一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备制造技术

本发明专利技术属于增材制造设备技术领域，公开了一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，包括多自由度运动装置、油墨输出装置、光固化装置和打印平台，其中：多自由度运动装置设置有打印端，多自由度运动装置用于驱动打印端在打印平台上方沿预设路径运动，油墨输出装置和光固化装置设置在打印端上；油墨输出装置用于相对于打印端运动，并在打印平台上同时或依次输出红外光固化油墨和紫外光固化油墨；光固化装置用于相对于打印端运动，且光固化装置能同时或依次发射固化不同材料油墨的红外光和紫外光，以实时固化对应油墨。本发明专利技术实现了多种功能油墨材料的集成打印成形，解决了多种固化方式油墨材料不能集成打印成形的问题。种固化方式油墨材料不能集成打印成形的问题。种固化方式油墨材料不能集成打印成形的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备


[0001]本专利技术属于增材制造设备
，更具体地，涉及一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备。

技术介绍

[0002]3D打印技术作为近几十年快速发展的新兴制造技术，其具有“逐点成线、逐线成面”的制造特点，理论上可以制造任意复杂结构的三维物体，为复杂结构的成形提供了强有力的手段，因而在科研和工业领域中受到极大的关注。而油墨直写技术作为一种应用较为广泛的3D打印技术，可以用于液体油墨材料的加工成形，其具有设备成本低、技术简单、操作方便等优点，并且在理论上可以实现绝大多数功能材料的增材制造。
[0003]但是目前油墨直写打印主要是通过依靠油墨自身的模量来保持打印形状，对油墨的流变性能要求较高，导致了油墨适用的打印工件种类少，且打印结构简单等问题。如专利CN211279753U公开了一种紫外固化3D打印笔，利用分布在储料针筒周边的紫外照射系统将挤出针头的紫外固化材料迅速地固化，来实现3D打印的功能；如专利CN205130407U公开了一种3D打印设备，其通过蠕动泵和挤出头的配合实现液态打印材料的输送打印，挤出头上还固定有紫外光固化装置，打印的同时实现快速固化。
[0004]上述油墨直写3D打印设备，仅仅能实现通过紫外光辅助固化油墨，即在打印一层之后照射紫外光使油墨材料固化，打印与固化之间不能同时进行，且只能固化紫外光能固化的油墨材料，适用的油墨材料种类少；同时，还存在油墨直写设备运动性能差、打印精度低、难以实现多材料集成打印等问题。
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技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，以解决现有油墨直写3D打印设备运动性能差、打印精度低、难以实现多材料集成打印的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，包括多自由度运动装置、油墨输出装置、光固化装置和打印平台；
[0007]所述多自由度运动装置设置有打印端，所述多自由度运动装置驱动所述打印端在所述打印平台上方沿预设路径运动，所述油墨输出装置和所述光固化装置设置在所述打印端上；
[0008]所述油墨输出装置用于相对于所述打印端运动，并在所述打印平台上沿预设路径同时或依次输出红外光固化油墨和紫外光固化油墨；
[0009]所述光固化装置用于相对于所述打印端运动，且所述光固化装置能同时或依次发射固化不同材料油墨的红外光和紫外光，以实时固化对应油墨。
[0010]进一步的，所述光固化装置包括红外光发射单元和紫外光发射单元。
[0011]进一步的，所述紫外光发射单元发射的紫外光的波长范围为265nm
‑
400nm；优选
的，所述紫外光的功率密度在0W/cm2‑
40 W/cm2范围内任意调节。
[0012]进一步的，所述红外光发射单元发射的红外光的波长为900nm
‑
1100nm；优选的，所述红外光的功率密度在0W/cm2‑
150W/cm2范围内任意调节。
[0013]进一步的，所述油墨输出装置包括红外光固化油墨输出单元和紫外光固化油墨输出单元；优选的，所述红外光固化油墨输出单元和所述紫外光固化油墨输出单元能分别相对于所述打印端运动，且运动精度不大于0.01mm/s。
[0014]进一步的，所述红外光固化油墨输出单元和所述紫外光固化油墨输出单元挤出油墨的速度在0.01mm/s
‑
20mm/s范围内。
[0015]进一步的，所述打印端上还设置有惰性气体保护单元，用于实时输出惰性气体以防止红外光固化油墨单元输出的红外光固化油墨氧化分解；优选的，所述惰性气体保护单元能相对于所述打印端运动。
[0016]进一步的，所述打印端上还设置有弹性油墨输出单元，其用于输出弹性油墨，且所述光固化装置输出紫外光对所述弹性油墨进行实时固化。
