[發(fā)明專利]一種擠出成型—光固化一體式的三維打印機及其打印方法

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• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113334761A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 許燕;陳宇彤;王森森;印治濤;金文陽;于永波;張旭婧;楊蒙蒙;海幾哲;周建平
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/20;B29C64/232;B29C64/236;B29C64/227;B29C64/245;B29C64/255;B29C64/295;B29C64/30;B29C64/321;B29C64/264;B26F1/16;B33Y30/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種擠出成型—光固化一體式的三維打印機及其打印方法，包括：機架；光固化成型料槽模塊，固定設置在X、Y軸運動機構上；復合成型平臺模塊，固定設置在Z軸運動機構上；無干涉切換裝置，利用齒輪嚙合原理控制擠出成型平臺和光固化成型平臺的反向運動；光處理裝置，位于所述料槽模塊的底端，并固定設置在X、Y軸運動機構上，用于將光固化成型的圖形投影至復合式沉積平臺上；X軸系統(tǒng)驅動電機固定于X軸運動機構上，驅動X軸系統(tǒng)電機絲杠帶動復合式沉積平臺翻轉。本發(fā)明通過光固化技術打印個性化定制的高精度三維結構，再通過擠出成型技術打印生物材料，實現(xiàn)多種材料高精度個性化快速打印。

技術領域

本發(fā)明涉及生物材料3D打印領域，特別涉及一種結合噴頭擠出成型技術與數(shù)字化光處理技術的復合三維打印機及其打印方法。

背景技術

生物3D打印基于離散-堆積成形原理，將生物材料或生物單元按仿生形態(tài)學、生物結構或生物體功能，在特定環(huán)境下用三維打印的技術手段制造出具有個性化的體外三維結構模型或體外三維生物體。此技術是工程制造、材料科學與生命科學交叉誕生的新興學科。

數(shù)字化光處理（Digital Light Processing，簡稱DLP）立體成型技術是一類重要的光固化增材制造技術，它是基于美國德州儀器公司開發(fā)的數(shù)字微鏡組件(DigitalMicromirror Device, DMD)來完成視覺數(shù)字信息顯示技術。DLP三維打印技術的基本原理是數(shù)字光源投射在液態(tài)光敏材料的表面, 通過控制DMD中不同鏡片的開關角度來控制入射光能否被反射至光吸收器吸收，通過鏡片陣列的開關組合形成不同圖案的掩模用于固化每層材料的特定區(qū)域,進而各層堆疊形成完整的材料快速成型樣品。DLP三維打印技術具有成型性好、精度高、打印結構多樣化等優(yōu)點，但不可打印非光敏材料或含細胞的生物材料以及高粘度的生物材料，且只可使用單種材料進行固化。目前有研究實現(xiàn)了轉換多個液缸以實現(xiàn)換液從而進行多材料光固化的方法，但該方法需要將已經(jīng)打印好結構浸沒在另一種液體當中，無法避免材料污染的問題。

擠出沉積式生物打印技術包括氣動擠出、機械擠出、螺桿擠出，它的基本原理是將熱熔性或熱融性的生物材料放入料筒升溫使材料形成半流動狀態(tài)，使之受力擠出并冷卻成型于底板，材料按指定軌跡逐層成型并層層堆積。擠出沉積式生物打印適用生物材料廣泛、噴頭溫度易控制、相較于DLP打印技術打印速度快，但其打印成型性差，成型結構易塌陷，打印結構單一，不利于模型的個性化定制。

基于上述矛盾，同時結合目前骨科醫(yī)療領域的強烈需求，亟需開發(fā)一種將DLP技術與擠出成型技術相結合的3D打印設備，解決光固化設備的打印材料單一、打印速度慢等問題以及擠出成型設備成型細微結構難、個性化定制難、打印精度低等問題。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種將擠出成型工藝和光固化工藝相結合的新型擠出成型—光固化一體式的三維打印機及其打印方法，解決三維打印過程中存在的多種材料（包括生物材料、光敏材料等）個性化打印問題，實現(xiàn)多種材料高精度個性化快速打印。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術方案,一種擠出成型—光固化一體式的三維打印機，其特征在于，包括：機架；

X、Y軸運動機構，固定設置在所述機架上；

光固化成型料槽模塊，固定設置在所述X、Y軸運動機構上，包括鉆孔、X軸系統(tǒng)驅動電機、X軸系統(tǒng)電機絲杠、X軸電機座、光處理裝置；

兩個鉆孔對稱分布；

Z軸運動機構，固定設置在所述機架上；

Z軸系統(tǒng)驅動電機，固定設置在所述Z軸運動機構上；

優(yōu)選地，所述復合成型平臺模塊，固定設置在所述Z軸運動機構上，包括擠出成型平臺、光固化成型平臺、無干涉切換裝置，用于通過電機驅動齒輪嚙合控制擠出成型平臺和光固化成型平臺沿Z軸的運動。

光處理裝置，位于所述料槽模塊的底端，并固定設置在X、Y軸運動機構上, 用于將光固化成型的圖形投影至復合式沉積平臺上；