具有快调力学性能的三维结构挤出设备、打印方法及验证方法技术

本发明专利技术涉及一种具有快调力学性能的三维结构挤出设备、打印方法及验证方法，本发明专利技术通过多通道的打印喷头，可将不同材料以核

【技术实现步骤摘要】
具有快调力学性能的三维结构挤出设备、打印方法及验证方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其是一种具有快调力学性能的三维结构挤出设备、打印方法及验证方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术是一种快速制造技术，可以通过逐层堆积材料来制造三维物体。随着技术发展，可用于3D打印的材料日益拓宽，针对高粘度功能性浆料，如硅橡胶、生物凝胶等功能材料的增材制造方式一般为挤出式直写打印，而为实现复杂功能，多材料3D打印是该技术未来主要的发展方向。
[0003]目前市场上主要使用的多材料打印方式有如下几种：
[0004](1)基于材料挤出的多喷头切换打印，每种喷头中装载一种材料，在遇到需要切换的时候，类似数控机床换刀更换打印喷头，从而达到切换材料的目的；
[0005](2)单喷头切换材料，将喷头内的装载材料清除后换入另一种材料后，再进行打印。
[0006]这些技术通常面临几个不得不回避的问题：
[0007](1)喷头的切换耗费时长，且定位需要保证，且切换频率越高，耗时越长；
[0008](2)一次只能打印单一材料，材料的多样性组合受到局限。
[0009]在实际工况中，通常对打印成品有力学性能的要求，目前的切换打印方式在使用过程中，容易出现局部力学性能难以满足要求的问题。

