[實用新型]一種單噴頭實現多材料層級復合3DP的裝置

有效

• 申請號: 201720520799.6
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN206733600U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 周長春;樊渝江;張勃慶;裴玄;孫勇;陳宇;宋平;張暉;殷國富;張興棟
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B29C64/209;B33Y30/00;A61L27/40;A61L27/12;A61L27/54;A61L27/50;A61L27/56;A61L27/02;A61L27/38;A61L27/52;A61L27/22;B29L31/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 呂玲

技術領域

本實用新型屬于3D打印技術領域，涉及一種生物醫用材料成型領域，具體為一種單噴頭實現多材料層級復合3DP的裝置。

背景技術

增材制造技術（又稱3D打印技術）是繼傳統切削減材成型技術手段后，近20年來飛速發展起來的一項材料成型制造技術，與傳統的材料去除加工方法不同，3D打印是基于三維數字模型通過層層疊加增材制造出具有復雜形狀的零件。目前，應用較多的3D打印技術主要包括光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結/熔化（SLS/SLM）和三維噴印技術（3DP）。3D打印技術具有個性化、精準化、遠程化等優點，特別適合于醫學領域的應用。三維噴印技術（3DP）是打印機在計算機的控制下，把原料裝入機身，通過計算機的控制，用打印噴頭將原料層層疊加起來，最后實現材料的增材制造。因為3DP技術對設備要求較低，且原料是材料粉末和粘結劑，相對于其他打印方式來說對材料要求較低，故可以加工多種材料，例如石膏、陶瓷、塑料、金屬等。3DP可通過增加噴頭的數量來實現多材料和多組分的打印。多噴頭打印技術目前應用非常廣泛，但是其同時存在許多技術缺陷，例如：其一多噴頭打印相對于單噴頭打印而言對設備的硬件配置和軟件參數控制更為復雜，容易導致因為某個環節參數設置不當而導致打印失敗；其二根據3DP技術的特點其多噴頭實現的多材料復合，不同材料是在不同的噴頭中擠出后再進行分別編織復合的，材料之間的復合是分離的、離散的，不同材料層級之間的結合不好，這極大地限制了其在打印復合材料領域的應用。

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的功能需求。在復合材料中，不同材料的結合方式，對材料的性能影響很大。傳統的三維打印技術成型復合材料具有很大的局限性，其通過多噴頭實現的復合成型，不同材料之間是通過離散編織的。而在某些特定領域中，需要三維打印的復合材料制品中包含連續的多種材料復合，這種要求傳統的多噴頭3DP打印技術是無法實現的。例如用于組織工程的微球材料，需要用水凝膠連續相材料包裹活細胞，給細胞提供充足營養。目前3DP在活細胞打印方面，傳統的噴頭模式無法完成這項任務。

實用新型內容

本實用新型的發明目的是針對現有三維打印技術中的不足，提供一種單噴頭實現多材料層級復合3DP的裝置。本實用新型基于單噴頭打印設備平臺，通過對打印噴頭構造結構進行改造，可在不增加噴頭的前提下實現多材料的連續相成分復合構建。

為了實現上述目的，本實用新型的具體技術方案為：

一種單噴頭實現多材料的層級復合的三維打印裝置（3DP），作為優選，本實用新型應用于三維噴射打印（3DP）成型技術中。在該技術中，兩個單噴頭組成復合噴頭裝置，實現多材料的層級復合的三維打印技術（3DP）。

該裝置包括一級料筒噴頭、二級料筒噴頭、二級料筒固定裝置、二級料筒、二級料筒活塞、聯動活塞推桿、一級料筒活塞和一級料筒，一級料筒上帶有一級料筒活塞，二級料筒上帶有二級料筒活塞，一級料筒與二級料筒之間通過聯動活塞推桿進行同軸活塞式聯動的連接，二級料筒固定在二級料筒固定裝置上，在二級料筒固定裝置上的前端依次設置二級料筒噴頭和一級料筒噴頭。

作為優選，該裝置包含有雙層次多物料裝載料筒，料筒之間的連接為同軸心嵌套結構。

作為優選，該裝置使用的料筒為醫用級聚丙烯(PP)材料，其內徑為?5mm～?40mm，容量為10～200ml。

作為優選，該裝置包含內外部活塞式聯動物料筒，根據所選內外部活塞具有相同的線速度運動速率，打印擠出時可將內外料筒中的不同物料（打印材料）同時擠出。

作為優選，該裝置包含一個二級料筒固定裝置，該裝置一方面用于固定內部料筒，確保打印時運動平穩，另外一方面該裝置同時起到調節一級料筒（外部料筒）物料進料速度的作用。作為優選，該噴頭裝置包含內外部物料打印噴頭，內部物料打印噴頭直徑為100-500 um, 外部物料打印噴頭直徑為200-1000 um,內外部噴頭內徑比為1:2。

作為優選，該裝置內外部物料打印噴頭端頭長度不一，內部物料打印噴頭短，其端口距離外部噴頭3-10mm，以保證打印時的多材料充分復合。

本實用新型的積極效果為：

（一）、本實用新型在于不增加噴頭的數量，不對三維打印設備機進行修改，僅需對噴頭料筒進行改造，實施簡單，費用低。