[發(fā)明專利]一種梯度聚合物復合材料3D打印方法及設(shè)備

在審

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• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112537031A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫靖堯;張曉文;張豪;李東泰;吳大鳴;莊儉;黃堯;許紅;劉穎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29C64/336
• 分類號: B29C64/336;B29C64/343;B29C64/314;B29C64/209;B29C64/245;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y40/10;B33Y50/02;B33Y70/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：包括構(gòu)建在微流控芯片上的進料流道、分料流道、混合流道和出料流道；各個進料流道并列布置，其中，進料流道至少兩個，一個輸入聚合物基體材料，其余輸入聚合物復合材料；每個進料流道均具有多條分料流道，控制系統(tǒng)控制分料流道的開合數(shù)量，進而控制各進料流道的進料比例；聚合物基體和復合材料在混合流道內(nèi)充分混合后，從單一出料流道流出，經(jīng)由噴頭擠出濃度梯度可控的聚合物復合材料，最后經(jīng)由打印平臺完成三維結(jié)構(gòu)的定型，最終獲得聚合物復合材料制品。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述的進料流道用于輸入不同種類的聚合物基體材料和聚合物復合材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述進料流道至少為兩個，一個流道輸入聚合物基體材料，其余輸入聚合物基體和微納米填料的復合材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述的多條分料流道在進口處放置隔板，通過外接控制系統(tǒng)的指令控制分料流道開合數(shù)量，從而阻擋一部分分料流道進口，同時開放另一部分分料流道的進口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述混合流道與分料流道相連，從分料流道流出的復合材料先流入尺寸大的預混合流道進行初步混合，接著流入可拆卸混合流道完成混合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述可拆卸混合流道有微米級、毫米級和加微混合器結(jié)構(gòu)三種類型的混合流道，根據(jù)復合材料中填料的種類對可拆卸混合流道進行選取。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述微混合器結(jié)構(gòu)為齒輪狀結(jié)構(gòu)或梭狀結(jié)構(gòu)；驅(qū)動微混合器旋轉(zhuǎn)的裝置為電機驅(qū)動或磁力驅(qū)動。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述進料流道、分料流道、混合流道和出料流道上設(shè)有溫控片，確保聚合物基體和復合材料在微流控芯片內(nèi)具有流動性。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度聚合物復合材料3D打印設(shè)備，其特征在于：所述噴頭擠出裝置包括點膠針頭或點膠槍頭。

10.利用權(quán)利要求1至9任一所述3D打印設(shè)備進行的一種梯度聚合物復合材料3D打印方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一：不同種類的聚合物基體材料和聚合物復合材料輸入進料流道；一個進料流道中輸入高分子聚合物基體材料，其余進料流道中輸入聚合物基體和微納米填料的復合材料；

步驟二：通過外接控制系統(tǒng)的指令來控制分料流道開合數(shù)量，從而阻擋一部分分料流道的進口，同時開放另一部分分料流道的進口，以控制聚合物基體材料和微納米填料的混合比例；

步驟三：從分料流道流出的復合材料先流入尺寸較大的預混合流道進行初步混合，接著流入可拆卸混合流道完成充分混合；

步驟四：混合均勻的聚合物復合材料從單一出料流道流出，實現(xiàn)打印設(shè)備多進單出；

步驟五：聚合物復合材料從噴頭擠出裝置擠出，接著在三軸移動的打印平臺上完成三維結(jié)構(gòu)的定型，最終獲得復合材料制品。