技术实现思路

[0010]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的具有快调力学性能的三维结构挤出设备、打印方法及验证方法，克服了传统铸造、多喷头切换打印多材料存在的问题，具有成型速度快、适用材料广、过程不间断，定制化程度高等诸多优点，能够快速可靠地调节挤出材料参数，进而精准调控打印成品的力学性能。
[0011]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0012]一种具有快调力学性能的三维结构挤出设备，包括三维运动平台，所述三维运动平台的Z轴上设有夹具，夹具夹持有打印喷头，打印喷头上连接有若干料筒，料筒通过带阀管路连接计算机和高压气瓶。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进：
[0014]打印喷头包括至少两个入口，每个入口对应一个料筒。
[0015]打印喷头内部设有内通道和外通道，内通道的出口段为管状，外通道的出口段连接有环形腔室，环形腔室同轴设在内通道圆周。
[0016]外通道出口直径大于内通道出口直径，外通道出口和内通道出口之间预留高度差，高度差范围300
‑
800μm。
[0017]一种利用权利要求1所述的具有快调力学性能的三维结构挤出设备的3D打印方法，包括如下步骤：
[0018]将配置浆料装载到料筒中，分别连接到打印喷头的入口处，其中内通道装载一种硅橡胶，外通道装载另一种硅橡胶；将料筒通过气管连接电子气压阀、高压气瓶，
[0019]将喷头通过夹具夹持在Z轴平台上，
[0020]设置三种挤出参数，将三种挤出参数所得的挤出模式命名为A模式、B模式、C模式；A模式、B模式、C模式各自对应一种挤出线条类型，分别命名为线型一、线型二、线型三。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进：
[0022]A模式中，Pout：Pin＝200kPa：0kPa，B模式中，Pout：Pin＝0kPa：210kPa，C模式中，Pout：Pin＝160kPa：180kPa，
[0023]Pout为外通道气压，Pin为内通道气压。
[0024]一种具有快调力学性能的三维结构挤出设备的力学性能验证方法，包括如下步骤：
[0025]使用Python脚本生成Gcode代码，打印相同形状的多孔材料，每一种线型打印若干层，堆叠得到多孔材料；得到的半成品命名为类型一、类型二、类型三，
[0026]将类型一、类型二、类型三的半成品放到烘箱加热固化，
[0027]将固化后的成品放置到试验机上进行压缩试验，获取应力数据，验证三种类型的成品力学性能的改变情况。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术避免了传统利用模具注塑的繁琐生产工艺，或通过多喷头实现多材料打印的增材制造工艺，能够满足拓扑结构、几何尺寸等的要求，同时该方法具有成型自由度高，节约器件的设计成本。
[0030]本专利技术可以连续切换打印不同功能模式的线条，故可通过一次性连续打印成型多材料的功能材料结构，具有集成化高，成型速度快等优点。
[0031]本专利技术除了用于常规的打印，尤其适合用于需要改变打印产品应力的工况。根据实际需求，可以实时调节若干个打印口的压力，对应调节每一种材料的打印压力，控制材料的流出，从而控制成品中的材料种类，方便地得到不同应力的打印产品，在不需要更换设备、更换零件如打印喷头、不需要停机再启动的前提下，大大提高了生产效率，能够满足连续打印多种规格产品的实际需求。
[0032]本专利技术还公开了验证方法，用于验证更改材料后的打印产品是否有应力变化。
[0033]本专利技术中的更改材料不是通过常规的更换内容物或更换喷头的方式，而是采用压力控制物料流出的方式，因此，本专利技术除了满足实际生产要求，还能够满足试验室的多次试验要求。
[0034]另外，本专利技术在上述结构的基础上，还能够轻松得到中空线条，或中空、实心线条的流畅切换。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的挤出设备结构示意图。
[0036]图2用于展示本专利技术的三种示例模式气压比较。
[0037]图3用于展示本专利技术的三种挤出线型的结构。
[0038]图4
‑
a为本专利技术的打印喷头立体透视图。
[0039]图4
‑
b为本专利技术的打印喷头剖视图。
[0040]图4
‑
c为本专利技术的打印喷头出口局部放大图。
[0041]图5为本专利技术的三种线型所打印的立体结构示意图。
[0042]图6为图5中三种立体结构的应力对比图。
[0043]图7为本专利技术的流程框图。
[0044]其中：1、计算机；2、电子气压阀；3、高压气瓶；4、料筒；5、三维运动平台；6、夹具；7、打印喷头；8、3D打印的多材料线条；
[0045]51、Z运动模组；52、X运动模组；53、Y运动模组；
[0046]71、内入口；71、外入口；73、安装孔；74、内通道；75、外通道；76、内出口；77、外出口；
[0047]81、A模式对应线段；82、B模式对应线段；83、C模式对应线段。
具体实施方式
[0048]下面结合附图，说明本专利技术的具体实施方式。
[0049]如图1
‑
图7所示，本实施例的具有快调力学性能的三维结构挤出设备，包括三维运动平台5，三维运动平台5的Z轴上设有夹具6，夹具6夹持有打印喷头7，打印喷头7上连接有若干料筒4，料筒4通过带阀管路连接计算机1和高压气瓶3。
[0050]打印喷头7包括至少两个入口，每个入口对应一个料筒4。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有快调力学性能的三维结构挤出设备，其特征在于：包括三维运动平台(5)，所述三维运动平台(5)的Z轴上设有夹具(6)，夹具(6)夹持有打印喷头(7)，打印喷头(7)上连接有若干料筒(4)，料筒(4)通过带阀管路连接计算机(1)和高压气瓶(3)。2.如权利要求1所述的具有快调力学性能的三维结构挤出设备，其特征在于：打印喷头(7)包括至少两个入口，每个入口对应一个料筒(4)。3.如权利要求1所述的具有快调力学性能的三维结构挤出设备，其特征在于：打印喷头(7)内部设有内通道(74)和外通道(75)，内通道(74)的出口段为管状，外通道(75)的出口段连接有环形腔室，环形腔室同轴设在内通道(74)圆周。4.如权利要求3所述的具有快调力学性能的三维结构挤出设备，其特征在于：外通道(75)出口直径大于内通道(74)出口直径，外通道(75)出口和内通道(74)出口之间预留高度差，高度差范围300
‑
800μm。5.一种利用权利要求1所述的具有快调力学性能的三维结构挤出设备的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：将配置浆料装载到料筒(4)中，分别连接到打印喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘禹，徐嘉文，曹艳兵，王晓龙，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：