本發(fā)明涉及新型裝備制造領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)型3D打印機(jī)。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)(也稱“3D打印”)是基于計(jì)算機(jī)三維CAD模型，采用逐層堆積的方式直接制造三維物理實(shí)體的方法。增材制造技術(shù)可以在一臺(tái)設(shè)備上快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的零部件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”。與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，增材制造可降低加工成本20％-40％以上，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期約80％。近20年來，增材制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，形成了多種成型技術(shù)和裝備。這些技術(shù)面向航空航天、武器裝備、汽車、模具以及生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域，直接制造三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)，解決傳統(tǒng)制造工藝難以甚至無法加工的制造難題。增材制造作為一項(xiàng)前瞻性、戰(zhàn)略性技術(shù)，其工程應(yīng)用性很強(qiáng)，領(lǐng)域跨度大，對(duì)未來制造業(yè)，尤其是高端制造的發(fā)展十分重要。其中熔融沉積快速原型制造(FDM)是一種將各種熱熔性的絲狀/粉體材料加熱熔化擠出成型技術(shù)，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝干凈、運(yùn)行成本低且不產(chǎn)生垃圾，可以快速構(gòu)建中空零件等優(yōu)點(diǎn)。相比于選擇性激光融化設(shè)備(SLM)，桌面型FDM打印機(jī)具有價(jià)格低廉，易于推廣等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于工藝品、模具、汽車零部件直接制造等民用工業(yè)。但現(xiàn)有的FDM一般只能加工熱塑性材料，材料固化后硬度、韌性和彈性性能較差。隨著3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，多材料打印成為3D打印的一種趨勢(shì)。與之配套的打印機(jī)的研發(fā)也迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)型3D打印機(jī)，所述的反應(yīng)型3D打印機(jī)材料適用面廣、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和推廣，能滿足3D打印對(duì)于多材料打印的需求。

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種反應(yīng)型3D打印機(jī)，所述3D打印機(jī)包括一外殼(1)，和位于外殼中的：出料裝置，所述的出料裝置包括一混合器401，以及兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)料針筒4；氣流控制系統(tǒng)，所述的氣流控制系統(tǒng)包括：輸氣管2和電磁閥或用于控制高壓氣體通斷的電磁閥或電磁開關(guān)3；成型室，所述的成型室中具有一成型基板5；排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括：冷卻裝置(如冷卻排氣風(fēng)扇)和用于將反應(yīng)尾氣排出的尾氣排出裝置如排氣風(fēng)扇；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)11：所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于控制各部件移動(dòng)；操作面板12。

在另一優(yōu)選例中，所述的兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)料針筒用于存放不同的打印原料；

在另一優(yōu)選例中，所述的兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)料針筒分別儲(chǔ)存一種或多種打印原料；

在另一優(yōu)選例中，在打印過程中，打印原料在所述的成型基板表面固化成型。

在另一優(yōu)選例中，所述的出料裝置包括：兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)料針筒，所述的儲(chǔ)料針筒包括外套402、內(nèi)膽403和氣動(dòng)接頭404；與所述儲(chǔ)料針筒下方連接具有一出料開口的混合器。

在另一優(yōu)選例中，所述的儲(chǔ)料針筒中，所述的外套為不銹鋼外套，和/或所述的內(nèi)膽為聚四氟乙烯內(nèi)膽。

在另一優(yōu)選例中，所述的儲(chǔ)料針筒還包括分別連接于各個(gè)儲(chǔ)料針筒的多個(gè)單獨(dú)氣管405，和與所述的單獨(dú)氣管相連的壓縮氣體源406。

在另一優(yōu)選例中，所述的多個(gè)單獨(dú)氣管上分別具有一電磁閥或電磁開關(guān)，且所述的電磁閥或電磁開關(guān)用于控制所述單獨(dú)氣管中的高壓氣體通斷。

