[发明专利]一种非均质实体的制造方法和设备

权利要求书

1.一种非均质实体的制造方法，该制造方法的具体步骤是：

（1）获取材料分层信息

首先将含有两种以上材料信息的非均质实体模型按照设计的成型精度和适于堆积制造的方向进行切片分层，得到每一分层切片的几何轮廓信息及该几何轮廓内任一点的材料信息；

（2）确定成型方向、层高和堆叠层数

获取非均质实体每一分层切片的几何轮廓信息及该几何轮廓内任一点的材料信息后，根据成型的精度和实体的几何特征确定切片方向、层高和堆叠层数N；根据成型精度选择合适的成型喷头，根据所选定的成型头尺寸、层片几何轮廓和材料信息对成型头的扫描线路进行规划，规划的基本原则是材料信息变化率最小、且扫描线路没有交叉现象；

（3）扫描线路规划时，应当扣除死体积；

（4）路线扫描和材料比例的控制

根据步骤（2）得到的扫描线路，在计算机控制下，成型头在水平方向的成型平面内按所述扫描线路匀速移动，与此同时，通过实时控制多个螺杆中各螺杆的出料速度，实现在指定位置成型头所喷出的各种浆料比例符合材料信息要求，且各螺杆挤出浆料的体积之和在单位时间内为定值；

（5）换层重复扫描，直至完成非均质实体的堆叠成型

完成一层扫描后，计算机控制成型头的工作平面垂直降低一个分层的高度，然后重复步骤（4），依次类推，直至完成最后一层扫描，如此层层堆叠，直至完成整个非均质实体的堆叠成型；最后通过光固化或高温烧结的方法完成非均质实体的制造。

2.根据权利要求1所述非均质实体的制造方法，其特征在于当非均质实体制造工艺中，需要添加支撑材料或制造具有悬垂结构的非均质实体时，设计一个螺杆仅挤出或喷涂支撑材料，而其他螺杆按各材料的比例挤出成型材料，且喷涂支撑材料的成型头与挤出成型材料的成型头为间歇交替工作模式，即在同一时刻只有一个成型头工作，在一个成型头工作结束后，另一个成型头再开始工作。

3. 一种非均质实体的制造设备，该制造设备基于权利要求1所述非均质实体的制造方法，主要模块包括：计算机、数据控制总线、X方向传动机构、几何信息控制总线、Y方向传动机构、浆料传输线、浆料混合控制线、控制模块、螺杆转速控制总线、储料腔、螺杆控制电机、浆料混合器、成型整体框架、成型喷头、二维扫描平台、成型平台、垂直于成型平台的Z向传动机构、Z向传动机构支撑平台和Z向传动丝杠；

计算机负责成型过程中扫描路线规划、实施以及各螺杆挤出浆料的速率和浆料的混合，所有信息通过数据控制总线传递给控制模块，该模块将模型的扫描路线传递到几何信息控制总线，将模型的浆料比例信息传递到螺杆转速控制总线以及浆料混合控制线；

几何信息控制总线将几何信息分别传递到X、Y和Z三个方向的传动机构；其中X、Y两个方向的传动机构控制成型头在二维扫描平台上的扫描路线，每层水平层片扫描结束后，Z方向的传动机构控制水平成型平面的下降距离；在成型头水平扫描的过程中，控制模块根据成型头所在的几何位置将已扣除死体积的材料信息传递给螺杆转速控制总线，该总线控制螺杆电机的转速使得各螺杆挤出浆料的速度实时改变，实现不同几何位置所对应的浆料比例变化；

螺杆旋转使得储料腔中的浆料挤出，并到达浆料混合器，浆料混合控制线控制浆料电机带动混合杆旋转，使得进入混合腔的各浆料混合均匀；浆料混合过程中，后续进入的浆料推动混合均匀的浆料通过浆料传输线到达成型头；

浆料混合器是一个具有多个浆料入口的浆料混合装置，其位置在螺杆挤出浆料混合点至扫描成型头之间，且混合器内搅拌杆的轴向与浆料的传输方向相同；搅拌轴由可控转速的步进电机根据浆料粘度及混合难易调整其转速，动态混合器将各浆料混合均匀后通过浆料传输线输送到成型喷头；

成型喷头依据成型精度要求设计，不同尺寸成型喷头与浆料输送连线的连接方式相同，且具有互换性； 

动态混合器到成型喷头之间需要建立浆料传输连接管线；

总线控制系统有三种控制线缆：材料信息控制总线，几何信息控制总线和混合器控制线；材料信息控制总线用来控制所有螺杆的浆料挤出速率；几何信息控制总线用来控制成型平面内X、Y方向步进电机转速和Z方向的下降步距；混合器控制线用来控制动态混合器的搅拌速率；

所述成型整体框架为多层平台结构，对整个系统起支撑作用；浆料挤出装置安装在成型整体框架的最上端第一层平台上；动态浆料混合器安装在成型整体框架的第二层平台上；第三层平台为成型扫描平台，该平台中包含X、Y两个方向的运动单元，成型头安装在控制X方向的传动机构上；成型平面X、Y两方向上的运动采用齿轮齿条传动方式；

第四层平台为水平扫描平台下方的成型平台，从成型头喷出的浆料按照设定的扫描路线层层堆叠在该水平的成型平台上；该成型平台的上升和下降通过Z向传动机构控制，当传动机构中步进电机驱动齿轮转动时，该齿轮在Z向传动丝杠上滚动，并带动成型平台上下移动；传动机构固定在Z向传动机构支撑平台上。