一种液态金属微尺度4D打印机制造技术

本发明专利技术涉及智能制造技术领域，具体而言，涉及一种液态金属微尺度4D打印机。包括打印平台、移动结构、旋转结构以及喷射结构；喷射结构设置在移动结构上，移动结构设置在打印平台上且用于带动喷射结构沿前后方向、左右方向和/或竖直方向作直线运动；喷射结构用于设置打印材料且用于将打印材料喷射到旋转结构上。本发明专利技术在打印中使用打印材料在旋转结构上旋转叠加的方式形成产品，便于形成螺旋等结构，由此可以较为容易地打印出复杂结构的产品。打印弧形结构时，仅需要通过旋转结构带动产品转动以调整产品与喷射结构的位置，相对XYZ三轴直线运动以调整喷射结构相对产品的位置，可以节省打印时间和能源，并且提高打印分辨率至10μm。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属微尺度4D打印机
本专利技术涉及智能制造
，具体而言，涉及一种液态金属微尺度4D打印机。
技术介绍
随着科技的进步与人类需求的提高，将柔性电子器件应用于航空航天、生物医疗、汽车、微电子等领域成为研究热点。液态金属因具有高导电性、高导热性、高流变性、低粘性等优异的性能，使其成为制造柔性电子器件的首选材料。但由于液态金属的表面张力高，难以直接成型，针对此限制衍生了一系列方法，例如丝网印刷、喷墨打印、微通道掩膜等，然而以上方法仅能制得几何形状比较简单的图案，并且制备工艺复杂，难以满足未来科技的发展需求。因此有研究人员将液态金属与3D打印技术相结合，改善以上缺陷。然而，现有技术中的3D打印机仅有XYZ三轴，打印方式单一、打印速度低、打印几何形状少，仅能同时打印单种材料或者打印的多种材料无法实现交联，并且最重要的是仍然难以克服液态金属表面张力高的缺陷，无法打印出结构复杂的液态金属制品；同时，目前市场上的3D打印和4D打印技术分辨率低，其发展还不完善，其打印液态金属制品的精度(包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度)、物理性能(如强度、刚度、耐疲劳性等)及化学性能等大多不能满足实际工程的使用要求，从而其应用将大打折扣，难以满足未来科研与市场对液态金属制品严苛的需求。因此急需一种技术，使液态金属与其他材料进行交联打印，来应对液态金属表面张力高的缺陷，实现柔性电子功能器件的快速成型，使得目标终端装备的全程自动制造与组装成为可能为现代电子工业的发展提供变革性途径；急需一种技术突破传统的液态金属3D打印技术，将为满足航空航天、生物医疗、微电子等领域的重大需求，推动液态金属3D打印最终从小众走向大众，乃至实现液态金属4D打印，为实现产业的爆发提供充足动力和物质基础。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何打印结构复杂、分辨率高的液态金属制品。为解决上述问题，本专利技术提供一种液态金属微尺度4D打印机，包括打印平台、移动结构、旋转结构以及喷射结构；所述喷射结构设置在所述移动结构上，所述移动结构设置在所述打印平台上且用于带动所述喷射结构沿前后方向、左右方向和/或竖直方向作直线运动；所述喷射结构用于设置打印材料且用于将打印材料喷射到所述旋转结构上，所述旋转结构用于接受所述打印材料并带动所述打印材料转动，所述打印材料不断在所述旋转结构上进行叠加并直至形成产品。可选地，所述旋转结构包括设置在所述打印平台上的转轴支架、设置在所述转轴支架上的旋转轴伺服电机以及与所述旋转轴伺服电机传动连接的转管，所述转管设置为沿水平方向分布的长条状结构且位于所述喷射结构的喷射范围内，所述旋转轴伺服电机用于带动所述转管沿自身轴线方向转动，所述打印材料不断在所述转管的周壁上进行叠加并直至形成产品。可选地，所述旋转结构还包括设置于所述旋转轴伺服电机和所述转管之间的减速机。可选地，所述旋转结构还包括设置在所述减速机的传动轴上的三爪卡盘，所述转管可拆卸地安装在所述三爪卡盘上。可选地，所述喷射结构包括设置在所述移动结构上的两个推进装置和设置在其中一个所述推进装置上的喷嘴，两个所述推进装置内均用于设置所述打印材料，所述喷嘴包括主体、设置在所述主体上的喷头以及设置在所述主体上的接口，所述主体、所述喷头以及所述接口相互连通，所述主体与一个所述推进装置相连通，所述接口与另一个所述推进装置相连通。可选地，所述喷嘴还包括设置在所述主体内的橡胶塞，所述橡胶塞与所述主体同轴分布且与所述主体的内壁抵接，所述橡胶塞上开设有连通所述主体和所述喷头的通孔。可选地，所述接口包括设置在所述主体上的公鲁尔接头和设置在所述公鲁尔接头上的母鲁尔接头，所述喷嘴还包括设置在所述公鲁尔接头靠近所述主体一端的外壁上的第一橡胶圈。可选地，所述喷嘴还包括设置在所述公鲁尔接头的外壁和所述母鲁尔接头的内壁之间的第二橡胶圈。可选地，所述喷嘴还包括设置在所述主体的外壁上的六角螺栓。可选地，所述推进装置包括设置在所述移动结构上的支架、设置在所述支架上且沿所述支架的长度方向运动的挤压块、设置在所述支架上且用于驱动所述挤压块的驱动件以及设置在所述挤压块的下端的喷料件，所述喷料件包括设置在所述支架上的套筒和设置在所述套筒内的针管，所述针管的活动端与所述挤压块抵接且所述针管的固定端与所述主体连通。本专利技术的技术效果：本专利技术通过设置旋转结构，在直线移动打印方式的基础上增加了旋转打印的方式，在打印中使用打印材料在旋转结构上旋转叠加的方式形成产品，便于形成螺旋等结构，由此可以较为容易地打印出复杂结构的产品。在打印产品的过程中使用直线打印的方式结合旋转打印的方式，丰富了打印方式的组合，也使打印方式更为灵活，其中打印弧形结构时，仅需要通过旋转结构带动产品转动以调整产品与喷射结构的位置，相对XYZ三轴直线运动以调整喷射结构相对产品的位置，可以缩短喷射结构的运动路径，并节省打印时间和能源。此外，Z轴传动采用直线电机，可以极大地提高打印速度，不会造成打印材料堆积，从而提高打印机的分辨率，进而可以将打印机的打印精度提升到10μm左右。推进装置中设置滚珠丝杆，可以确保传动过程的稳定性，实现精确定位和高速连续性运动，从而确保打印材料落点的精确性，进而可以进一步提高打印机的分辨率。附图说明图1为本专利技术实施例的液态金属微尺度4D打印机的结构示意图；图2为本专利技术实施例的液态金属微尺度4D打印机的分解结构示意图；图3为本专利技术实施例的移动结构和旋转结构的结构示意图；图4是本专利技术实施例的旋转结构的结构示意图；图5是图4中A区域的放大图；图6是本专利技术实施例的喷嘴的结构示意图；图7是本专利技术实施例的喷嘴的剖面结构示意图；图8是图7中B区域的放大图；图9是图7中C区域的放大图；图10是本专利技术实施例的推进装置的结构示意图。附图标记：1、外壳；11、上机架；111、触摸工控机；112、键盘支架；113、安全指示灯；12、下机架；121、散热装置；2、打印平台；21、面板；22、加热板；3、移动结构；31、横向移动装置；32、纵向移动装置；33、竖直移动装置；4、旋转结构；41、转轴支架；42、旋转轴伺服电机；43、转管；44、减速机；45、三爪卡盘；5、喷射结构；51、推进装置；511、推进支架；5121、驱动电机；5122、滚珠丝杆；5123、挤压块；5124、滑轨；5131、针管；5132、固定器；5133、套筒；5134、固定片；5135、旋钮；514、加热模块；52、喷嘴；521、主体；522、喷头；523、接口；5231、公鲁尔接头；5232、母鲁尔接头；524、橡胶塞；525、第一橡胶圈；526、第二橡胶圈；527、六角螺栓；61、针头；62、软管。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本文中设置有XYZ坐标系，其中X轴的正向代表前方，X轴的反向代表后方，Y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，包括打印平台(2)、移动结构(3)、旋转结构(4)以及喷射结构(5)；/n所述喷射结构(5)设置在所述移动结构(3)上，所述移动结构(3)设置在所述打印平台(2)上且用于带动所述喷射结构(5)沿前后方向、左右方向和/或竖直方向作直线运动；/n所述喷射结构(5)用于设置打印材料且用于将所述打印材料喷射到所述旋转结构(4)上，所述旋转结构(4)用于接受所述打印材料并带动所述打印材料转动，所述打印材料适于不断在所述旋转结构(4)上进行叠加并直至形成产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，包括打印平台(2)、移动结构(3)、旋转结构(4)以及喷射结构(5)；
所述喷射结构(5)设置在所述移动结构(3)上，所述移动结构(3)设置在所述打印平台(2)上且用于带动所述喷射结构(5)沿前后方向、左右方向和/或竖直方向作直线运动；
所述喷射结构(5)用于设置打印材料且用于将所述打印材料喷射到所述旋转结构(4)上，所述旋转结构(4)用于接受所述打印材料并带动所述打印材料转动，所述打印材料适于不断在所述旋转结构(4)上进行叠加并直至形成产品。


