[发明专利]基于磁流变材料的3D打印机器人系统及打印方法

说明书

技术领域

本发明属于先进制造领域，特别涉及一种基于磁流变材料的3D打印机器人系统及打印方法，具体涉及一种将三维立体成像技术与基于磁流变效应的快熟成型技术相结合，可以直接读取三维图像数据，然后逐层打印并固化成型,最终形成一种三维实体模型。

背景技术

3D打印技术是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地做层面厚度的位移，最终形成三维实体。快速成型制造技术（Rapid Prototyping and Manufacturing, RP&M）是指在计算机管理与控制下，根据零件的CAD模型，采用材料精确堆积（由点堆积成面，由面堆积成三维实体）的方法制造原型或零件的技术，是一种基于离散、堆积成形原理的新制造方法。目前RP&M技术主要有熔融沉积成形（FDM）、选择性激光烧结成形（SLS）、光固化成形（SLA），分层实体制造成形（LOM）。3D打印材料有塑料、光敏树脂、金属粉末（金、银、钢、钛等）、石蜡、陶瓷粉末、尼龙粉末、ABS粉末、覆膜纸、聚丙烯（polypropylene），聚碳酸酯（polycarbonate）、石膏粉末、生物材料（骨骼、肌肉细胞）。从目前材料的性能来有弹性或刚性的，遇热融化或耐高温的，透明的或不透明的，生物相容性的，铸造的，种类繁多，但是目前依然比不上传统制造所拥有的材料种类。3D打印技术还面临着一系列的问题，如制造速度、产品的材料性能、机器和材料的成本、操作的可访问性和安全性、多种颜色和成型精度和质量问题等。因此，新的3D快速成型技术和3D打印材料将极大的推动3D打印技术的发展。

3D立体成像系统是为了获取并构建三维立体图像信息并提供给3D打印系统。三维立体图像技术包括三维立体超声成像，三维立体激光成像（包括透镜板式三维成像、投影式激光成像、全息激光成像），三维微波立体成像，X射线计算机相干断层成像（CT），核磁共振成像（MRI），扫描电子显微镜（STM），原子力显微镜（AFM）等。三维测量技术中最重要的是光学三维测量技术，基于双目立体视觉原理的三维立体重现，其原理类似于人的眼睛视觉机制，首先由2个摄像机从不同角度获取周围事物的两幅数字图像，然后由计算机重现周围景物的三维形状与位置。

3D立体图像的构建还可以通过CAD软件建模，如Tinkercad、123D、3D Tin、Sketch Up等，或Pro/e、UG、Solidworks、Solidedge、Catia建模软件。

颜色调配系统是从由彩色（青色、紫红色、黄色）墨盒中分别提取不同比例，再喷射到近似同一点上，那么这个点便可以根据原色不同的比例显示出不同的颜色，在这过程重要保证不同比例的墨水精确的喷射到同一个点上。

电流变材料、磁流变材料都是一种新兴的智能软材料，具有传统固体智能材料不具有的优点。是由高介电常数的介电颗粒或高磁导率的磁性颗粒通过添加适当的添加剂分散到载液中形成的稳定的分散体系，在电场或磁场的作用下，产生液体和固体或半固体之间的可逆、迅速、连续的变化，即电（磁）流变材料在外加电磁场的作用下粘度、塑性、粘弹性等特性发生变化的现象称之为电（磁）流变效应。

3D打印机器人系统应当使产品快速成型具有如下性能，打印速度快、打印成本低、细节分辨率、精度高、材料性能、精度高等。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁流变材料的3D打印机器人系统及其打印方法，并以此快速打印产品模型。

本发明的目的之一是提出一种基于磁流变材料的3D打印机器人系统；本发明的目的之二是提出一种基于磁流变材料的3D打印机器人系统的打印方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的基于磁流变材料的3D打印机器人系统，包括三维立体成像系统、计算机三维立体图像处理系统和3D打印快速成型装置； 

所述三维立体成像系统，用于获得实体的三维数据提取，提供给计算机三维立体图像处理系统； 

所述计算机三维立体图像处理系统，用于将三维立体成像系统提取的三维数据构建成立体图像，并对立体图像进行数字化处理形成用于控制3D打印快速成型装置进行快速成型的控制命令；

所述3D打印快速成型装置，用于接收控制命令并驱动3D打印快速成型装置将磁流变材料在磁场下固化构建形成三维实体模型。

进一步，所述3D打印快速成型装置包括沉积工作台、磁极、储液罐、墨盒、驱动泵、喷头、连接管道、控制器和伺服机构；