[发明专利]功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机及工作方法

权利要求书

1.一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：包括至少送料模块、混料模块、打印机装置和控制系统，所述送料模块包括至少两个独立的送料机构，向所述混料模块内输送不同的打印材料；

所述混料模块包括一搅拌容器，搅拌容器内设置有搅拌机构，所述搅拌机构有第一驱动机构带动转动，以混合接收到的打印材料，搅拌容器的出料口通过电加热管连接至打印机装置的打印喷头模块内；

所述打印机装置，包括三维工作台，三维工作台的Z轴工作台上安装有打印喷头模块，X/Y轴工作台上设置有打印床，所述打印喷头模块包括第二驱动机构、单螺杆、挤压筒和导电喷嘴，所述第二驱动机构与单螺杆连接，能够驱动所述单螺杆在挤压筒内进行轴向运动，所述挤压筒与所述电加热管相连；所述导电喷嘴安装在挤压筒的底部，与高压脉冲电源连接；

所述打印床为具有真空吸附和电加热功能的平台，打印床设置于摆台上，所述摆台设置于X/Y轴工作台上，能够在绕水平方向实现±90度范围内的倾转，能够在绕Z轴方向实现360度范围的回转；

所述控制系统与送料模块、混料模块和打印机装置连接，控制各部分协同工作，利用不同组分或/和配比的材料的混合作用、单螺杆对打印材料的挤压作用和导电喷嘴的电场驱动喷射沉积作用，实现连续功能梯度材料和结构件的制造。

2.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述送料模块至少包括两个送料机构，每个送料机构可放置不同的打印材料，根据设定的材料配比要求向混料模块的搅拌容器内输送原材料。

3.如权利要求2所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述送料机构为单螺杆送料机构。

4.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述混料模块包括第一驱动机构、主动螺杆、从动螺杆和搅拌容器，所述第一驱动机构和主动螺杆通过联轴器互联，所述从动螺杆与主动螺杆啮合，所述双螺杆安装在搅拌容器内部，所述搅拌容器侧面开有材料输送孔与送料模块相连，搅拌容器底端设有材料输送孔，输送孔与电加热管一端相连，混合均匀的材料通过电加热管输送到打印喷头模块的挤压筒内，搅拌容器外侧设置有若干加热器。

5.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述挤压筒为分段式结构，包括金属材料段、绝缘导热材料段和金属材料段，所述导电喷嘴安装在挤压筒的底部，所述挤压筒侧面开有材料输送孔，输送孔与电加热管另一端相连，混合均匀的材料进入挤压筒后在单螺杆的挤压作用下输送到导电喷嘴，所述挤压筒和导电喷嘴外围均包覆有若干加热器。

6.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述高压脉冲电源被配置为能够输出直流高压、输出交流高压、输出脉冲高压，且能够设置偏压，设置的偏压范围0-2KV连续可调，直流高压0-5KV，输出脉冲直流电压0-±4KV连续可调，输出脉冲频率0Hz-3000Hz连续可调，交流高压0-±4KV。

7.如权利要求1所述的一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，其特征是：所述X/Y轴工作台采用高精度位移工作台，X、Y轴工作台正交放置，X轴的工作行程0-1000毫米，重复定位精度不低于±1微米，绝对定位精度不低于±2微米，最大速度700mm/s，最大加速度500m/s²；Y轴的工作行程0-1000毫米，重复定位精度不低于±1微米，绝对定位精度不低于±2微米，最大速度700mm/s，最大加速度500m/s²。