形变分析,由于温度的差异对喷头的形变的影响只有层厚的一半,对打印效果影响不大。4.通过对改进后的喷头进行有限元热力耦合分析,以及使用两种喷头进行打印试验验证优化的合理性。两种喷头的不足基本已经解决。使用改进后的混色喷头进行打印试验,均对混色打印的效果以及质量有所提升。本文主要对两种多挤出机单喷头打印进行了热力耦合场对比分析研究,对比求解结果,对其不足进行优化设计。基本解决打印过程中的喷头结构不合理、混色质量不高、打印精度差、喷头易堵塞等问题。本研究结果对基于FDM技术的混色3D打印机的喷头设计具有重要的参考价值。