在另一優(yōu)選例中，所述3D打印機(jī)還包括溫度控制系統(tǒng)，所述的溫度控制系統(tǒng)還包括一加熱器6。

在另一優(yōu)選例中，所述的加熱器位于所述的成型基板背面或內(nèi)部。

在另一優(yōu)選例中，所述的溫度控制系統(tǒng)用于控制成型基板表面和/或成型室的溫度。

在另一優(yōu)選例中，所述的溫度控制系統(tǒng)可對(duì)打印原料加熱，加快其反應(yīng)速度。

在另一優(yōu)選例中，所述排氣系統(tǒng)包括：冷卻風(fēng)扇10和用于將反應(yīng)尾氣排出的排氣風(fēng)扇7。

在另一優(yōu)選例中，所述的3D打印機(jī)還包括：用于控制儲(chǔ)料針筒在平面內(nèi)移動(dòng)的XY十字滑臺(tái)8，和/或用于控制成型基板在垂直方向上下移動(dòng)的Z軸連接器9。

本發(fā)明的第二方面提供了一種3D打印方法，所述打印方法包括以下步驟：

(a)在所述儲(chǔ)料針筒中分別加入相應(yīng)的打印原料；

(b)設(shè)定控制各儲(chǔ)料針筒中所述打印原料的出料速率或出料比例；

(c)設(shè)置成型基板中加熱器的溫度；

(e)在所述的成型基板上進(jìn)行脫機(jī)打印。

在另一優(yōu)選例中，所述的打印原料選自下組：翻模硅膠膠水/硅膠固化劑(優(yōu)選地，所述的硅膠與固化劑的出料速率比為100:1-5)；

環(huán)氧樹脂A膠/環(huán)氧樹脂B膠(優(yōu)選地，所述的環(huán)氧樹脂A膠和環(huán)氧樹脂B膠的出料速率之比為1:0.5-2)；

或所述的組分包括組分(a)和組分(b)，且所述的組分(a)包括選自下組的一種或多種：玉米淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、碳酸鈣、氫氧化鈉、水，且所述的組分(b)包括選自下組的一種或多種：過硫酸銨、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、水(優(yōu)選地，所述的組分(a)和組分(b)的出料速率比為1:0.5-2)。

在另一優(yōu)選例中，所述的成型基板中加熱器的溫度為：40-100℃。

應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明反應(yīng)型打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明反應(yīng)型打印機(jī)出料裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明反應(yīng)型打印機(jī)加熱器布置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明反應(yīng)型打印機(jī)排氣扇布置結(jié)構(gòu)示意圖；

各圖中，1為外殼，2為輸氣管，3為電磁閥或電磁開關(guān)，4為針筒，5為成型基板，6為加熱器，7為排氣風(fēng)扇，8為XY十字滑臺(tái)，9為Z軸連接器，10為冷卻風(fēng)扇1，11為控制系統(tǒng)，12為操作面板，401為混合器，402為不銹鋼外套，403為聚四氟乙烯內(nèi)膽，404為氣動(dòng)接頭，405為氣管，406為壓縮氣體源。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明人經(jīng)過長期而深入的研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的FDM打印機(jī)以固態(tài)絲材為原料，一般只能加工熱塑性材料，材料固化后硬度、韌性和彈性性能較差。本發(fā)明所述的反應(yīng)型3D打印機(jī)，將雙噴頭FDM打印機(jī)的兩個(gè)噴頭分別替換成儲(chǔ)料針筒，將FDM的擠出電機(jī)換成控制高壓氣體通斷的電磁閥門，閥門與高壓鋼瓶或者壓縮空氣連結(jié)。根據(jù)打印圖案的需要，控制電磁閥通斷，使兩個(gè)針筒內(nèi)的液態(tài)物質(zhì)擠出后混合均勻，然后在加熱的基板加速反應(yīng)，固化定型。與FDM逐層疊加類似，通過層層疊加，形成所需的3D立體結(jié)構(gòu)，從而完成了本發(fā)明。

