【技术实现步骤摘要】
非单一材质零件3D打印系统及方法
[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别是一种非单一材质零件3D打印系统及方法。
技术介绍
[0002]3D打印技术是制造领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为具有工业革命意义的制造技术。运用该技术进行生产的主要流程是：先通过计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备(3D打印机)，用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。
[0003]3D打印的大致流程是：将多种原料基于一定配比进行混合，研磨，再将研磨后形成的材料导入喷头中，由计算机控制喷头在X
‑
Y
‑
Z三个方向上移动，同时控制出料嘴挤出融化状态的材料，材料挤出后，在pH值、光照、热辐射等固化因素作用下迅速固化，通过逐层堆积形成成型件。
[0004]目前3D打印技术还存在以下不足之处：1、仅能打印单一材质的零件毛坯，零件整体通常只能由一种浆料打印出来，无法满足由多种材质组成零件的3D打印需求；2、部分3D打印成型件工艺要求需要做表面涂层(例如陶瓷3D打印机打印出的陶瓷零件毛坯，需要在其表面刷涂釉料，再进行后续的烧制处理)，这些3D打印成型件的表面涂层通常需要借助外部设备或人工涂刷，目前在3D打印机中暂未见过用于表面喷覆涂层的功能模块。3、原料的配比和研磨需要人工操作或借助外部设备完成，自动化程度相对较低，目前在3D打印机中暂未见过用于原料混合和研磨的功能模块。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，而提供一种...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.非单一材质零件3D打印系统，其特征是：包括外壳、浆料喷头、涂料喷头、载物台升降装置、夹爪平移装置和原料配料研磨装置；外壳内部设有工作腔，工作腔侧壁上设有多个插槽；浆料喷头上端设有储料仓A，储料仓A一侧设有定位块A，储料仓A上端设有进料口A，浆料喷头下端设有连通至储料仓A的喷嘴A，浆料喷头在上端一侧设有对接块A，对接块A直接或间接与储料仓A固定连接；浆料喷头通过定位块A与外壳工作腔中的插槽活动插接；涂料喷头上端设有储料仓B，储料仓B一侧设有定位块B，储料仓B上端设有进料口B，涂料喷头下端设有连通至储料仓B的喷嘴B，涂料喷头在上端一侧设有对接块B，对接块B直接或间接与储料仓B固定连接；涂料喷头通过定位块B与外壳工作腔中的插槽活动插接；载物台升降装置包括载物台和升降驱动机构；升降驱动机构设置在外壳的工作腔内并与载物台关联，以驱动载物台做竖直升降移动；夹爪平移装置包括夹爪和纵横移动驱动机构；纵横移动驱动机构设置在外壳的工作腔内并与夹爪关联，以驱动夹爪做水平面内的横向和/或纵向移动，夹爪的动作范围覆盖外壳工作腔中的插槽；夹爪包括两块相对布置的夹板，夹爪通过两块夹板与浆料喷头的对接块A进行对接或分离，以实现夹取或松开浆料喷头，夹爪通过两块夹板与涂料喷头的对接块B进行对接或分离，以实现夹取或松开涂料喷头；原料配料研磨装置包括原料罐、研磨罐、研磨罐清洗机构和直线移动驱动机构；原料罐上端设有用于添加原料的原料添加口，原料罐下端设有用于排出原料的原料排出口，原料排出口上设有用于开闭控制的阀门，多个原料罐排成一列固定安装在外壳工作腔的内壁上，从而使所有原料罐的原料排出口排成一条直线；研磨罐内部设有混合研磨腔，研磨罐顶部设有原料进料口，研磨罐62在混合研磨腔中设有物料研磨机构，研磨罐侧壁上设有浆料出口、带有阀门的进气口、带有阀门的清洗液入口和带有阀门的废液出口，浆料出口上连接有分液器，分液器上设有一个入流口和多个分流口，每个分流口上均设有用于控制液流通断的阀门，分液器的入流口连接在研磨罐的浆料出口上，分流