[發明專利]無支撐液相混合材料3D打印裝置與方法

在審

• 申請號: 201910274096.3
• 申請日: 2019-04-07
• 公開（公告）號: CN109822902A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 吳文征;王博凡;李恒旭;黎權坤;陳陽;董俊辰;趙繼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B29C64/314
• 分類號: B29C64/314;B29C64/336;B33Y40/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種無支撐液相混合材料3D打印裝置與方法，屬于3D打印技術領域。容器固定在底座上，Y軸運動驅動固定在底座上，Z軸運動驅動通過螺釘連接在Y軸運動驅動的滑塊上，X軸運動驅動通過螺釘連接到Z軸運動驅動的滑塊上，打印噴頭通過連接塊與螺釘連接到X軸運動驅動的滑塊上，打印噴頭的三個進料口分別通過導管連接至三套供料系統，進氣口通過導管連接至供氣系統。優點是結構新穎，擴展了3D打印的材料范圍，使之可以適用于柔性材料和生物活性材料，免除了打印支撐材料的過程，節約了去除支撐結構的時間和打印原材料，免除了打印前需要預先混合材料的過程，節約了打印時間，精確控制原材料的給進量，并使之充分，均勻混合。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，特別涉及無支撐液相混合材料3D打印裝置與方法。

背景技術

隨著3D打印技術的不斷發展，3D打印機已經在制造，醫療，教育各行業得到廣泛應用。打印材料也從單一的ABS和光敏樹脂擴展到金屬，生物組織等各種功能材料。然而，傳統的3D打印噴頭僅能實現單一材料的輸入與輸出，材料需要在打印前提前制備，很多材料在混合后不久便會失效，這造成了打印操作難度的上升，以及原材料的浪費。而且，傳統的3D打印技術需要在打印時添加支撐材料，打印完成后支撐材料難以去除，且無法對柔性材料進行成型，這些問題限制了3D打印在各行業的應用。

發明內容

本發明提供一種無支撐液相混合材料3D打印裝置與方法，以解決目前存在的打印材料需要提前制備、打印完成后支撐材料難以去除、且無法對柔性材料進行成型的問題。

本發明采取的技術方案是：用來儲存凝膠的容器固定在底座上，Y軸運動驅動固定在底座上，Z軸運動驅動通過螺釘連接在Y軸運動驅動的滑塊上，X軸運動驅動通過螺釘連接到Z軸運動驅動的滑塊上，打印噴頭通過連接塊與螺釘連接到X軸運動驅動的滑塊上，X、Y、Z軸運動驅動用于驅動打印噴頭在三維空間中的運動，打印噴頭的三個進料口分別通過導管連接至三套供料系統，進氣口通過導管連接至供氣系統，為打印噴頭提供液態原料和打印所需氣壓，使得的原料在充分混合后噴射進入容器內的凝膠媒介中。

所述打印噴頭包括用于存儲材料的料筒，料筒頂部連接有料桶蓋，料桶蓋頂部安裝步進電機，料筒內安裝有分隔板，步進電機的電機軸與分隔板連接，分隔板在料筒中轉動，料筒下方通過螺釘連接混合桶，螺旋板混合柱固定連接在料筒下方、且位于混合桶內，混合桶下方安裝有噴嘴，在料筒底部有用于將原料排入混合桶的漏孔，料筒側壁靠近漏孔的一側開有進氣口，其他三面側壁則開有進料口與排氣孔各一組，在各排氣口處安裝有傳感器。

所述分隔板中間為圓柱，上下兩端有軸伸出，插入料筒底壁與料桶蓋上對應的孔中實現定位，插入料桶蓋孔中的軸端與步進電機的電機軸連接；分隔板中間圓柱沿徑向連接四塊擋板，將料筒內空間分隔成四個獨立的艙室。

所述擋板為具有柔性的橡膠材質，且尺寸略大于料筒內部空間，擋板與料筒壁緊密貼合。

所述螺旋板混合柱外有柔性螺旋板，與混合桶內壁緊密貼合。

所述供料系統結構是：供料器與噴頭進料口經導管連接，供料器內盛放原材料，供料器與氣壓控制器一由導氣管路一連接，氣壓控制器一與壓縮氣源一由導氣管路二連接。

所述供氣系統結構是：氣壓控制器二經過導氣管路三與噴頭進氣口連接，氣壓控制器二經導氣管路四與壓縮氣源二連接。

一種無支撐液相混合材料3D打印方法，包括下列步驟：

(1)先在容器中加注調配好的凝膠媒介，凝膠媒介為卡波姆940凝膠與水按1:50充分混合，滴加NaOH將pH調整為7，調配好的凝膠媒介呈透明的果凍狀；

(2)在氣壓控制器一與氣壓控制器二的協調下為打印噴頭提供原材料和氣壓對其進行加注，原材料在噴頭內部充分混合后噴射進入容器中的凝膠媒介中，于此同時，X、Y、Z三軸運動驅動帶動噴頭在三維空間中運動，使打印材料在凝膠媒介中留下軌跡；