液体基质中短纤维定向组装3D打印方法及装置制造方法及图纸

本专利公开了一种3D打印工艺中定向组装短纤维的方法及装置。该方法是基于粉末床3D打印工艺，在液体成型材料中加入短纤维，同时改变铺料方式，在铺料时刮刀速度的大小及方向可以按照设计改变。铺料时液体基质中的纤维受到刮刀的剪切作用，纤维的长度方向会趋向于刮刀的运动方向，即实现纤维的长程有序。因此,通过设计刮刀的运动路径，即可以实现纤维的定向排列组装。采用本方法打印的材料，由于材料中的纤维方向是定向的，会产生不同于纤维随机分布材料的性质。这种可设计的各向异性材料，是一种仿生先进材料，在生物医学、机器人、传感器及机电一体化器件等领域存在广泛的应用潜力。

Short fiber oriented assembly 3D printing method and apparatus in liquid substrate

The invention discloses a method and a device for directionally assembling short fibers in a 3D printing process. The method is based on the powder bed 3D printing process, adding short fiber in liquid forming material and changing the paving mode at the same time, when the material is laid, the size and direction of the scraper speed can be changed according to the design. When the material is laid, the fiber in the liquid matrix is subjected to the shearing action of the scraper, and the length direction of the fiber will tend to the direction of the scraper, i.e., the long range order of the fiber. Therefore, by designing the movement path of the scraper, the fibers can be arranged in an orderly arrangement. Materials printed by this method, because of the orientation of the fibers in the material, will produce properties different from those of fibers randomly distributed. This designed anisotropic material is a biomimetic advanced material and has a wide range of potential applications in biomedicine, robotics, sensors and Mechatronic devices.

【技术实现步骤摘要】
液体基质中短纤维定向组装3D打印方法及装置
本专利技术属于快速成型与数字制造领域，具体涉及一种在3D打印工艺液态基质中使短纤维定向组装的方法及装置。
技术介绍
生物材料通常是具有微结构的复合材料，其运用微结构设计，可以实现许多超越人造材料的特殊性能。而纤维是生物材料构建微结构的主要元素之一，通过对纤维几何参数、分布特性及其材料组分的设计，形成各种材料微结构，从而实现所需的材料性能，如螳螂虾的布利钢结构及正弦结构等。目前普遍采用在打印材料中加入纤维、微杆、薄片、碳纳米管及晶须等具有一定长径(宽)比的增强微粒子，在打印过程中采用剪切(摩擦)、磁场、声场及电场诱导的方式，使增强材料定向组装。所采用的3D打印成型技术包括：熔融沉积成型(FDM)、数字掩膜光固化(DLP)以及3D喷墨打印(3DP)等。但以上诱导方案均存在其固有缺点。如，挤出剪切诱导只能在二维空间组装，且由于挤出打印是逐行成型，行与行之间存在间隙；DLP震荡诱导组装工艺的基质材料粘度不能太高；电磁诱导组装的粒子需要功能化(磁化)，液体基质材料粘度需保持低粘度；声场组装要求液体基质粘度较低等。本专利技术的显著优点在于：1.可调控多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体基质中短纤维定向组装3D打印方法，其特征在于：在粉末床3D打印工艺中，在液体成型材料里加入短纤维材料制备成纤维增强浆料；浆料置于上下开口的长方形料箱中；料箱下面与打印装置基面接触；基面上设置有可上下移动的成型平台；铺料时当料箱经过成型平台时，原料依靠重力落下并被料箱后壁铺展在成型平台上；铺料时料箱的速度大小和方向可调。

【技术特征摘要】
1.一种液体基质中短纤维定向组装3D打印方法，其特征在于：在粉末床3D打印工艺中，在液体成型材料里加入短纤维材料制备成纤维增强浆料；浆料置于上下开口的长方形料箱中；料箱下面与打印装置基面接触；基面上设置有可上下移动的成型平台；铺料时当料箱经过成型平台时，原料依靠重力落下并被料箱后壁铺展在成型平台上；铺料时料箱的速度大小和方向可调。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铺料时料箱速度可以按照预设调整，可以同时沿x和y方向做协调运动，x方向速度与y方向速度比值范围是0.1-20。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，料箱可以绕Z轴旋转，其旋转范围是0-360°，且绕Z轴运动可与X、Y向运动耦合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，液体基质材料粘度范围为300-10000CPS(20℃)。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰倩，任露泉，刘庆萍，刘慧力，张宝玉，周雪莉，宋正义，刘清荣，李卓识，王振国，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22