一种基于电磁发射术的3D打印装置及打印方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于电磁发射术的3D打印装置及打印方法，属于3D打印装置及方法。XY向工作台和支架安装在底座上方，Z向工作台与支架滑动连接，连接架与Z向工作台连接，喷头与连接架连接，高精密注射泵固定在底座上，进料管两端分别与喷头和高精密注射泵固定连接，承片台安装在XY向工作台上方、喷头的下方，基板连接在承片台上。通过对喷头里的导电液体施加电流和磁场，导电液体受安培力的推动而喷出到达指定位置，安培力作为推力便于通过改变电流强度或磁场强度而改变安培力的大小，从而控制打印液滴的出射速度，通过给定磁场强度、电流持续时间，控制电流强度避免喷嘴堵塞，可达到较高的打印精度，适用于生物导电材料和非生物导电材料的3D打印。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3D打印装置及方法，尤其是涉及一种基于电磁发射技术的3D打印装置及打印方法。
技术介绍
3D打印是一种以数字模型为基础的材料堆积成形的高新技术，是一种结合数字制造、分层制造、堆积制造、直接制造、快速制造的新型制造方法。由于3D打印具有很高的定制性和快速的制造速度，在模具制造和产品开发等方面具有广泛的应用前景，但由于当前3D打印技术存在打印高粘度液体无法保证较高的打印精度和打印速度问题，同时打印高粘度液滴时易发生喷头堵塞；于是解决高粘度液体打印过程中精度低、速度慢、喷头易堵塞等问题成为推广3D打印技术应用的关键。当前针对高粘度液体的3D打印原理是基于喷墨(压电式、热气泡式)或挤出(气压挤出、螺杆挤出、活塞挤出)：1.压电式喷头通过电压脉冲使压电陶瓷产生位移或机械振动，导致料管或针管内部压力发生变化，产生的压力使得液滴克服表面张力由喷嘴喷出，液滴的喷射时间、大小和体积都很容易通过驱动电压及喷嘴控制。但粘度限制较大且喷头易发生堵塞，维护成本较高。2.热气泡式喷头通过局部加热产生气泡，气泡压力作用液滴喷出。该方法受材料限制较大，打印材料在加热过程中易发生物理或化学性质的改变，影响打印精度或打印件质量。3.气压挤出式喷头通过控制压缩气体对装有待挤出液体的料管或针管的作用压力大小和时间长短来实现定量挤出。适用于广泛的材料，挤出量的大小取决于压缩气体的作用压力大小和时间长短。但由于高粘度材料粘度易变化，且打印过程中气体体积增大压强减小，气体的可压缩性和滞后性会导致材料在喷嘴的挤出滞后，响应速度变慢，同时一致性也发生变化。4.螺杆挤出式喷头是通过螺杆的旋转作用挤出材料。这种方式的挤出量的大小取决于螺杆的转速和旋转时间。这种挤出方式适用的材料范围化较广，可挤出超高粘度的流体，但长时间工作会导致筒内温度升高液体粘度下降，影响打印效果；更换材料
和清洗不便，维护成本高。5.活塞挤出式喷头是采用电机带动活塞-料筒的挤出机构来实现定量挤出，材料的挤出速度只与活塞的运动速度和料筒截面积有关，避免了材料变化和速度变化对挤出量造成影响，实现精确定量挤出。但这种方式不便于持续打印，在料筒内的材料用完之后需要重复装填或者更换料筒，造成打印不连续降低打印效率。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于电磁发射术的3D打印装置及打印方法，以解决高粘度液体打印过程中存在的精度低、速度慢、喷头易堵塞的问题，实现高粘度液体的精准快速3D打印。电磁发射技术是继化学能发射之后出现的一种新概念动能发射技术，电磁发射技术借助电磁能做功，将电磁能转化为喷射材料的有效载荷的动能。与常规的发射方式相比，电磁发射能提供较大的非接触式动能，可将喷射材料有效载荷加速到常规发射方式难以达到的超高初速和射速，且速度可任意调控、精度高、射程远、威力大，发射过程不易受到干扰、无噪声，具有重要的应用前景。本专利技术采取的技术方案是：XY向工作台和支架安装在底座上方，Z向工作台与支架滑动连接，连接架与Z向工作台连接，喷头与连接架连接，高精密注射泵固定在底座上，进料管两端分别与喷头和高精密注射泵固定连接，承片台安装在XY向工作台上方、喷头的下方，基板连接在承片台上。本专利技术所述喷头的结构是：绝缘材料将电磁导管分为两部分，分别在电磁导管两部分接上连接电源的正负极，散热片包裹在电磁导管上，电磁导管与进料口相连，电磁铁安装在散热片周围，电磁铁和散热片通过连接架固定，并安装在喷头外壳内。本专利技术所述电磁铁采用能够产生均匀磁场且磁场强度可调的电磁铁。一种基于电磁发射术的3D打印方法，包括下列步骤：(1).建立所需3D打印的三维模型；(2).根据步骤1中的模型配制所需导电液体；(3).通过粘度计和密度计测得步骤(2)中配制导电液体的液体粘度ν、液体密度ρ；(4).控制XY工作台2、Z向工作台8，分别带动基板4和喷头5移动至指定位置，使指定打印位置位于喷头5正下方，喷头位于打印位置上方1-2cm处；(5).分析步骤(1)中的三维模型和步骤(3)测得的导电液滴物理性质，根据给定打印参数，其中液滴体积V、磁场强度B、电流持续时间t、液体密度ρ、液体粘度ν、电磁导管直径d、电流强度I，使导电液体以喷射速度v射出；(6).