[发明专利]一种气体辅助微通道基材成形3D打印设备

说明书

本发明公开一种气体辅助微通道基材成形3D打印设备，该设备由打印头组件、框架结构、移动机构、冷却机构、注气机构、进料机构、控制系统和交互界面组成。所述打印头组件内集成可控制升降的注射器，通过注气机构向注射器提供稳定流量的气体，辅助微通道基材的成形，冷却机构对已粘附的微通道基材快速固化，维持其通道结构。所述控制系统包括移动控制机构、温度控制机构、注气流量控制机构。本发明能够在3D打印件中成形微通道结构，提升制造效率，节省材料，实现打印件的轻量化，设备简单，自动化程度高。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种气体辅助微通道基材成形的3D打印设备。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造技术，相比于传统的减材制造，它并不是通过切削、磨削、腐蚀等从块材或片材减去材料获得实体，而是基于计算机三维模型，通过切片软件将三维模型分解成一系列具有一定厚度的片层，然后逐层打印生成实体的制造技术。其优势在于空间自由度的成型，易于实现个性化的设计，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少加工工序，缩短加工周期。3D打印作为制造业革命性的一项技术，其在航空航天、建筑、汽车、国防等工业领域，在食品、服装、工艺品、教育等民用领域，在口腔、人造骨、组织工程等生物医学领域等均有应用。

其中熔融沉积成形(FDM)技术由于具有设备简单，成本低，易于成形、材料安全等特点，应用最为广泛。其采用热熔喷头,将耗材熔融成丝状基材，然后按设置好的路径，将半流动状态的丝状基材层层堆叠成型。现有FDM技术所生成的基材均为实心丝材，其在成形实体中的通道结构时只能采用材料堆砌或增加支撑的方式来实现，所成形的通道圆度、粗糙度较差，且通道最小尺寸受限于打印精度。同时，随着3D打印技术的发展，对成形效率、产品轻量化提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足及发展需求，提供一种气体辅助微通道基材成形的3D打印设备。本发明在实现正常打印成形的基础上，通过将实心基材微通道化，能够弥补上述打印通道结构时的不足，操作简单、节省材料、提升制造效率、减轻产品重量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种气体辅助微通道基材成形3D打印设备，其特征在于，所述的设备包括壳体、移动机构、打印头组件、注气机构、进料机构、冷却机构，所述的壳体包括进料室和成形室，所述的移动机构和所述的打印头组件位于所述的成形室内，且两者固定连接，所述的打印头组件包括注气针头，所述的注气机构和进料机构连接在所述的打印头组件上，所述的注气机构用于给所述的注气针头注气，从而在熔融的打印材料中形成微通道，所述的冷却机构用于对已经成形的熔体进行冷却，使其保持微通道结构。

优选地，所述的打印头组件包括支撑块、连接管、加热块、导流块、打印喷嘴、密封圈、弹簧、注气针头、注射器、供气管、支撑架和电磁铁，所述的连接管穿过所述的支撑块上的孔固定在所述的支撑块上，所述的连接管、加热块、导流块从上到下依次连接，且三者均开设有输送物料的通孔，所述的导流块上还开设有L形流道，所述的支撑架放置在所述的导流块上，所述的电磁铁位于所述的支撑架内，所述的注射器的上端位于所述的支撑架内，并和所述的供气管连通，所述的注射器和所述的导流块之间设置所述的弹簧，所述的打印喷嘴固定在所述的导流块下端，所述的注气针头固定在所述的注射器的下端，并深入所述的打印喷嘴内，所述的密封圈安装在所述的导流块的注射器孔内，所述的加热块中开设加热孔和热电偶孔，分别用于放置加热管和热电偶；所述的注射器由磁性材料制成；

所述的注气机构包括注射泵、推杆、活塞、气筒和注气软管；所述的推杆一端连接所述的注射泵，另一端与所述的活塞固定连接；所述的气筒与所述的注气软管连接，所述的注气软管另一端与所述的打印头组件中的供气管连接。

优选地，所述的支撑架和所述的导流块之间设置隔热片。

优选地，所述的导流块上还开设有辅助加热孔。

优选地，所述的移动机构包括Z轴移动机构和XY移动机构；