一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置及方法，用于解决现有挤出式3D打印材料梯度连续性、打印效率及复杂性等方面的问题。具体该系统部分包括：增材制造成型平台、连续性可调流控集成模块、数字化材料供应模块、集中控制模块。其方法主要依赖于利用连续性可调流控集成模块可以使两种及两种以上的组分材料进行多次分流、整合，实现梯度材料输出。并且通过动态调整不同组分材料的输送速度，可以实时调整挤出单道内材料的梯度分布；其次结合不同梯度流道模块选择及组装实现材料料梯度连续性特征的编程调整，本发明专利技术具有适应范围广泛、装置简单、方法易操作等优点。方法易操作等优点。方法易操作等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置及方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别涉及一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置及方法。

技术介绍

[0002]功能梯度材料通过使材料的微观要素(例如材料组分和微观结构)，在特定方向上呈现连续的梯度变化，以达到优化结构内部应力分布、满足不同部位对材料服役性能的要求，在航空航天、生物医疗、柔性电子、电磁、光学及核工程等诸多领域和行业，显示出广阔的工程应用前景。而传统制备方法包括化学气相沉积法、物理蒸镀法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、粉末冶金法、离心成形法、注浆成形法、化学气相渗透法和电解析出法等，只能成形结构较为简单的功能梯度材料和零件，无法实现复杂三维结构一体化制造。
[0003]近年出现的3D打印技术为功能梯度材料及结构的制造提供了一种全新的技术解决方案，例如定向能量沉积、激光熔覆、聚合物喷射等技术，均存在设备昂贵、材料受限、工艺繁琐等问题，而基于挤出式3D打印通常通过两个材料供应系统及主动混合装置实现准连续性梯度材料的打印，但在在材料梯度连续性、打印效率及复杂性方面存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，包括：增材制造成型平台(1)，其设计在连续性可调流控集成模块(2)正下方，可在X
‑
Y二维平面内任意方向定向匀速移动，并在垂直Z轴方向上下移动，从连续性可调流控集成模块(2)挤出连续性可调的流体逐层沉积在增材制造成型平台(1)，实现梯度材料结构实体的立体成型；连续性可调流控集成模块(2)，通过组装不同类型的梯度流道模块(23)，实现挤出通道内材料梯度连续性的调整，位置位于增材制造成型平台(1)正上方，其材料入口(22)与经输送软管(311)与数字化材料供应模块(3)相连，从而实现打印材料的供应；数字化材料供应模块(3)，其主要用以实现各组分材料的变速或匀速供应，经输送软管(311)与连续性可调流控集成模块(2)相连，将组分材料输送至连续性可调流控集成模块(2)，可调变量包括组分材料的实时输送速度、挤出量及输送时间；集中控制模块(4)，其属于整个3D打印装置的控制模块，分别与增材制造成型平台(1)、连续性可调流控集成模块(2)以及数字化材料供应模块(3)直接相连，主要用于控制各模块的工作流程及相关工艺参数，实现3D打印系统按需有序工作。2.如权利要求1所述的一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，所述增材制造成型平台(1)，包括：增材制造成型平台软件系统，用以控制增材制造成型平台硬件装置在三维空间内的工作流程及移动速度；增材制造成型平台硬件装置，其在X
‑
Y平面内及Z轴方向运动，是实现连续性可调梯度材料增材制造立体成型的物理基础。3.如权利要求1所述的一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，所述连续性可调流控集成模块(2)，包括：智能流控自主更换系统(21)，其在打印过程中根据需要在线选择及组装不同类型的梯度流道模块(23)和集成打印喷头(25)，实现打印过程中梯度材料连续性的实时调整；材料入口(22)，其与输送软管(311)相连，可将数字化材料供应模块(3)的组分材料输送到对应的材料入口(22)，实现组分材料的供应；梯度流道模块(23)，为连续性可调流控集成模块(2)乃至整个3D打印装置的核心部件，通过将不同类型的梯度流道模块(23)进行组装拼接，不同组分材料流经不同的分流流道再重新组合，从而可实现材料梯度的连续性可调；模块旋转装置(24)，在打印过程中根据需要促使连续性可调流控集成模块2顺时针0～90
°
及逆时针0～90
°
旋转，从而实现梯度材料在X
‑
Y平面内精确分布；集成打印喷头(25)，其上接梯度流道模块(23)，将梯度流道模块(23)的梯度材料整体整合后，从集成打印喷头(25)挤出；原位紫外光固化系统(26)，其集成固定在集成打印喷头(25)上，用以固化从集成打印喷头(25)挤出的光敏树脂基质材料，保持梯度材料的连续性；其中，所述材料入口(22)根据组分材料的种类进行调整，包括两个及两个以上的材料入口；其中，所述梯度流道模块(23)可根据需要进行设计，分为二接三梯度流道模块、三接四梯度流道模块、四接五梯度流道模块、五接六梯度流道模块以此类推，也可以设计为二接六
梯度流道模块、三接九梯度流道模块、四接十梯度流道模块以此类推；其中，所述模块旋转装置(24)顺时针或逆时针旋转速度为0.1
‑
2rpm；其中，所述集成打印喷头(25)分为二合一集成打印喷头、三合一集成打印喷头、四合一集成打印喷头、五合一集成打印喷头以此类推，其与上接的梯度流道模块(23)的出口数量密切相关。4.如权利要求1所述的一种连续性可调的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，所述数字化材料供应模块(3)，包括：A组分材料数字化供应系统(31)、B组分材料数字化供应系统(32)；其中，所述材料数字化供应系统与梯度材料的组分材料种类相当，组分材料的数量对应数字化材料供应模块(3)中组分材料数字化供应系统的数量；进一步地，所述A组分材料数字化供应系统(31)、B组分材料数字化供应系统(32)，还包括：输送软管(311)，用以连接数字化材料供应模块3及连续性可调流控集成模块(2)的材料入口(22)，实现组分材料的输送，并且不会妨碍连续性可调流控集成模块(2)的旋转运动；材料筒(312)，其用以装载不同的组分材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张计锋，周雪莉，殷志富，杨雪，刘洪佩，田雏榜，夏浓，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：