2.如权利要求1所述的液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，所述旋转结构(4)包括设置在所述打印平台(2)上的转轴支架(41)、设置在所述转轴支架(41)上的旋转轴伺服电机(42)以及与所述旋转轴伺服电机(42)传动连接的转管(43)，所述转管(43)设置为沿水平方向分布的长条状结构且位于所述喷射结构(5)的喷射范围内，所述旋转轴伺服电机(42)用于带动所述转管(43)沿自身轴线方向转动，所述打印材料不断在所述转管(43)的周壁上进行叠加直至形成产品。


3.如权利要求2所述的液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，所述旋转结构(4)还包括设置于所述旋转轴伺服电机(42)和所述转管(43)之间的减速机(44)。


4.如权利要求3所述的液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，所述旋转结构(4)还包括设置在所述减速机(44)的传动轴上的三爪卡盘(45)，所述转管(43)可拆卸安装在所述三爪卡盘(45)上。


5.如权利要求2所述的液态金属微尺度4D打印机，其特征在于，所述喷射结构(5)包括设置在所述移动结构(3)上的两个推进装置(51)和设置在其中一个所述推进装置(51)上的喷嘴(52)，两个所述推进装置(51)内均用于设置所述打印材料，所述喷嘴(52)包括主体(521)、设置在所述主体(521)上的喷头(522)以及设置在所述主体(521)上的接口(523)，所述主体(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，原禧敏，单德彬，郭斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23