器上的一部分分流口通过管道连通至浆料喷头的进料口A，分流器上的另一部分分流口通过管道连通至涂料喷头的进料口B；研磨罐清洗机构包括清洗液储槽、抽液泵和废液储槽，清洗液储槽内部设有用于存储清洗液的内腔，抽液泵一端为入口端，另一端为出口端，抽液泵入口端直接或间接连通至清洗液储槽的内腔，抽液泵出口端通过管道连接通至研磨罐的清洗液入口，废液储槽内部设有用于存储废液的内腔，废液储槽的内腔通过带有阀门的管道与研磨罐的废液出口连通；直线移动驱动机构设置在外壳工作腔内并与研磨罐下端固定连接，以驱动研磨罐做水平面上的往复直线移动，以使研磨罐的原料进料口依次通过各个原料罐的原料排出口的正下方区域。2.如权利要求1所述的非单一材质零件3D打印系统，其特征是：涂料喷头包括支持组件、动作组件和液路组件；支持组件包括上基板和所述对接块B；动作组件包括舵机、旋转臂和下基板；舵机固定安装在上基板的下表面上，其机轴竖直向下伸出；旋转臂一端固定连接在舵机的机轴上，另一端固定连接在下基板的上表面上；液路组件包括所述储料仓B、双向泵和出液箱；储料仓B固定安装在上基板的上表面上，其上端设有进料口B，其下端设有出料口D；双向泵固定安装在上基板的下端，其上设有一个进液端和两个出液端，进液端通过管道连通至储料仓B的出料口；出液箱固定安装在下基板的下表面上，其外部设有两个进液口
和一个出液口，两个进液口对称布置在出液箱相对的两端面上，出液口布置在出液箱的侧壁中心处，两个进液口和一个出液口均连通至出液箱，两个进液口分别通过管道连通至双向泵的两个出液端，出液口上安装有喷嘴B；出液箱被舵机驱动做水平面上的圆周转动，进而带动喷嘴B做水平面上的圆周转动，喷嘴B的出流方向始终指向所述圆周转动的圆心位置。3.如权利要求2所述的非单一材质零件3D打印系统，其特征是：涂料喷头的对接块B包括相互固连的锁定块B和插接块B，锁定块B固定安装在上基板的上表面上；锁定块B的两端面上设有定位凹坑B，插接块B呈条形，其两端超出锁定块B的两端面；浆料喷头的对接块A包括相互固连的锁定块A和插接块A，锁定块A直接或间接固定连接在储料仓A上，锁定块A的两端面上设有定位凹坑A，插接块A呈条形，其两端超出锁定块A的两端面。4.如权利要求3所述的非单一材质零件3D打印系统，其特征是：夹爪包括基座板、所述夹板、放松夹持机构、锁定解锁机构和连接架；基座板两端设有用于与夹板滑动配合的插接部A；夹板下端设有用于与基座板的插接部A相配合的插接部B，夹板上端设有夹口，夹板中段内部设有齿轮安装腔，夹板在插接部B的下端间隔设有第一铰接点和第二铰接点；夹板的数量有两块，两块夹板分别通过各自的插接部B滑动安装在基座板两端的插接部A上，并呈相对布置，从而在两块夹板之间形成夹持区间；放松夹持机构分别与两块夹板动力关联，以带动两块夹板同步相向滑动或同步背向移动；放松夹持机构包括动力接入组件和动力传递组件；动力接入组件包括丝杆、螺母、电机B和电机安装座B；丝杆通过轴承和轴承座可转动安装在基座板上，其后端伸出在基座板外侧以接收转动动力；螺母螺纹连接在丝杆上，螺母上间隔设有第三铰接点和第四铰接点；动力传递组件共有两组，两组动力传递组件分别设置在螺母与两块夹板之间，其用于将螺母的动力同步传递至两块夹板上，以带动两块夹板同步相向滑动或同步背向滑动；电机B固定安装在电机安装座B上，电机B的机轴通过联轴器与丝杆后端连接；动力传递组件包括连杆A、连杆B、连杆C和连杆D；连杆A中部设有第五铰接点，连杆A在前端与螺母上的第三铰接点铰接；连杆B在前端与螺母上的第四铰接点铰接，连杆B在后端与连杆A的第五铰接点铰接；连杆C在前端铰接在连杆A的第五铰接点上，连杆C在后端铰接在夹板的第一铰接点上；连杆D在前端铰接在连杆A的第五铰接点上，连杆D在后端铰接在夹板的第二铰接点上；从而在连杆A、连杆B、螺母之间形成相互铰接的三角形，在连杆C、连杆D、夹板之间形成相互铰接的三角形；锁定解锁机构包括锥齿轮箱、动力输入组件、齿轮传动组件和锁定凸块；锥齿轮箱固定安装在基座板上，并位于夹持区间中；动力输入组件包括输入轴