[0017]进一步的，所述弹性油墨输出单元挤出油墨的速度在0.01mm/s
‑
20mm/s范围内；优选的，所述弹性油墨输出单元能相对于所述打印端运动。
[0018]进一步的，所述多自由度运动装置为具有多个活动关节的机械臂，所述打印端为所述机械臂的末端执行器；优选的，所述机械臂的每个活动关节的运动速度为0.01mm/s
‑
50mm/s。
[0019]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：
[0020]1.本专利技术提供的油墨直写3D打印设备，油墨输出装置和光固化装置设置在多自由度运动装置的打印端，且油墨输出装置的油墨出口和光固化装置的激光出口均始终朝向打印平台；油墨输出装置还能同时或依次输出多种不同材料的油墨，光固化装置能够同时或依次发射红外光或紫外光；当多自由度运动装置在三维方向驱动打印端灵活运动的同时，油墨输出装置和光固化装置均能相对于打印端运动，从而通过多自由度运动装置、油墨输出装置和光固化装置三者的协同运动，来实现根据待打印工件的形状和材质要求进行灵活打印多种不同材料的油墨，并同步实时固化不同材料油墨的功能。
[0021]2.本专利技术提供的油墨直写3D打印设备，油墨输出装置包括红外光固化油墨输出单元和紫外光固化油墨输出单元，二者均能相对于打印端运动，并且运动精度不大于0.01mm/s，其优点是运动精度较高，可以更好地控制打印成形精度；同时，打印端还设置有一个惰性气体保护单元，其能在红外光固化油墨输出单元输出油墨的同时输出惰性气体，以防止红外光固化油墨氧化分解，并且红外光发射单元能同步运动并发射红外光以实现实时固化油墨的功能，从而将紫外光固化辅助油墨直写成形、红外光固化辅助油墨直写成形和剪切稀化成形结合起来，实现了多种功能油墨材料的集成打印成形，解决了多种固化方式油墨材料不能集成打印成形的问题。
[0022]3.本专利技术提供的油墨直写3D打印设备,光固化装置包括两个光源发射单元，一个红外光发射单元和一个紫外光发射单元，且二者均能分别相对于打印端运动，打印时，每个油墨输出单元和每个光源发射单元均能相对于打印端独立运动，具备组合形式多样、控制灵活等优点。
[0023]4.本专利技术提供的油墨直写3D打印设备，还设有弹性油墨输出单元，其能够输出被
紫外光照射固化的弹性油墨，使得油墨直写3D打印设备能打印的油墨材料种类更加丰富，能实现的打印工件种类更多以及能够提高油墨固化速度和打印速度的优点。
[0024]5.本专利技术提供的油墨直写3D打印设备，多自由度运动装置为具有多个活动关节的机械臂，打印端为机械臂的末端执行器，且机械臂的每个活动关节的运动速度在0.01mm/s
‑
50mm/s的范围内调节，大范围得到运动速度调节可以适合更多种类的油墨材料以及更好的平衡打印速度与打印精度之间的关系；同时，各个油墨输出单元的油墨挤出速度也可在特定速度范围内进行调节，其优点是可以更好的匹配机械臂不同的运动速度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，其特征在于，包括多自由度运动装置、油墨输出装置、光固化装置和打印平台，其中：所述多自由度运动装置设置有打印端，所述多自由度运动装置用于驱动所述打印端在所述打印平台上方沿预设路径运动，所述油墨输出装置和所述光固化装置设置在所述打印端上；所述油墨输出装置用于相对于所述打印端运动，并在所述打印平台上同时或依次输出红外光固化油墨和紫外光固化油墨；所述光固化装置用于相对于所述打印端运动，且所述光固化装置能同时或依次发射固化不同材料油墨的红外光和紫外光，以实时固化对应油墨。2.如权利要求1所述的一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，其特征在于，所述光固化装置包括红外光发射单元和紫外光发射单元。3.如权利要求2所述的一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，其特征在于，所述紫外光发射单元用于发射紫外光，且所述紫外光的波长范围为265nm
‑
400nm；优选的，所述紫外光的功率密度在0W/cm2‑
40W/cm2范围内可任意调节。4.如权利要求2所述的一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，其特征在于，所述红外光发射单元发射的红外光的波长为900nm～1100nm；优选的，所述红外光的功率密度在0W/cm2‑
150W/cm2范围内可任意调节。5.如权利要求1所述的一种具有多种固化方式的多材料油墨直写3D打印设备，其特征在于，所述油墨输出装置包括红外光固化油墨输出单元和紫外光固化油墨输出单元；优选的，所述红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彬，张善飞，闫春泽，史玉升，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：