[发明专利]一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及多材料增材制造技术领域，特别涉及一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造，它是一种基于CAD建模基础上的“自下而上”材料逐层累加的制造方法。目前已经被广泛应用于航空航天、组织工程、生物医疗、汽车、家电、新材料、新能源、机器人等诸多领域，有着十分广阔的应用前景。

随着微机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、4D打印、航空航天、汽车等诸多领域的快速发展，对于复杂的多材料微尺度结构一体化制造有着巨大的产业需求。现有的3D打印大多仅能实现单材料打印，已开发的多材料3D打印机大多数拥有多个喷头，打印过程中需要频繁切换，且无法实现真正意义上梯度材料的打印成型。因此，高效、低成本实现均质材料—多材料组合—梯度材料复合集成式3D打印一直被认为是一项技术难题，也是当前国际上学术界和产业界的研究热点和亟待突破的瓶颈问题。

发明内容

针对现有3D打印技术中缺乏均质材料、多材料组合式打印到梯度材料混合打印的技术手段，本发明提供了一种多材料多功能可切换3D打印系统及方法，首先是一种多材料多功能可切换3D打印系统，然后是一种多材料多功能可切换3D打印方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

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，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，主要用于3D打印系统的材料供应，其材料输出速率由多功能气压系统进行控制；

多功能气压系统，其主要控制3D打印构件各物料的输入速率及3D打印系统的动力输入；

计算机控制系统，主要控制3D打印系统、材料供应系统及多功能气压系统的运动配合，实现3D打印构件的生成。

进一步地，所述3D打印系统还包括：

打印喷头支撑装置，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，固定于打印平台之上，其主要用于支撑3D打印构件；

混料装置，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，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，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。

进一步地，所述混料装置还包括：

A材料输入装置、B材料输入装置、C材料输入装置、材料隔离装置、旋转装置、伸缩装置、存料仓、出料口、伸缩杆、打印喷头、材料搅拌装置；

其中，A材料输入装置、B材料输入装置、C材料输入装置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，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，其通过电机带动旋转伸缩杆，进而带动材料搅拌装置进行旋转，可是使得A材料、B材料、C材料均匀混合；