[发明专利]一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法

权利要求书

1.一种多材料多功能可切换3D打印系统，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；

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；

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)，其主要用于实现材料搅拌装置(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，当材料搅拌装置(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，当材料搅拌装置(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；

存料仓(157)，其主要用于各材料混合前的初始存储工作；

出料口(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；

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；

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；

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。

2.一种应用权利要求1所述的多材料多功能可切换3D打印系统的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；

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、表面喷砂后处理。