一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法与流程

技术特征：
1.一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，包括：3d打印系统(1)，通过控制多材料混合打印针头在三维空间内运动，生成3d打印构件，实现多材料混合梯度打印构件的制作；材料供应系统(2)，主要用于3d打印系统(1)的材料供应，其材料输出速率由多功能气压系统(3)进行控制；多功能气压系统(3)，其主要控制3d打印构件各物料的输入速率及3d打印系统1的动力输入；计算机控制系统(4)，主要控制3d打印系统(1)、材料供应系统(2)及多功能气压系统(3)的运动配合，实现3d打印构件的生成。2.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，所述3d打印系统(1)还包括：打印喷头支撑装置(11)，其主要用于支撑固定打印装置，保证打印过程中其相对位置的准确度；3d打印构件支撑平台(12)，固定于打印平台(13)之上，其主要用于支撑3d打印构件(14)；混料装置(15)，其主要用于a、b、c材料的输入、混合及打印工作；其中，所述混料装置(15)，可以有多个进料入口，其机械结构与实际应用工况有关；三维运动系统(16)，通过软件程序控制，使3d打印装置可以在三维空间内任意移动。3.如权利要求2所述的一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，所述混料装置(15)还包括：混料装置包括a材料输入装置(151)，b材料输入装置(152)，c材料输入装置(153)，材料隔离装置(154)，旋转装置(155)，伸缩装置(156)，存料仓(157)，出料口(158)，伸缩杆(159)，打印喷头(1510)，材料搅拌装置(1511)；其中，a材料输入装置(151)、b材料输入装置(152)、c材料输入装置(153)的材料输入速率可根据成型需求动态调控，当打印均质材料及单一挤出通道多材料组合制件时，各材料输入速率恒定；当打印梯度材料制件时，各材料体系的输入速率实时调整；材料隔离装置(154)，其主要用于a材料，b材料，c材料的初始输入隔离；旋转装置(155)，其通过电机带动旋转伸缩杆，进而带动搅拌装置进行旋转，可是使得a材料、b材料、c材料均匀混合；伸缩装置(156)，其主要用于实现搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)的伸出和缩回，进而实现均质材料和组合式多材料打印的任意切换；其中，当搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)处于伸出状态，打印喷头(1510)输出的为混合均质材料，当搅拌装置(1511)及旋转伸缩杆(159)为收回状态时，打印喷头(1510)输出的为a材料—b材料—c材料的多材料组合；进料仓(157)，其主要用于各材料混合前的初始存储工作；混料入口(158)，用以实现各材料按既定比例混合；打印喷头(1510)，其主要用于复合材料或者混合后材料的最终输出；其中，打印喷头(1510)可以沿轴线变向变速自由转动，从而实现单一通道内组合式多材料的旋转挤出，其转速范围为5r/min～200r/min。
4.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，所述材料供应系统(2)主要由a材料储存装置(21)，b材料储存装置(22)及c材料储存装置(23)构成；其中，a材料储存装置(21)，用于存储打印所需要的a材料，b材料储存装置(22)，用于存储打印所需要的b材料，c材料储存装置(23)，用于存储打印所需要的c材料；其中，a材料储料装置(21)、b材料储料装置(22)及c材料储料装置(23)与3d打印系统(1)各自单通道连接，供料互不干涉；其中，a材料存储装置(21)通过a材料输出装置(211)，由管道直接输送到材料a输入装置(151)内，b材料存储装置(22)通过b材料输出装置(221)，由管道直接输送到材料b输入装置(152)内，c材料存储装置(23)通过c材料输出装置(231)，由管道直接输送到材料c输入装置(153)内；其中，各材料输出速率由多功能气压系统(3)进行控制。5.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，所述多功能气压系统(3)有多个空气输出接口，每个接口单独与材料供应罐相连，互不干涉；其中，每个输出口的气压由计算机控制系统(4)进行单独控制，每个输出口的气压可以根据需要进行单独调节；其中，气泵系统气压控制在5000～90000pa；其中，所述多功能气压系统(3)可独立控制各材料体系的输出速率。6.如权利要求1所述的一种多材料多功能可切换3d打印系统及方法，其特征在于，所述计算机控制系统(4)还包括含有气压控制软件、3d打印软件及温度控制软件；其中，气压控制软件，其主要用于控制多功能气压系统(3)的气压输出，实现多通道集成控制功能；其中，3d打印软件，其主要用于控制打印喷头的三维空间运动，实现三维数模与打印系统的实时转化功能；其中，温度控制软件，其主要用于控制3d打印系统的环境温度和喷头温度，实现打印构件的快速成型功能。7.一种多材料多功能可切换3d打印方法，其特征在于，包括：s101，3d打印材料选择3d打印材料由a、b、c三种独立的具有一定流变学特性及保形能力的熔/溶体、胶体或者悬浮液等材料体系，要求各材料体系粘度控制在20～2000mpa
·
s；s102，多材料构件制作，具体包括：步骤1：三维模型构建，根据工程需要建立三维立体模型，然后通过3d打印软件对模型进行打印前的离散化处理，获得三维样件各位置点的材料信息、混料装置各部件的运动信息、多功能气压系统的气压信息等；步骤2：打印程序运动编程，根据构件的特性，选择混料装置15的混料工艺，确定其运动参数，然后通过各控制软件进行相应运动编程控制；步骤3：将材料放入供料供应系统，并将压缩气源通过压缩气源接入a材料输出装置、b材料输出装置、c材料输出装置，用以控制各材料的挤出；步骤4：:多材料复合构件的生成，按照步骤中获得3d打印系统的运动代码及多功能气
压系统的气源控制信号，将内含多种材料的挤出材料层层累积在成型平台上；s103，后处理根据打印制件的需求，可进行进一步的固化、脱脂、烧结、表面喷砂等后处理。

技术总结
本发明公开了一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，包括：3D打印系统，用于材料的混合输出及打印构件的成型制造；材料供应系统，主要用于打印原材料的供应；多功能气压系统，用于调整多种打印原材料的实时输送速度；计算机控制系统，用于控制整个3D打印系统的工作顺序及材料供应。本发明的系统及方法，结构简单、通用性好、可控性强，可实现均质材料—多材料组合—梯度材料复合集成式3D打印，该打印系统及方法在医疗、航天及机械制造等领域具有巨大的应用潜力。巨大的应用潜力。巨大的应用潜力。


技术研发人员：张计锋 殷志富 杨雪 周雪莉 贾炳强 胡伟 李露
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2021/10/15