、锥齿轮A、电机A和电机安装座A；输入轴可转动安装在锥齿轮箱上，其前端伸入锥齿轮箱内部，其后端伸出在锥齿轮箱外部以接入转动动力；锥齿轮A固定安装在输入轴上，并位于锥齿轮箱内；电机A固定安装在电机安装座A上，电机A的机轴通过联轴器与输入轴后端连接；齿轮传动组件包括滑动轴、锥齿轮B、齿轮C、齿轮D和齿轮E；滑动轴可转动安装在锥齿轮箱上，其前端伸入锥齿轮箱内部，其后端伸入对应夹板的齿轮安装腔中；锥齿轮B固定安装在滑动轴的前端，并位于锥齿轮箱内部，并与锥齿轮A啮合；齿轮C滑动安装在两根滑动轴的后端，并被限定在对应夹板的齿轮安装腔中，齿轮C与滑动轴之间通过键连接以实现转动动力传递；齿轮D和齿轮E均可转动安装在对应夹板的齿轮安装腔中；两组齿轮传动组件对称布置在动力输入组件的两侧；一组齿轮传动组件中的齿轮C、齿轮D和齿轮E依次啮合；两个锁定凸块分别固定安装在两组齿轮传动组件的齿轮E的端面上；两块锁定凸块均位
于夹持区间中，两块锁定凸块分别在对应的齿轮传动组件的带动下转动，以实现对夹持物的解锁或锁定；连接架与电机安装座A固定连接，连接架与电机安装座B固定连接，连接架直接或间接与基座板固定连接；当夹爪夹取浆料喷头时，夹爪的两个夹口分别插入浆料喷头的插接块A的两端，夹爪通过夹持区间夹住浆料喷头的锁定块A的两端面，夹爪通过两个锁定凸块插入浆料喷头的两个定位凹坑A中；当夹爪夹取涂料喷头时，夹爪的两个夹口分别插入涂料喷头的插接块B的两端，夹爪通过夹持区间夹住涂料喷头的锁定块B的两端面，夹爪通过两个锁定凸块插入涂料喷头的两个定位凹坑B中。5.如权利要求4所述的非单一材质零件3D打印方法，其特性是：研磨罐包括罐体、罐盖、进料口开闭控制机构和电机C；罐体上端设有敞口，罐体内腔上端固定设置有托盘；罐盖可拆卸盖装在罐体上端敞口处，罐盖中心处设有所述原料进料口；进料口开闭控制机构包括导向盘、滑条、动力齿轮、传动齿轮和扇形板；导向盘包括环部和呈辐射状分布在环部外侧的多条导轨部，其中仅有两条导轨部之间的扇形区域中设有承载板，承载板上设有用于安装动力齿轮的凸柱B，环部的中心处设有中心孔A，导轨部上端设有导向槽；多根滑条分别滑动安装各条导轨部的导槽中，滑条上设有用于与扇形板固定连接的连接部A，滑条的数量与导轨部的数量一致并且两者一一对应；动力齿轮可转动安装在导向盘的凸柱B上，其与外部动力关联以接收转动动力；传动齿轮上设有中心孔B和环绕中心孔呈环形分布的多个弧形腰孔，传动齿轮设在导向盘上端并与动力齿轮啮合，其上的中心孔B与导向盘的中心孔A上下正对，从而形成进料口C；扇形板的下表面上设有连接部B和凸柱A，扇形板通过连接部B与滑条固定连接，扇形板通过凸柱A活动插接在传动齿轮的弧形腰孔中，扇形板的数量与滑条的数量一致并且两者一一对应，所有的扇形板环绕传动齿轮的中心孔B呈辐射状分布；所有的扇形板随着传动齿轮的转动而沿着导轨部的导槽做直线移动从而实现聚拢或散开，聚拢时，所有的扇形板贴合拼接为圆形板，从而将进料口C关闭，散开时，所有的扇形板相互分离，从而将进料口C打开；电机C固定安装在罐盖上，其机轴竖直向下伸出并与动力齿轮固定连接；进料口开闭控制机构中的导向盘安装在所述托盘上，从而使进料口开闭控制机构整体位于罐体内腔上端，进料口开闭控制机构的进料口C位于所述原料进料口的正下方并紧邻所述原料进料口布置；相应的，研磨罐侧壁上的所述进气口、所述浆料出口、所述清洗液入口和所述废液出口均位于研磨罐的罐体上。6.如权利要求5所述的非单一材质零件3D打印系统，其特征是：浆料喷头和涂料喷头的数量分别为1个，相应的，外壳上的插槽数量为2个。7.如权利要求5所述的非单一材质零件3D打印系统，其特征是：浆料喷头的数量为2个，涂料喷头的数量为1个，相应的，外壳上的插槽数量为3个。8.非单一材质零件3D打印方法，应用于权利要求6所述的非单一材质零件3D打印系统，所述方法包括从至之后依次接续的成型件3D打印方法和成型件表面涂层喷覆方法；执行上述两项方法之前，非单一材质零件3D打印系统处在初始状态，在初始状态下：A、进料口开闭控制机构将研磨罐的原料进料口关闭；B、夹爪上夹持有浆料喷头，涂料喷头插接在外壳工作腔中的插槽上；C、各个原料罐内分别装入组成浆料的不同原料或用于
