[发明专利]一种基于复合材料喷雾式3D打印装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于复合材料喷雾式3D打印装置及方法，属于3D打印技术领域。克服了现有技术中3D打印产品内部缺陷多的问题。通过混料系统将待打印物的粉末充分混合，再经分散系统、熔融系统和冷却系统，使原料充分熔化，弥散均匀分布后通过雾化喷头完成打印。喷头内的加热腔对熔融喉管内的丝材进行加热融化，进一步保证了丝材的完全熔化，融化后液体能够稳定流动；另外通过送气通道内准确的控制气压，根据待打印物智能化选择喷头喷嘴大小和形状，可以根据情况选择点喷、线喷和面喷中的一种，减少了打印过程中温度释放不均衡，消除了材料应力的影响，从而消除时间的翘曲，减少了缺陷，提高了加工效率。

【技术领域】

本发明属于3D打印技术领域，尤其是一种基于复合材料喷雾式3D打印装置及方法。

【背景技术】

3D打印技术被视为第三次工业革命的技术支撑，其技术不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，直接将所需要的模型通过计算机三维模型自动、快速、直接、准确地变成实物模型，进而有效的缩短了产品研发周期。

现有的3D打印中，打印尺寸的精度与效率是相互矛盾的，往往存在效率低、熔化不充分和缺陷多的问题。一方面，损耗了材料和时间，直接影响到生产成本和生产周期；另一方面，这些缺陷如果不能及时的被检测发现，就会带来很多安全隐患，尤其是在航空航天、核工业和医学样件的应用中，将带来不可挽回的损失。同时，大尺寸零件3D打印存在翘曲变形大、打印零件不致密等缺陷，此外，高性能复合材料的3D打印技术具有更明显的收缩、变形等问题，进而导致打印失败。

针对上述问题，本发明提出了一种基于超声分散和电磁加热的复合材料喷雾式3D打印方法，该方法通过主动式超声分散装置将复合材料均匀地分散在基体材料中，通过电磁加热既可以做到快速熔融复合材料，又可以使得熔融的材料快速降温，可以长时间维持打印过程中温度稳定性，防止温度过高导致材料的变性，同时，完全解决了材料降温过程中时间消耗，提高打印效率。为了解决打印过程中应力集中问题，通过喷雾式方法智能化的选择喷头形状，喷头大小，做到各种喷头同时的点喷、线喷、面喷。进而减少由于打印材料打印过程中自身的收缩带来的翘曲变形，减少缺陷。同时，动态调整喷雾面积，提高打印效率。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中3D打印产品内部缺陷多的问题，提供一种基于复合材料喷雾式3D打印装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于复合材料喷雾式3D打印装置，包括依次连通的混料系统、分散系统、熔融系统、冷却系统和雾化喷头；

所述混料系统上设有若干注入口；

所述雾化喷头上设有喷嘴。

本发明进一步的改进在于：

所述雾化喷头由外至内依次套设保温腔、加热腔、熔融喉管以及喷头外壳，熔融喉管顶部开设有与冷却系统连通的进料口；喷头外壳的内壁与保温腔之间留有间隙，该间隙形成送气通道；喷头底部开设有喷嘴；熔融喉管和送气通道的底部与喷嘴连通。

一种基于复合材料喷雾式3D打印方法，包括以下步骤：

步骤1：混合待打印物所需的原料复合粉末，蒸发水分；

步骤2：分散步骤1所得产物；

步骤3：升温使步骤2所得产物达到熔融态；

步骤4：冷却固化得到相应丝材；

步骤5：将丝材输送至3D打印喷头进行打印。

其进一步的改进在于：

所述步骤1是通过超声波混合预打印物所需的原料复合粉末，采用电磁波蒸发水分。

所述步骤2是用超声波分散步骤1所得产物。