高精密微量注射泵10接受计算机信号，将液滴体积V的液滴送入电磁导管502中，处于均匀磁场强度B范围内的导电液滴在一定电流持续时间t内通以电流强度为I的电流，受安培力F和阻力f作用运动，到达喷嘴时喷射速度为v、并以喷射速度v喷射至打印位置，完成单个点的打印；(7).反复重复步骤(3)～步骤(7)，打印点、由点及线、由线及面、由面及体，构建出所需的三维实体组织。所述导电液滴喷射速度v在10m/s～20m/s。本专利技术的优点是：结构新颖，根据不同材料性质给定磁场强度B、电流持续时间t和电流强度I，降低对喷射液滴理化性质的影响，适用理化性质易改变的导电液体，同时可以控制导电液体液滴体积V和10m/s-20m/s的喷射速度v，保证打印效果和精度。通过给定强度磁场强度B、电流持续时间t，控制电流强度I保证液滴喷出，防止喷头堵塞，对喷头的使用起到保护作用，降低维护费用，同时也扩大了使用喷射材料粘度的范围，适用于更多高粘度材料。精准控制进入电磁导管中导电液滴的液滴体积V，实现部分位置大液滴体积快速打印提高打印效率，部分位置小液滴体积精准打印提高打印精度，解决打印精度和打印效率不能兼顾的问题。使用散热片对电磁导管进行散热，避免因电流引起电磁导管过热导致喷射的导电液体理化性质的改变，同时在打印生物材料时保证打印材料的生物活性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术喷头结构示意图；图3是本专利技术喷头内部的结构示意图；图4是本专利技术喷头零部件爆炸图；图5是专利技术喷头的剖视图；图6是图5的A-A剖视图。具体实施方式XY向工作台2和支架9安装在底座1上方，Z向工作台8与支架9滑动连接，连接架6与Z向工作台8连接，喷头5与连接架6连接，高精密注射泵10固定在底座1上，进料管7两端分别与喷头5和高精密注射泵10固定连接，承片台3安装在XY向工作台2上方、喷头5的下方，基板4连接在承片台3上；所述喷头5的结构是：绝缘材料505将电磁导管502分为两部分，分别在电磁导管502两部分接上连接电源的正负极503，散热片508包裹在电磁导管502上，电磁导管502与进料口504相连，电磁铁501安装在散热片508周围，电磁铁501和散热片508通过连接架507固定，并安装在喷头外壳506内；电磁铁501采用能够产生均匀磁场且磁场强度可调的电磁铁；通过高精密注射泵10将液滴体积V的导电液体送入电磁导管502；XY工作台2是二维精密位移台，实现基板4的X、Y向移动，Z向工作台8配合喷头5的Z向移动完成打印件每一层的制造；电源503采用一个能够产生电流强度可调、电流持续时间可调的的电源；打印材料通过高精密注射泵11向喷头5的电磁导管502供料，注射泵通过进料管7和进料口504相连；通过密度计和粘度计测量配置完成的待打印导电液体的液体密度ρ、液体粘度ν，根据打印精度确定打印液滴的液滴体积V并由高精密微量注射泵11将其送入电磁导管502，通过控制XY向工作台2移动基板4使打印位置位于喷头5正下方，控制Z向工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁发射术的3D打印装置，其特征在于：XY向工作台和支架安装在底座上方，Z向工作台与支架滑动连接，连接架与Z向工作台连接，喷头与连接架连接，高精密注射泵固定在底座上，进料管两端分别与喷头和高精密注射泵固定连接，承片台安装在XY向工作台上方、喷头的下方，基板连接在承片台上。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁发射术的3D打印装置，其特征在于：XY向工作台和支架安装在底座上方，Z向工作台与支架滑动连接，连接架与Z向工作台连接，喷头与连接架连接，高精密注射泵固定在底座上，进料管两端分别与喷头和高精密注射泵固定连接，承片台安装在XY向工作台上方、喷头的下方，基板连接在承片台上。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁发射术的3D打印装置，其特征在于：所述喷头的结构是：绝缘材料将电磁导管分为两部分，分别在电磁导管两部分接上连接电源的正负极，散热片包裹在电磁导管上，电磁导管与进料口相连，电磁铁安装在散热片周围，电磁铁和散热片通过连接架固定，并安装在喷头外壳内。3.根据权利要求2所述的一种基于电磁发射术的3D打印装置，其特征在于：所述电磁铁采用能够产生均匀磁场且磁场强度可调的电磁铁。4.如权利要求1所述的一种基于电磁发射术的3D打印方法，其特征在于包括下列步骤：(1).建立所需3D打印的三维模型；(2).根据步骤1中的模型配制所需导电液体；(3).通过粘度计和密度计测得步骤(2)中配...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文征，刘巍，耿鹏，王博凡，李桂伟，武子超，赵继，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22