功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机及工作方法技术

本公开提供了一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机及工作方法，将送料模块、混料模块、打印喷头三者分开，通过各部件的巧妙设置，能够实现连续功能梯度材料和复杂三维结构一体化制造，具有多材料主动高效均匀混合，打印分辨率高(微纳微尺度特征结构打印)，适用材料种类广泛，生产效率高，成本低，结构简单的特点和突出优势。尤其是它能同时实现基于材料组成和微结构连续功能梯度材料和复杂三维结构一体化制造。

3D Printer and Its Working Method for Integrated Manufacturing of Functionally Gradient Materials and Molding Structures

The present disclosure provides a 3D printer and working method for integrated manufacturing of functionally gradient materials and forming structures. The feeding module, mixing module and printing sprinkler are separated. Through the ingenious setting of each component, continuous functionally gradient materials and complex three-dimensional structures can be integrated manufactured, with active, efficient and uniform mixing of multi-materials, and high printing resolution (micro-nano micro-scale). Characteristic structure printing, widely applicable materials, high production efficiency, low cost, simple structure and outstanding advantages. Especially, it can realize the integrated manufacturing of continuous functionally gradient materials and complex three-dimensional structures based on material composition and microstructures at the same time.

【技术实现步骤摘要】
功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机及工作方法
本公开属于增材制造和功能梯度材料/结构制造
，涉及一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机及工作方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。功能梯度材料(FunctionallyGradientMaterial,简称FGM)是指在材料的制备过程中，采用先进的复合技术，使材料的微观要素(包括材料组分和微观结构),在某特定方向上呈连续(或准连续)的梯度变化,从而使材料的宏观性能也在同一方向上呈连续(或准连续)梯度变化的一种非均质复合材料。功能梯度材料的显著特点是在传统的复合材料中加上材料含量配比成梯度变化的中间过渡层，从而使材料的物理性能呈渐变形式，避免或缓解传统复合材料由于物性差异太大而在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷。此外，功能梯度材料还具有非常好的可设计性，通过有针对性地改变各组分材料体积含量或者微结构的空间分布，以达到优化结构内部应力分布、满足不同部位对材料使用性能的要求。作为一种全新的先进材料，它既解决了复合材料的界面应力问题，同时又保持了材料的复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：包括至少送料模块、混料模块、打印机装置和控制系统，所述送料模块包括至少两个独立的送料机构，向所述混料模块内输送不同的打印材料；所述混料模块包括一搅拌容器，搅拌容器内设置有搅拌机构，所述搅拌机构有第一驱动机构带动转动，以混合接收到的打印材料，搅拌容器的出料口通过电加热管连接至打印机装置的打印喷头模块内；所述打印机装置，包括三维工作台，三维工作台的Z轴工作台上安装有打印喷头模块，X/Y轴工作台上设置有打印床，所述打印喷头模块包括第二驱动机构、单螺杆、挤压筒和导电喷嘴，所述第二驱动机构与单螺杆连接，能够驱动所述单螺杆在挤压筒内进行轴向运...

【技术特征摘要】
1.一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：包括至少送料模块、混料模块、打印机装置和控制系统，所述送料模块包括至少两个独立的送料机构，向所述混料模块内输送不同的打印材料；所述混料模块包括一搅拌容器，搅拌容器内设置有搅拌机构，所述搅拌机构有第一驱动机构带动转动，以混合接收到的打印材料，搅拌容器的出料口通过电加热管连接至打印机装置的打印喷头模块内；所述打印机装置，包括三维工作台，三维工作台的Z轴工作台上安装有打印喷头模块，X/Y轴工作台上设置有打印床，所述打印喷头模块包括第二驱动机构、单螺杆、挤压筒和导电喷嘴，所述第二驱动机构与单螺杆连接，能够驱动所述单螺杆在挤压筒内进行轴向运动，所述挤压筒与所述电加热管相连；所述导电喷嘴安装在挤压筒的底部，与高压脉冲电源连接；所述打印床为具有真空吸附和电加热功能的平台，打印床设置于摆台上，所述摆台设置于X/Y轴工作台上，能够在绕水平方向实现±90度范围内的倾转，能够在绕Z轴方向实现360度范围的回转；所述控制系统与送料模块、混料模块和打印机装置连接，控制各部分协同工作，利用不同组分或/和配比的材料的混合作用、单螺杆对打印材料的挤压作用和导电喷嘴的电场驱动喷射沉积作用，实现连续功能梯度材料和结构件的制造。2.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述送料模块至少包括两个送料机构，每个送料机构可放置不同的打印材料，根据设定的材料配比要求向混料模块的搅拌容器内输送原材料。3.如权利要求2所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述送料机构为单螺杆送料机构。4.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述混料模块包括第一驱动机构、主动螺杆、从动螺杆和搅拌容器，所述第一驱动机构和主动螺杆通过联轴器互联，所述从动螺杆与主动螺杆啮合，所述双螺杆安装在搅拌容器内部，所述搅拌容器侧面开有材料输送孔与送料模块相连，搅拌容器底端设有材料输送孔，输送孔与电加热管一端相连，混合均匀的材料通过电加热管输送到打印喷头模块的挤压筒内，搅拌容器外侧设置有若干加热器。5.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，赵佳伟，许权，杨昆，
申请(专利权)人：青岛五维智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37