以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明。需理解，以下的描述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方式，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對(duì)于本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。在充分理解本發(fā)明的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出非本質(zhì)的改動(dòng)，這樣的改動(dòng)應(yīng)當(dāng)被視為包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中的。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)型3D打印機(jī)，包括包括一外殼1，和位于外殼中的：出料裝置，所述的出料裝置包括一混合器401，以及兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)料針筒4；氣流控制系統(tǒng)，所述的氣流控制系統(tǒng)包括：輸氣管2和電磁閥或用于控制高壓氣體通斷的電磁閥或電磁開關(guān)3；成型室，所述的成型室中具有一設(shè)置有加熱器6的成型基板5；排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括：冷卻裝置(如冷卻排氣風(fēng)扇)10和用于將反應(yīng)尾氣排出的尾氣排出裝置(如排氣風(fēng)扇)7(詳見圖4，排氣扇布置結(jié)構(gòu)示意圖)；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)11：所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于控制各部件移動(dòng)；用于控制儲(chǔ)料針筒在平面內(nèi)移動(dòng)的XY十字滑臺(tái)8；用于控制成型基板在垂直方向上下移動(dòng)的Z軸連接器9和操作面板12。

如圖2所示的儲(chǔ)料針筒，包括一混合器401、外套402、內(nèi)膽403和氣動(dòng)接頭404，在所述儲(chǔ)料針筒下方連接具有一出料開口的混合器。所述的儲(chǔ)料針筒還包括分別連接于各個(gè)儲(chǔ)料針筒的多個(gè)單獨(dú)氣管405，和與所述的單獨(dú)氣管相連的壓縮氣體源406，在操作過程中，在所述的儲(chǔ)料針筒中分別加入相應(yīng)的打印原料(打印原料)，通過所述電磁閥或電磁開關(guān)控制所述壓縮氣體源中的壓縮氣體在所述氣管中的通斷，進(jìn)一步控制所述儲(chǔ)料針筒中的打印原料的出料速率或出料比例，打印原料通過所述混合器用于混合。設(shè)置成型基板中加熱器的溫度(詳見圖3，加熱器布置結(jié)構(gòu)示意圖)，在所述的成型基板上進(jìn)行脫機(jī)打印。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

本發(fā)明所述的反應(yīng)型3D打印機(jī)具有材料適用面廣、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和推廣等優(yōu)點(diǎn)。

(1)傳統(tǒng)噴頭一般適用于粘度較小的反應(yīng)劑，不適合硅膠等粘度大的物質(zhì)，本發(fā)明所述的反應(yīng)型3D打印機(jī)從彈性硅膠到硬度較高的環(huán)氧樹脂，以及水凝膠、陶瓷坯體等都可以打印，能滿足3D打印對(duì)于多材料打印的需求；

(2)傳統(tǒng)的噴頭不具備攪拌功能，因此不能保證物料的充分混合，本發(fā)明所述的反應(yīng)型3D打印機(jī)設(shè)置了混合器，可將針筒中儲(chǔ)存的打印原料混合均勻，促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，所述的儲(chǔ)料針筒有兩個(gè)，分別為①和②。針筒①中裝入翻模硅膠膠水，針筒②中裝入硅膠固化劑。硅膠和固化劑的質(zhì)量比為100:2.5，在3d打印切片軟件上，將①和②的打印頭的絲徑分別設(shè)置為1和40，熱床溫度設(shè)置為50度，進(jìn)行脫機(jī)打印。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，所述的儲(chǔ)料針筒有兩個(gè)，分別為①和②。針筒①中裝入環(huán)氧樹脂AB膠的A膠，針筒②中裝入環(huán)氧樹脂AB膠的B膠。A膠和B膠的質(zhì)量比為1:1，然后在3d打印切片軟件上，將①和②的打印頭的絲徑分別設(shè)置為1.75和1.75，熱床溫度設(shè)置為60度，進(jìn)行脫機(jī)打印。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，所述的儲(chǔ)料針筒有兩個(gè)，分別為①和②。針筒①中裝入攪拌混合均勻的玉米淀粉4.5克、丙烯酸22克、丙烯酰胺9克、碳酸鈣4.5克、氫氧化鈉9.5、水30.5克；針筒②中裝入混合均勻的過硫酸銨3.5克、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺6.5克、水10克。然后在3d打印切片軟件上，將①和②的打印頭的絲徑設(shè)置為1.75，熱床溫度設(shè)置為70度，進(jìn)行脫機(jī)打印。

在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。