[发明专利]一种梯度聚合物复合材料3D打印方法及设备

权利要求书

1.一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：包括构建在微流控芯片上的进料流道、分料流道、混合流道和出料流道；各个进料流道并列布置，其中，进料流道至少两个，一个输入聚合物基体材料，其余输入聚合物复合材料；每个进料流道均具有多条分料流道，控制系统控制分料流道的开合数量，进而控制各进料流道的进料比例；聚合物基体和复合材料在混合流道内充分混合后，从单一出料流道流出，经由喷头挤出浓度梯度可控的聚合物复合材料，最后经由打印平台完成三维结构的定型，最终获得聚合物复合材料制品。

2.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述的进料流道用于输入不同种类的聚合物基体材料和聚合物复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述进料流道至少为两个，一个流道输入聚合物基体材料，其余输入聚合物基体和微纳米填料的复合材料。

4.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述的多条分料流道在进口处放置隔板，通过外接控制系统的指令控制分料流道开合数量，从而阻挡一部分分料流道进口，同时开放另一部分分料流道的进口。

5.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述混合流道与分料流道相连，从分料流道流出的复合材料先流入尺寸大的预混合流道进行初步混合，接着流入可拆卸混合流道完成混合。

6.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述可拆卸混合流道有微米级、毫米级和加微混合器结构三种类型的混合流道，根据复合材料中填料的种类对可拆卸混合流道进行选取。

7.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述微混合器结构为齿轮状结构或梭状结构；驱动微混合器旋转的装置为电机驱动或磁力驱动。

8.根据权利要求1至7任一所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述进料流道、分料流道、混合流道和出料流道上设有温控片，确保聚合物基体和复合材料在微流控芯片内具有流动性。

9.根据权利要求1所述的一种梯度聚合物复合材料3D打印设备，其特征在于：所述喷头挤出装置包括点胶针头或点胶枪头。

10.利用权利要求1至9任一所述3D打印设备进行的一种梯度聚合物复合材料3D打印方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：不同种类的聚合物基体材料和聚合物复合材料输入进料流道；一个进料流道中输入高分子聚合物基体材料，其余进料流道中输入聚合物基体和微纳米填料的复合材料；

步骤二：通过外接控制系统的指令来控制分料流道开合数量，从而阻挡一部分分料流道的进口，同时开放另一部分分料流道的进口，以控制聚合物基体材料和微纳米填料的混合比例；

步骤三：从分料流道流出的复合材料先流入尺寸较大的预混合流道进行初步混合，接着流入可拆卸混合流道完成充分混合；

步骤四：混合均匀的聚合物复合材料从单一出料流道流出，实现打印设备多进单出；

步骤五：聚合物复合材料从喷头挤出装置挤出，接着在三轴移动的打印平台上完成三维结构的定型，最终获得复合材料制品。