[發明專利]一種絲材實時復合的熔融沉積打印頭及其使用方法

在審

• 申請號: 201910378468.7
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN110193939A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 李滌塵;張倍寧;張菁華;楊春成;石長全;王玲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西聚高增材智造科技發展有限公司
• 主分類號: B29C64/209
• 分類號: B29C64/209;B29C64/118;B29C64/295;B29C64/321;B29C64/343;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種絲材實時復合的熔融沉積打印頭及其使用方法，熔融沉積打印頭包括傳熱塊內部設有的熔體腔，熔體腔內設有雙螺紋推桿，雙螺紋推桿下方和陶瓷加熱器的材料復合區入口對應，材料復合區出口連接有打印頭；傳熱塊外固連有鑄銅加熱塊，傳熱塊的熔體腔的側面連接著進料通道，進料通道安裝有防回流裝置，熔體腔通過防回流裝置和材料庫連接，每個材料庫設有一個材料定量進給器，材料定量進給器和防回流裝置之間設有管道保證絲材順利通過；使用方法通過增加其他材料的材料庫和雙螺紋推桿，實現多材料復合打印；可根據功能分析結果，通過材料定量進給器和防回流裝置，實現待復合材料的實時定量供給，從而得到適應實際需要的各部位材料組成不同的制件。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，具體涉及一種絲材實時復合的熔融沉積打印頭及其使用方法。

背景技術

近年來，隨著科技的發展，生產實踐對于產品的性能提出了更高的要求，尤其是在航空航天和醫療產業，單一均勻材料的制件已經難以滿足復雜多變的工作需求，因此，功能梯度材料的制造，受到廣泛關注和重視。

功能梯度材料即材料的成分并不是均勻的，而是根據需要，在制件上進行變化，使得制件材料的性能和功能也呈現出一種變化。3D打印技術由于其制造原理的優越性，在制造功能梯度材料上有很大潛力。熔融沉積成形(Fused Deposition Modeling,FDM)是使用最廣泛、發展最成熟的3D打印技術之一，然而現有的FDM梯度材料打印技術仍有一些問題。

例如，目前材料比例成分控制的工藝并不成熟。對于多成分材料的3D打印，現有工藝是預先將各種材料進行復合，制造成絲，再進行熔融成型3D打印，這樣的方式無法在打印過程實時控制不同材料的進給程度，無法制造梯度材料，顯然難以滿足復雜環境下的零件功能要求。

目前現有的多材料復合打印頭專利，沒有考慮材料復合后熔點的變化，并不能很好地保證打印過程中穩地持續的進給，也難以保證不同材料的實時調控和充分混合，對于同一材料的不同形態，如粉材和絲材，也需要使用不同的裝置來保證過程中的可靠性。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種絲材實時復合的熔融沉積打印頭及其使用方法，能保證不同材料的實時調控和充分混合。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種絲材實時復合的熔融沉積打印頭，包括傳熱塊2，傳熱塊2內部設有熔體腔1，熔體腔1內設有雙螺紋推桿11，雙螺紋推桿11下方和陶瓷加熱器7內部的材料復合區5入口對應，由陶瓷加熱器7對材料復合區5進行加熱，材料復合區5出口連接有打印頭6；

傳熱塊2外固連有鑄銅加熱塊10，傳熱塊2的熔體腔1的側面連接著至少一個進料通道，進料通道安裝有防回流裝置8，熔體腔1通過防回流裝置8和材料庫9連接，每個材料庫9設有一個材料定量進給器3，材料定量進給器3和防回流裝置8之間設有管道4保證絲材順利通過。

所述的防回流裝置8包括第一基體13，第一基體13內部的材料通道上設有三個不同高度由低向高的第一臺階14、第二臺階15、第三臺階16，絲材12首先經過管道4，再通過第一臺階14、第二臺階15、第三臺階16擠出；在預熱前就需要將絲材12至少進給到第三臺階16的位置。

所述的材料定量進給器3包括第二基體19，第二基體19內安裝有一對由電機控制的摩擦輪18，通過兩個摩擦輪18的旋轉推動絲材12實現進給功能。

所述的絲材實時復合的熔融沉積打印頭的使用方法，包括下列步驟：

1)在打印設備的計算機中建立三維模型，并對三維模型進行分層處理和路徑數據處理，并根據生物功能分析確定不同位置的材料組成數據；

2)對基體材料進行處理，獲得粒料、粉料或絲材，同時對生物陶瓷、短纖維或其他添加材料進行處理，獲得絲材12，并將當前層的工藝數據送入到打印設備的計算機中；