[發明專利]多材料3D打印方法及基于該方法的微流擠出式打印機

有效

• 申請號: 202110765673.6
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113386239B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 段國林;韓碩;彭壯壯
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B13/02;B28B17/00;B33Y30/00;B33Y40/10;B33Y40/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 蔡運紅

本發明為一種多材料3D打印方法及基于該方法的微流擠出式打印機，方法包括一、讀取待打印物體的stl格式文件，對stl格式文件進行處理并切片；對打印噴頭進行路徑規劃，得到路徑信息；設置移動步長，并對路徑上的點添加材料信息；二、打印機讀取材料信息，令混合料填充空白流道的時段內打印噴頭作空行程運動，空行程運動結束時打印噴頭位于路徑的起始點，打印機繼續讀取材料信息和開始讀取路徑信息，開始打印任務；三、當材料信息讀取完畢后，打印機不再讀取材料信息，繼續讀取路徑信息，直到料筒內的混合料全部擠出，打印噴頭完成整個打印任務。方法能夠消除混合料填充空白流道過程中產生的延時誤差，裝置適用于陶瓷功能梯度材料。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體是一種多材料3D打印方法及基于該方法的微流擠出式打印機，主要用于陶瓷功能梯度材料的3D打印。

背景技術

桌面級3D打印機一般都是通過熔融堆積的方式進行打印，打印機雖然小巧輕便價格便宜，但是使用材料過于單一，只能進行單材料，即單色彩打印，難以打印功能梯度材料制成的零件。而陶瓷漿料屬于非牛頓流體，并有“剪切稀化”屬性，在無攪拌情況下的粘度為285pa.s，普通的3D打印機擠出高粘度的陶瓷漿料較困難。

現有的3D打印工藝都是參照單材料打印原理，打印機讀取的材料信息與路徑信息一一對應，材料隨擠隨打。由于多材料打印過程中存在混料和將材料從料筒輸送至打印噴頭的階段，因此存在材料延遲現象，使打印噴頭的路徑信息產生偏置距離，導致打印存在延時誤差。圖1為雙材料打印對應的材料組分發生變化的位置示意圖，其中a表示理想情況下材料組分發生變化的位置示意圖，b表示實際情況下材料組分發生變化的位置示意圖；圖中各點表示打印噴頭的路徑信息，在點(82.60)處，理想情況下該點的材料顏色即組分發生變化，由紅變藍，但是由于打印機存在混料以及將混合后的材料輸送至打印噴頭的階段，導致材料從進料機構中擠出到再從打印噴頭擠出的過程中產生了偏置距離，使得在實際打印過程中，材料組分本該在點(82.60)處發生的組分變化實際上在點(108.70)處才完全顯示，而打印噴頭則是按照理想情況下的路徑信息運動，導致打印偏差，材料信息與路徑信息未一一對應。

因此，本申請提出一種針對多材料的微流擠出式3D打印機以及打印方法，該打印機能夠用于陶瓷功能梯度材料的打印，該方法能夠有效避免打印噴頭出現偏置距離，消除延時誤差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種多材料3D打印方法及基于該方法的微流擠出式打印機。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種多材料3D打印方法，其特征在于，該方法包括以下內容：

一、讀取待打印物體的stl格式文件，對stl格式文件進行處理并切片；對打印噴頭進行路徑規劃，得到路徑信息；設置打印噴頭的移動步長，并對路徑上的點添加材料信息；

二、打印機讀取材料信息，假設材料進入料筒的位置至打印噴頭之間的空白流道體積為V，單位時間t內從各個進料機構中擠出并進入料筒中的所有材料的體積之和恒定，且等于單位時間t內打印噴頭擠出的體積v，則混合料填充空白流道所需時間T＝V/v，令時間T內打印噴頭作空行程運動，空行程運動結束時打印噴頭位于路徑的起始點，打印機繼續讀取材料信息和開始讀取路徑信息，打印噴頭擠出混合料開始打印任務；

三、當材料信息讀取完畢后，打印機不再讀取材料信息，繼續讀取路徑信息，直到料筒內的混合料全部擠出，打印噴頭完成整個打印任務。

基于上述方法的微流擠出式打印機，包括箱體、成型平臺、混料與擠出機構和多個進料機構；進料機構、成型平臺、混料與擠出機構均安裝在箱體上，進料機構和混料與擠出機構連接；

所述混料與擠出機構包括連接架、二號步進電機、料筒和變徑螺桿，連接架安裝在箱體的上部，二號步進電機固定在連接架上，二號步進電機的輸出端與變徑螺桿的上端連接，變徑螺桿伸入料筒內，料筒的底部設有打印噴頭。