功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备及方法技术

本发明专利技术公开了功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备及方法，包括主动混合模块、被动混合打印模块、约束牺牲层打印模块，主动混合模块输入端与多个防沉降供料模块相连，主动混合模块输出端与被动混合打印模块相连；被动混合打印模块、约束牺牲层打印模块安装于XYZ三轴模组一侧；约束牺牲层打印模块连接约束牺牲层供料模块，在约束牺牲层材料的辅助作用下能够打印形成复杂功能梯度三维结构；主动混合模块包括振动混料室、安装于振动混料室的主动搅拌螺杆，进入主动混合模块的多种材料在超声振动及主动搅拌螺杆搅拌作用下均匀混合，并通过主动搅拌螺杆挤出。本发明专利技术能够实现连续功能梯度材料和复杂三维结构一体化制造，打印效率高、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备及方法


[0001]本专利技术涉及增材制造和功能梯度材料/结构制造
，尤其涉及一种功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备及方法。

技术介绍

[0002]功能梯度材料(Functionally Gradient Material,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】

【技术特征摘要】
1.功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，包括主动混合模块、被动混合打印模块、约束牺牲层打印模块，所述主动混合模块的输入端与多个防沉降供料模块相连，用于实现主动混合多种材料均匀混合；主动混合模块的输出端与被动混合打印模块相连，用于将主动混合后的材料接入被动混合打印模块进行静态混合；所述被动混合打印模块、约束牺牲层打印模块安装于XYZ三轴模组一侧；所述约束牺牲层打印模块连接约束牺牲层供料模块，在约束牺牲层材料的辅助作用下能够打印形成复杂功能梯度三维结构；其中，主动混合模块包括振动混料室、安装于振动混料室的主动搅拌螺杆，振动混料室能够进行超声振动；进入主动混合模块的多种材料在超声振动及主动搅拌螺杆搅拌作用下均匀混合，并通过主动搅拌螺杆挤出；被动混合打印模块包括被动混合打印喷头、能够带动被动混合打印喷头上下移动的气缸模组I；约束牺牲层打印模块包括约束牺牲层打印喷头、能够带动约束牺牲层打印喷头上下移动的气缸模组II。2.功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，包括主动混合模块、被动混合打印模块、FDM打印模块，所述主动混合模块的输入端与多个防沉降供料模块相连，用于实现主动混合多种材料均匀混合；主动混合模块的输出端与被动混合打印模块相连，用于将主动混合后的材料接入被动混合打印模块进行静态混合；所述被动混合打印模块、FDM打印模块安装于XYZ三轴模组一侧；所述FDM打印模块连接FDM送丝模块，FDM送丝模块能够将丝材输送到FDM打印模块中；其中，主动混合模块包括振动混料室、安装于振动混料室的主动搅拌螺杆，振动混料室能够进行超声振动；进入主动混合模块的多种材料在超声振动及主动搅拌螺杆搅拌作用下均匀混合，并通过主动搅拌螺杆挤出；被动混合打印模块包括被动混合打印喷头、能够带动被动混合打印喷头上下移动的气缸模组I；FDM打印模块包括FDM打印喷头、能够带动FDM打印喷头上下移动的气缸模组IV。3.根据权利要求1或2所述的功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，所述主动搅拌螺杆连接步进电机，主动搅拌螺杆沿振动混料室内部轴向安装；所述振动混料室一端设有出料口，出料口与被动混合打印喷头相连；振动混料室侧面设有多个用于连接防沉降供料模块的进料口。4.根据权利要求3所述的功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，所述振动混料室侧面设有进料口I、进料口II，进料口I与防沉降供料模块I相连，进料口II与防沉降供料模块II相连；防沉降供料模块I用于放置打印材料I，打印材料I为第一打印原材料，第一打印原材料采用光固化或者热固化材料；防沉降供料模块Ⅱ用于放置打印材料Ⅱ，打印材料Ⅱ为第一打印原材料和第二打印原材料的均匀混合液体；第二打印原材料采用微纳米材料。5.根据权利要求1或2所述的功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，所述被动混合打印喷头包括静态混合器、被动混合打印喷嘴，被动混合打印喷嘴安装于静态混合器一端，静态混合器另一端连接被动混合进料通口和被动混合正压气口；所述被动混合进料通口通过软管连接主动混合模块，被动混合正压气口通过软管连接正压气路；被动混合打印喷嘴连接高压直流电源的正极。
6.根据权利要求1所述的功能梯度材料和三维结构一体化制造的3D打印设备，其特征在于，所述约束牺牲层打印喷头包括约束牺牲层储料桶，约束牺牲层储料桶一端安装约束牺牲层喷头加热块和约束牺牲层打印喷嘴，约束牺牲层储...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，孙东明，林鑫，齐田宇，杨建军，赵佳伟，许权，郭鹏飞，张广明，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：