一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，包括如下步骤：布置液态凝胶打印环境；根据预设路径将光敏打印材料注入到液态凝胶打印环境中，以勾勒模型形状；对模型形状曝光后获得刚柔耦合部件。本申请通过采用液体凝胶环境来实现无支撑，同时采用光固化的方式实现快速成型的增材制造，在无支撑的打印环境下，不需要额外的喷头喷出支撑材料，进而增加喷头的利用率以及实现刚性材料和柔性材料混合打印的方式。

A hybrid material addition method based on liquid gel environment for rigid flexible coupling parts

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法
本专利技术涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法。
技术介绍
目前市面上的主流的3D打印技术，FDM(FusedDepositionModeling，熔融沉积)、SLA(StereoLithographyApparatus，光敏树脂选择性固化)及DLP(DigitalLightProcession，数字光处理)等，均是针对单一的刚性或柔性材料打印，单次打印只能打同一种材料，无法实现两种或两种以上不同材料的混合打印，大大限制了研究人员，工程师，设计师的创作空间。目前FDM双喷头打印机可以实现双材料打印，但仅限于在一种作为模型材料，另一种作为支撑材料的使用，无法实现刚性材料和柔性材料混合打印的方式。
技术实现思路
基于此，为了解决无法实现刚性材料和柔性材料混合打印的问题，本专利技术提供了一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其具体技术方案如下：一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，包括如下步骤：布置液态凝胶打印环境；根据预设路径将光敏打印材料注入到液态凝胶打印环境中，以勾勒模型形状；对模型形状曝光后获得刚柔耦合部件。上述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，通过采用液体凝胶环境来实现无支撑，同时采用光固化的方式实现快速成型的增材制造，在无支撑的打印环境下，不需要额外的喷头喷出支撑材料，进而增加喷头的利用率以及实现刚性材料和柔性材料混合打印的方式。进一步地，所述光敏打印材料包括至少两种光敏树脂。进一步地，两种所述光敏树脂分别为柔性光敏树脂和刚性光敏树脂。进一步地，根据预设路径依次注入各种光敏打印材料，待注入的光敏打印材料的起始点位于已注入的光敏材料的结束点处。进一步地，各所述光敏树脂的层高与预设路径的层高一致。进一步地，至少两种所述光敏树脂的照射波长均为395nm～410nm。进一步地，至少两种所述光敏树脂的固化时间均为16s～21s。进一步地，至少两种所述光敏树脂之间的固化时间误差不超过±0.5s。进一步地，至少两种所述光敏树脂的密度相差不大于0.1g/㎝3。进一步地，所述曝光使用的是紫外光照射。附图说明从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。图1是本专利技术实施例之一中一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法的结构示意图；图2是本专利技术实施例之一中一种基于凝胶态环境的无支撑3D打印系统的整体结构示意图；图3是本专利技术实施例之一中一种基于凝胶态环境的无支撑3D打印系统的部分结构立体示意图之一；图4是本专利技术实施例之一中一种基于凝胶态环境的无支撑3D打印系统的部分结构立体示意图之二；图5是本专利技术实施例之一中高速摄像机拍摄打印场景图。附图标记说明：1、Y轴移动组件；2、X轴移动组件；3、Z轴移动组件；4、第一针筒；5、第一打印喷头；6、第二针筒；7、第二打印喷头；8、箱体。具体实施方式为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。目前市面上的针对于塑料的主流3D打印技术主要有FDM、SLA及DLP。其中，SLA和DLP技术虽然具备高精度(±0.02mm)以及高光滑度的表面，但因为其是在树脂环境中通过紫外光定点照射而成型的，所以在打印角度大于等于60°以上的模型结构时必须添加支撑，否则会造成悬空部分下沉的后果，其步骤繁琐，打印效率低下。在打印完成后，需要人工剪断支撑后，然后再利用超声波清洗机去除支撑留下的印子，其去除支撑方面的步骤也十分繁琐，费时费力。以FDM为基础的3D技术则是采用双喷头打印两种材料，一种是模型材料，另一种则是水溶性支撑材料。其缺陷在于，一是FDM打印精度和表面光滑度低，即使使用水溶性材料作为支撑，支撑去除后表面也十分粗糙；二是打印完后需要将水溶性支撑材料长时间(1-2小时)浸泡到70摄氏度以上水中，才能将支撑去除。三是水溶性支撑材料极易受潮，保存起来很不方便。如图1所示，本专利技术一实施例中的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，包括如下步骤：布置液态凝胶打印环境；根据预设路径将光敏打印材料注入到液态凝胶打印环境中，以勾勒模型形状；对模型形状曝光后获得刚柔耦合部件。上述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，通过采用液体凝胶环境来实现无支撑，同时采用光固化的方式实现快速成型的增材制造，在无支撑的打印环境下，不需要额外的喷头喷出支撑材料，进而增加喷头的利用率以及实现刚性材料和柔性材料混合打印的方式。在其中一个实施例中，所述液体凝胶打印环境由卡波姆940、无水乙醇、氯化钠和蒸馏水混合而成，其具备的特性为：1.与光敏树脂的密度近似，可以使光敏树脂悬浮在里面；2.整体材料呈弱碱性，遇弱酸可溶解；3.反应具备吸热效果，可加快材料冷却。在其中一个实施例中，所述光敏打印材料包括至少两种光敏树脂。在其中一个实施例中，两种所述光敏树脂分别为柔性光敏树脂和刚性光敏树脂。具体的，两种所述光敏树脂分别为刚性光敏树脂和柔性硅胶光敏树脂。在其中一个实施例中，根据预设路径依次注入各种光敏打印材料，待注入的光敏打印材料的起始点位于已注入的光敏材料的结束点处。在其中一个实施例中，各所述光敏树脂的层高与预设路径的层高一致。在其中一个实施例中，至少两种所述光敏树脂的照射波长均为395nm～410nm。在其中一个实施例中，至少两种所述光敏树脂的固化时间均为16s～21s。在其中一个实施例中，至少两种所述光敏树脂之间的固化时间误差不超过±0.5s。在其中一个实施例中，至少两种所述光敏树脂的密度相差不大于0.1g/㎝3。该参数是为了防止差异过大影响混合效果。在其中一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n布置液态凝胶打印环境；/n根据预设路径将光敏打印材料注入到液态凝胶打印环境中，以勾勒模型形状；/n对模型形状曝光后获得刚柔耦合部件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
布置液态凝胶打印环境；
根据预设路径将光敏打印材料注入到液态凝胶打印环境中，以勾勒模型形状；
对模型形状曝光后获得刚柔耦合部件。


2.如权利要求1所述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，所述光敏打印材料包括至少两种光敏树脂。


3.如权利要求2所述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，两种所述光敏树脂分别为柔性光敏树脂和刚性光敏树脂。


4.如权利要求2所述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，根据预设路径依次注入各种光敏打印材料，待注入的光敏打印材料的起始点位于已注入的光敏材料的结束点处。


5.如权利要求4所述的一种基于液态凝胶环境的刚柔耦合部件混合增材制造方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炫玮，李剑浩，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44