一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，包括：3D打印系统，用于材料的混合输出及打印构件的成型制造；材料供应系统，主要用于打印原材料的供应；多功能气压系统，用于调整多种打印原材料的实时输送速度；计算机控制系统，用于控制整个3D打印系统的工作顺序及材料供应。本发明专利技术的系统及方法，结构简单、通用性好、可控性强，可实现均质材料—多材料组合—梯度材料复合集成式3D打印，该打印系统及方法在医疗、航天及机械制造等领域具有巨大的应用潜力。巨大的应用潜力。巨大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法


[0001]本专利技术涉及多材料增材制造
，特别涉及一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术又称为增材制造，它是一种基于CAD建模基础上的“自下而上”材料逐层累加的制造方法。目前已经被广泛应用于航空航天、组织工程、生物医疗、汽车、家电、新材料、新能源、机器人等诸多领域，有着十分广阔的应用前景。
[0003]随着微机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、4D打印、航空航天、汽车等诸多领域的快速发展，对于复杂的多材料微尺度结构一体化制造有着巨大的产业需求。现有的3D打印大多仅能实现单材料打印，已开发的多材料3D打印机大多数拥有多个喷头，打印过程中需要频繁切换，且无法实现真正意义上梯度材料的打印成型。因此，高效、低成本实现均质材料—多材料组合—梯度材料复合集成式3D打印一直被认为是一项技术难题，也是当前国际上学术界和产业界的研究热点和亟待突破的瓶颈问题。