成型件表面涂层喷覆的涂料；D、研磨罐的进气口通过管道与外部气源连接；成型件3D打印方法如下：S01，原料组料配和研磨以形成浆料：A、启动直线移动驱动机构，控制研磨罐做水平直线移动，每当研磨罐移动至目标原料罐下方时，控制研磨罐暂停移动，然后启动进料口开闭控制机构，将研磨罐的原料进料口打开；再打开目标原料罐下端的阀门，使目标原料罐内部的原料通过原料排出口排出，排出的原料通过研磨罐的原料进料口进入研磨罐的混合研磨腔，当研磨罐接收完当前目标原料罐内的原料后，目标原料罐下端的阀门关闭，进料口开闭控制机构将研磨罐的原料进料口关闭，直线移动驱动机构控制研磨罐向下一个目标原料罐移动；B、重复上述过程，直至研磨罐接收了所有目标原料罐中的原料，研磨罐内部的物料研磨机构启动，将原料充分的混合和研磨，形成用于后续3D打印的浆料；本步骤中，目标原料罐是指装有待组配原料的原料罐，控制原料罐的阀门打开时间，使原料罐排出定量的原料；S02，将浆料输送至浆料喷头中：打开分液器的目标分流口上的阀门，使研磨罐的混合研磨腔与目标浆料喷头的储料仓A连通；打开研磨罐的进气口上的阀门，启动外部气源，使压力气体通过研磨罐的进气口进入研磨罐的混合研磨腔，将研磨罐的混合研磨腔中的浆料通过研磨罐的浆料出口压出，被压出的浆料依次通过分液器的目标分流口、管道、目标浆料喷头的进料口A，进入目标浆料喷头的储料仓A中；本步骤中，被夹爪夹持的浆料喷头即为目标浆料喷头，分液器的目标分流口与目标浆料喷头通过管道连通；S03，3D打印成型件：一方面，纵横移动驱动机构按照预先设定的打印程序动作，驱动夹爪做水平面上X
‑
Y两个方向的移动；另一方面，升降驱动机构按照预先设定的打印程序动作，控制载物台做竖直平面上Z方向的移动；再一方面，浆料喷头控制储料仓A中的浆料从喷嘴A中挤出，浆料挤出后，在特定的固化因素作用下固化，通过逐层堆积的方式形成成型件，成型件被载物台所承载；成型件表面涂层喷覆方法如下：S01，清洗研磨罐：A、打开研磨罐的清洗液入口上的阀门，启动抽液泵，将清洗液储槽中的清水泵入研磨罐的混合研磨腔中，然后关闭研磨罐的清洗液入口上的阀门；再启动研磨罐内部的物料研磨机构，搅动清水形成涡流以充分清洗研磨罐的内壁；B、清洗完成后，打开研磨罐的废液出口和进气口上的阀门，启动外部气源，使压力气体通过研磨罐的进气口进入研磨罐的混合研磨腔，将研磨罐的混合研磨腔中的污水通过研磨罐的废液出口压出，被压出的废液通过管道排入废液储槽中；待研磨罐的混合研磨腔中的废液完全排出，即完成研磨罐的清洗作业；S02，夹爪切换喷头：A、启动纵横移动驱动机构，驱动夹爪连同其夹持的浆料喷头向靠近插槽的方向移动，直至将浆料喷头插入插槽中；
B，夹爪动作，松开当前夹持的浆料喷头，启动纵横移动驱动机构，驱动夹爪向靠近插装在插槽中的涂料喷头的方向移动，直至夹爪与涂料喷头位置相对时，夹爪动作，夹持涂料喷头；本步骤中，浆料喷头通过定位块A插入插槽中，涂料喷头通过定位块B插入插槽中；本步骤中，夹爪松开浆料喷头的过程如下：电机B启动，转动动力通过丝杆传递至螺母上，再分别通过两组连杆组件的动力传递，牵动两块夹板背向移动；一方面，使夹爪上的锁定凸块退出浆料喷头的锁定块A上的定位凹坑A，实现浆料喷头的解锁，另一方面，夹板朝向夹持区间一侧的表面与浆料喷头的锁定块A和插接块A分离，实现浆料喷头的放松；本步骤中，夹爪与涂料喷头位置相对具有以下特征：两块夹板的夹口分别插入涂料喷头的插接块B的两端，此...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文豪，张晶，杨磊，廖浩森，谭榆楷，刘雷，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：
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