[发明专利]一种3D打印机及其打印方法

说明书

本发明是关于一种3D打印机及其打印方法，所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统；所述的xy轴系统控制打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊。本发明成功将水泥基材料、石膏等粉体材料与功能材料一起，运用3D打印技术进行构建具有一定功能的实体模型，为3D打印技术在建材、建筑和工艺美术、医疗等行业的应用提供硬件设备和技术支持，同时有助于创造新型功能材料。

技术领域

本发明涉及一种打印技术，特别是将水泥基材料或石膏等建筑材料与具有特定功能材料一起打印并可形成具有梯度的功能材料打印技术。

背景技术

快速原型技术是上世纪80年代后期源于美国的一项新型造型技术，该技术通过材料的堆积而将计算机中的三维实体逐层“打印”出来，因此也常被形象的称为3D打印技术。现有的3D打印技术主要有立体光刻成型(SLA)、叠层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM) 等。

3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、汽车、航空航天、医疗、军工以及其他领域都有应用，该技术同样引发了建筑业追捧的热潮。3D打印建筑技术与传统建筑相比，其优势在于：速度快，不需要使用模板，可以大幅节约成本；不需要数量庞大的建筑工人，大大提高了生产效率；可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑；具有低碳、绿色、环保的特点。3D打印建筑技术可能改变建筑业的发展方向，对环保、建筑业、预拌混凝土行业带来的改变是显而易见。

然而，现有的建筑用粉体物料，例如水泥材料，凝结时间长，通常的初凝时间6～10h，终凝时间24h左右，不能满足3D打印过程中材料在短时间内快速凝结的性能要求；且一般呈流动性，无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能；并且，水泥材料的熔融温度较高，所以无法作为3D打印材料使用，严重阻碍了水泥基材料3D打印的发展。石膏等粉体的建筑材料也面临着同样的问题。将上述建筑材料与功能材料一起打印并形成具有梯度的功能材料3D打印技术更是无法实现。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种3D打印机及其打印方法，尤其适用于水泥基材料、石膏材料等建筑用粉体物料与功能材料一起打印；所要解决的技术问题是采用现有的水泥、石膏等建筑用粉体材料与功能材料一起，提供一种3D打印机及相应的打印方法，使水泥、石膏材料与功能材料成功应用于3D打印技术，为3D打印技术在建筑、石膏工艺品等行业的应用提供技术支持，并使打印出的产品具有与功能材料相结合的效果(例如相变蓄能、色变等效果)，并可以创造新型功能材料，从而更加适于实际应用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

根据本发明提供的一种3D打印机，所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、 xy轴系统和z轴系统；所述的物料系统包括物料输送系统和称量系统，与搅拌系统连接；所述的搅拌系统用于物料的搅拌，与物料系统、挤出系统连接；所述的挤出系统用于挤出搅拌均匀的混合物料，所述的挤出系统包含打印喷头；所述的无线发射/接收系统与控制系统相连，用于远程移动终端对3D打印机进行控制和监控；所述的输入输出系统与控制系统相连，用于现场的打印参数和数字模型的输入与输出。所述的xy轴系统控制所述的打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊，所述的成型粉体贮存缸底部为可移动第一活塞，所述的成型缸底部为可移动第二活塞，所述的功能材料为具有电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，例如具有特殊的物理、化学、生物学效应的材料，如，色变材料、相变材料等。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。