传统的FDM类型的3D打印机一般能支持最多两种材料的打印，而且这两种材料一般是一种用于模型打印，另一种用于支撑打印，无法实现两种材料的同时打印，并且两种材料的切换需要时间和空间的消耗，因此要实现彩色渐变的3D打印，就需要对原始的FDM类型3D打印机的机械结构和电气结构进行重新设计，从而实现彩色3D打印的需求。
实现彩色打印的一个关键步骤就是对3D打印喷头的改进，打印喷头需要实现材料多进一出的功能，并且能够保证材料在喷头内部尽可能的充分混合，Richard Horne设计了一种可以同时混合三种打印材料的打印头，可以实现三种颜色的混合，丹麦的研究者也设计出了一款混合打印喷头diamond hotend，并且已经在市面上销售。
打印材料分别通过三个进料口进入打印喷头的加热区域，在加热头的作用下打印材料细丝被迅速加热融化，并且发生膨胀，在打印材料不断被送入加热区域的推动作用下，加热区域的压力逐渐增大，加热熔融的打印材料通过管道被挤入打印头细小的混合腔中，在压力作用下开始融合，之后便通过直径0.4mm的打印喷嘴挤出打印喷头到达需要打印的平面，在接触的区域上第二次被挤压混合，最终在冷却风扇的作用下冷却固化成模型的一部分。由于打印头整体的体积较大，为防止打印过程中出现打印喷头堵塞的问题，张自强通过流体力学分析打印材料在混合腔中的变化，以ABS为例分析出打印过程需要保证喷头部分维持240℃，而其他区域温度平均温度要在67℃以下，经过多个版本的实验后，设置了内外散热风扇，确保了打印头的各个区域的温度需求，并且增加了导流腔体，一方面起到连接打印头和光轴的作用，另一方面也可以确保使用最低的风速和流量达到最好的散热要求。
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