技术实现思路

[0004]针对现有3D打印技术中缺乏均质材料、多材料组合式打印到梯度材料混合打印的技术手段，本专利技术提供了一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，首先是一种多材料多功能可切换3D打印系统，然后是一种多材料多功能可切换3D打印方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0006]一种多材料多功能可切换3D打印系统，其特征在于，包括：
[0007]3D打印系统，通过控制多材料混合打印针头在三维空间内运动，生成3D打印构件，实现多材料混合梯度打印构件的制作；
[0008]材料供应系统，主要用于3D打印系统的材料供应，其材料输出速率由多功能气压系统进行控制；
[0009]多功能气压系统，其主要控制3D打印构件各物料的输入速率及3D打印系统的动力输入；
[0010]计算机控制系统，主要控制3D打印系统、材料供应系统及多功能气压系统的运动配合，实现3D打印构件的生成。
[0011]进一步地，所述3D打印系统还包括：
[0012]打印喷头支撑装置，其主要用于支撑固定打印装置，保证打印过程中其相对位置的准确度。
[0013]3D打印构件支撑平台，固定于打印平台之上，其主要用于支撑3D打印构件；
[0014]混料装置，其主要用于A、B、C材料的输入、混合及打印工作；
[0015]其中，所述混料装置，可以有多个进料入口，其机械结构与实际应用工况有关；
[0016]三维运动系统，通过软件程序控制，使3D打印装置可以在三维空间内任意移动。
[0017]进一步地，所述混料装置还包括：
[0018]A材料输入装置、B材料输入装置、C材料输入装置、材料隔离装置、旋转装置、伸缩装置、存料仓、出料口、伸缩杆、打印喷头、材料搅拌装置；
[0019]其中，A材料输入装置、B材料输入装置、C材料输入装置的材料输入速率可根据成型需求动态调控，当打印均质材料及单一挤出通道多材料组合制件时，各材料输入速率恒定；当打印梯度材料制件时，各材料体系的输入速率实时调整；材料隔离装置，其主要用于A材料，B材料，C材料的初始输入隔离；
[0020]旋转装置，其通过电机带动旋转伸缩杆，进而带动搅拌装置进行旋转，可是使得A材料、B材料、C材料均匀混合；
[0021]伸缩装置，其主要用于实现搅拌装置及旋转伸缩杆的伸出和缩回，进而实现均质材料和组合式多材料打印的任意切换。
[0022]其中，当搅拌装置及旋转伸缩杆处于伸出状态，打印喷头输出的为混合均质材料，当搅拌装置及旋转伸缩杆为收回状态时，打印喷头输出的为A材料—B材料—C材料的多材料组合；
[0023]进料仓，其主要用于各材料混合前的初始存储工作；
[0024]混料入口，用以实现各材料按既定比例混合；
[0025]打印喷头，其主要用于复合材料或者混合后材料的最终输出；
[0026]其中，打印喷头可以沿轴线变向变速自由转动，从而实现单一通道内组合式多材料的旋转挤出，其转速范围为5r/min～200r/min。
[0027]进一步地，所述材料供应系统主要由A材料储存装置，B材料储存装置及C材料储存装置构成；
[0028]其中，A材料储存装置，用于存储打印所需要的A材料；B材料储存装置，用于存储打印所需要的B材料；C材料储存装置，用于存储打印所需要的C材料；
[0029]其中，A材料储料装置、B材料储料装置及C材料储料装置与3D打印系统各自单通道连接，供料互不干涉。
[0030]其中，A材料存储装置通过A材料输出装置，由管道直接输送到材料A输入装置内；B材料存储装置通过B材料输出装置，由管道直接输送到材料B输入装置内；C材料存储装置通过C材料输出装置，由管道直接输送到材料C输入装置内。
[0031]进一步地，所述多功能气压系统有多个空气输出接口，每个接口单独与材料供应罐相连，互不干涉；
[0032]其中，每个输出口的气压由计算机控制系统进行单独控制，每个输出口的气压可以根据需要进行单独调节；
[0033]其中，气泵系统气压控制在5000～90000pa；
[0034]其中，所述多功能气压系统可独立控制各材料体系的输出速率。
[0035]进一步地，所述计算机控制系统主要含有气压控制软件、3D打印软件及温度控制软件；
[0036]其中，气压控制软件，其主要用于控制多功能气压的气压输出，实现多通道集成控制功能。
[0037]其中，3D打印软件，其主要用于控制打印喷头的三维空间运动，实现三维数模与打
印系统的实时转化功能。
[0038]另外的说明，一种多材料多功能可切换3D打印方法，包括：
[0039]S101，3D打印材料选择
[0040]3D打印材料由A、B、C三种独立的具有一定流变学特性及保形能力的熔/溶体、胶体或者悬浮液等材料体系，要求各材料体系粘度控制在20～2000mPa
·
s；
[0041]S102，多材料构件制作，具体包括：
[0042]步骤1：三维模型构建，根据工程需要建立三维立体模型，然后通过3D打印软件对模型进行打印前的离散化处理，获得三维样件各位置点的材料信息、混料装置各部件的运动信息、多功能气压系统的气压信息等；
[0043]步骤2：打印程序运动编程，根据构件的特性，选择混料装置15的混料工艺，确定其运动参数，然后通过各控制软件进行相应运动编程控制；
[0044]步骤3：将材料放入供料供应系统，并将压缩气源通过压缩气源接入A材料输出装置、B材料输出装置、C材料输出装置，用以控制各材料的挤出；
[0045]步骤4：:多材料复合构件的生成，按照步骤中获得3D打印系统的运动代码及多功能气压系统的气源控制信号，将内含多种材料的挤出材料层层累积在成型平台上。
[0046]S103，后处理
[0047]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，其特征在于，包括：3D打印系统(1)，通过控制多材料混合打印针头在三维空间内运动，生成3D打印构件，实现多材料混合梯度打印构件的制作；材料供应系统(2)，主要用于3D打印系统(1)的材料供应，其材料输出速率由多功能气压系统(3)进行控制；多功能气压系统(3)，其主要控制3D打印构件各物料的输入速率及3D打印系统1的动力输入；计算机控制系统(4)，主要控制3D打印系统(1)、材料供应系统(2)及多功能气压系统(3)的运动配合，实现3D打印构件的生成。2.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，其特征在于，所述3D打印系统(1)还包括：打印喷头支撑装置(11)，其主要用于支撑固定打印装置，保证打印过程中其相对位置的准确度；3D打印构件支撑平台(12)，固定于打印平台(13)之上，其主要用于支撑3D打印构件(14)；混料装置(15)，其主要用于A、B、C材料的输入、混合及打印工作；其中，所述混料装置(15)，可以有多个进料入口，其机械结构与实际应用工况有关；三维运动系统(16)，通过软件程序控制，使3D打印装置可以在三维空间内任意移动。3.如权利要求2所述的一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，其特征在于，所述混料装置(15)还包括：混料装置包括A材料输入装置(151)，B材料输入装置(152)，C材料输入装置(153)，材料隔离装置(154)，旋转装置(155)，伸缩装置(156)，存料仓(157)，出料口(158)，伸缩杆(159)，打印喷头(1510)，材料搅拌装置(1511)；其中，A材料输入装置(151)、B材料输入装置(152)、C材料输入装置(153)的材料输入速率可根据成型需求动态调控，当打印均质材料及单一挤出通道多材料组合制件时，各材料输入速率恒定；当打印梯度材料制件时，各材料体系的输入速率实时调整；材料隔离装置(154)，其主要用于A材料，B材料，C材料的初始输入隔离；旋转装置(155)，其通过电机带动旋转伸缩杆，进而带动搅拌装置进行旋转，可是使得A材料、B材料、C材料均匀混合；伸缩装置(156)，其主要用于实现搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)的伸出和缩回，进而实现均质材料和组合式多材料打印的任意切换；其中，当搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)处于伸出状态，打印喷头(1510)输出的为混合均质材料，当搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)为收回状态时，打印喷头(1510)输出的为A材料—B材料—C材料的多材料组合；进料仓(157)，其主要用于各材料混合前的初始存储工作；混料入口(158)，用以实现各材料按既定比例混合；打印喷头(1510)，其主要用于复合材料或者混合后材料的最终输出；其中，打印喷头(1510)可以沿轴线变向变速自由转动，从而实现单一通道内组合式多材料的旋转挤出，其转速范围为5r/min～200r/min。
4.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张计锋，殷志富，杨雪，周雪莉，贾炳强，胡伟，李露，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：