[发明专利]一种高精度双成型方式的3D打印机及其成型方法

说明书

技术领域

本发明属于数字微喷三维打印机制作领域，特别是一种具备3DP粉末成型和喷射胶联成型两种工艺的高精度三维打印机及其成型方法。

背景技术

3D打印技术集机械、电子、计算机、数控、化学、材料、物理等学科于一身，广泛应用于航空航天、汽车制造、生物医疗、科研教育、建筑、工艺设计等领域，也被称为第三次工业革命最具标志性的技术。数字微喷三维打印技术是通过微喷射技术以直接喷射成型或微喷粘结剂至粉末床粘接成型，逐层制作的技术。数字微喷技术在三维打印技术中有着极其重要的地位，在制造组织工程细胞结构、加工结构较复杂的微型器件及制备功能梯度材料等方面有着独特的优势。数字微喷三维打印技术具有较高的自动化程度、低成本、环境污染小、非接触成型、成型效率高、成型精度高、原材料污染少等优点。

目前3D打印成型技术多种多样，常见的有熔融沉积成型(FDM)、立体光刻成型(SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、三维打印粘结成型(3DP)等。在生物医学领域中，人工3D打印骨颗粒植入物、可降解血管支架等3D打印制品，部分已被应用于临床，并取得了一定的康复效果。但面向生物3D打印的打印机只能够实现粉床打印或挤压打印单种方式成型。其中，粘结剂喷射至粉床打印方法受到生物材料研发领域科研院校及公司的青睐，但其存在的问题是喷射喷头为商用喷墨打印机改装，该种喷头容易堵塞、喷墨量过小(10皮升以下)、成本较高。挤压打印应用较为广泛，但其需要接触成型，分辨率在1毫米左右，难以应用于较为精细的场合，比如血管组织3D打印。

因此开发面向生物医疗领域，能够实现粉末床、液体床切换的3D打印装备，尤其是开发低成本、大墨量、高精度的喷头，对生物医疗领域3D打印材料研发、产品开发具有重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备粉末成型和胶联成型另种工艺切换功能、大喷射墨量、低成本喷头的高精度三维打印机。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高精度双成型方式的3D打印机，包括框架支撑结构、安装在框架支撑结构上的平面机械运动结构、装载在平面机械运动结构上的压电微喷头结构、以及卡嵌在框架支撑结构上表面内的粉末成型仓体，所述粉末成型仓体内部设有可拆卸的胶联成型仓体；所述粉末成型仓体与胶联成型仓体为上部开口结构，下部分别对应设置有能够沿粉末成型仓体与胶联成型仓体内部上下活动的底部平台以及驱动平台活动的竖直机械运动结构；当进行粉末成型时，拆去胶联成型仓体，更换对应的底部平台进行打印工作；当进行液体胶联成型或粉末复合成型时，安装胶联成型仓体，更换喷射材料及对应的底部平台行打印工作。

所述平面机械运动结构、压电微喷头结构以及竖直机械运动结构分别连接于主控电路控制单元；所述的框架支撑结构由铝合金型材搭建而成，用于对整个打印机主要结构的支撑，所述的机械运动结构，用于3D打印机打印过程中的三维运动，所述的压电微喷头结构，为一种新型喷头结构，由金属腔体及玻璃喷嘴构成，并增加了温控装置，墨点量精确可控，范围为10-100皮升，重复精确度达十微米级，用于喷射粉末粘结剂或液体胶联剂，所述的主控电路结构，用于控制所述的机械运动结构、压电微喷头结构工作，所述的成型仓体用于支撑实物的成型和装载不同类型的成型材料，通过胶联成型仓体在粉末成型仓体内的安装与拆除，装载不同类型的成型材料和与之相应的微喷喷射液，同时更换对应的底部平台，可实现粉末粘结成型和液体胶联成型两种打印技术的集成切换，与现有的3D打印机相比，融合了两种打印设备的特点，进一步降低了打印机及喷射材料研发的成本。

其中，所述粉末成型仓体为一矩形结构，通过两块挡板将粉末成型仓体分成粉末存储腔和粉末成型腔以及一回收腔；所述胶联成型仓体为一对直筒形的胶联存储腔和胶联成型腔，分别置于粉末存储腔和粉末成型腔内部；所述回收腔的底部开口并设有一橡胶塞；当粉末成型打印工作时，成型粉末放入粉末存储腔内，打印喷头在粉末成型腔内完成打印工作，粉末存储腔体底座上升，粉末成型腔体底座下降，铺粉结构运动，将成型粉末补入粉末成型腔体，完成一层粉末补充，如此循环直至完成三维实体打印；当液体胶联成型打印工作时，将胶联存储腔和胶联成型腔安装入对应的粉末存储腔和粉末成型腔内，成型液体放入胶联存储腔内，而打印喷头在胶联成型腔内完成打印工作，胶联存储腔体底座上升，胶联成型腔体底座下降，成型液体由开设的凹槽流入胶联成型腔体，完成一层胶联液体补充，如此循环直至完成三维实体打印。