[發明專利]一種多材料光固化3D打印設備

在審

• 申請號: 202110557222.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113320142A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 閆春澤;陳安南;程立金;陳雙;王長順;史玉升;吳甲民;李晨輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/112;B29C64/124;B29C64/209;B29C64/214;B29C64/268;B29C64/20;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發明公開了一種多材料光固化3D打印設備，屬于3D打印技術領域，包括成形平臺、集成噴頭擠出機構、涂布鋪展機構和光固化機構，集成噴頭擠出機構設置于成形平臺的上方，包括多個擠出噴頭和與之對應的多個料筒，料筒的出料口通過輸料管與擠出噴頭連通，涂布鋪展機構設置于成形平臺的一側，光固化機構設置于成形平臺的上方；多個擠出噴頭將不同種類的打印材料依次堆積于成形平臺，涂布鋪展機構將堆積的打印材料均勻鋪展，光固化機構提供使打印材料固化的光源并通過調整光路徑使打印材料聚合成形。本發明可以實現大尺寸多材料零件的整體制造，操作簡單，避免不同材料相互污染，成形異質材料界面結合性能高，適用于非均質和多層級結構異質材料的制備。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，更具體地，涉及一種多材料光固化3D打印設備。

背景技術

3D打印(即增材制造)技術基于離散-堆積原理，由零件三維數據驅動，“自下而上”通過材料層層累加的方法直接制造零件，突破了傳統工藝在成形復雜結構零件方面的技術瓶頸。其中光固化3D打印技術基于光敏聚合物的紫外光聚合反應原理在復雜精細結構制造方面具備顯著優勢，近年來成為制造高精度、高性能聚合物和陶瓷燈零件最具潛力的技術手段之一。

目前，愈加嚴苛的服役條件往往要求成形零件具備多重功能性，而單一材料的光固化成形零件較難滿足上述多重功能性需求，因此，需開發多材料光固化成形技術制造出滿足多重功能性需求的多材料零件。然而，現階段通常采用多樹脂槽的設計實現多材料光固化3D打印，如中國專利申請202010131791.7(一種多材料光固化3D打印設備)、201920262996.1(一種旋轉式多材料光固化3D打印設備)。上述專利申請的多樹脂槽設計存在以下突出問題：(1)樹脂槽數量限制了3D打印材料種類(一般不超過四種)；(2)不同樹脂槽內的3D打印材料極易交叉污染；(3)樹脂槽大小限制了成形尺寸，難以成形大尺寸零件；(4)樹脂槽設計限制了3D打印材料狀態(通常為低粘度的聚合物樹脂材料)，難以應用于無法自然流平鋪展的高粘度膏材(如陶瓷膏材)。上述問題嚴重制約了多材料光固化3D打印技術的應用推廣。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多材料光固化3D打印設備，其目的在于通過多噴頭擠出-光固化復合技術整體制造出高性能的聚合物、陶瓷和金屬多種材料復合的多材料零件，通過多噴頭給料方式可突破3D打印材料種類、狀態和成形尺寸限制、避免3D打印材料交叉污染。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多材料光固化3D打印設備，包括成形平臺、集成噴頭擠出機構、涂布鋪展機構和光固化機構；

所述集成噴頭擠出機構設置于所述成形平臺的上方，包括多個擠出噴頭和與之對應的多個料筒，所述料筒的出料口通過輸料管與所述擠出噴頭連通；所述涂布鋪展機構設置于所述成形平臺的一側；所述光固化機構設置于所述成形平臺的上方；

所述多個擠出噴頭用于將不同種類的打印材料依次堆積于所述成形平臺；所述涂布鋪展機構用于將堆積的打印材料均勻鋪展；所述光固化機構提供用于使打印材料固化的光源并通過調整光路徑使所述打印材料聚合成形。

優選地，所述成形平臺的下部設有升降導軌，用于調整所述成形平臺與所述擠出噴頭之間的距離。

優選地，所述集成噴頭擠出機構還包括料筒支架和旋轉螺桿；所述料筒支架用于承載所述多個料筒，通過調整所述料筒支架上的料筒數量可調控打印材料種類的數量；所述旋轉螺桿的一端連接于所述料筒支架，其另一端連接于所述料筒的進料口，所述旋轉螺桿用于旋轉將所述料筒內的打印材料沿料筒擠出至所述輸料管。

優選地，所述集成噴頭擠出機構還包括固定滑塊，所述固定滑塊用于固定所述多個擠出噴頭，所述固定滑塊在驅動下可帶動所述多個擠出噴頭于三維空間內移動。

優選地，所述涂布鋪展機構包括刮刀和水平導軌，所述水平導軌位于所述成形平臺的一側，所述刮刀安裝于所述水平導軌并沿所述成形平臺上方水平移動。