[发明专利]一种4D打印系统

说明书

本发明公开了一种新型4D打印系统。装置包括运动装置，喷头装置和送料装置三大主要组成部分。运动装置为龙门式结构，可以带动喷头在三维空间内灵活移动。送料装置由螺杆挤出装置，卷轴，气泵三部分集成。喷头装置分为内部结构和外壳两层，在电机驱动下，内部结构可以相对外壳旋转，从而实现不同出料口和外壳喷头的对接。本发明装置可以在单台装置上实现不同种活性材料的无间断切换打印，节约了打印时间，提高打印效率；同时单喷口结构保证了打印精度，减少了机构冗余。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是涉及一种针对活性材料打印的4D打印装置。

背景技术

由活性材料制作的，具有“自组装，自修复，自折叠”功能的4D打印产品正在多个领域大放异彩，它所制造的智能产品摆脱了传统机电结构的限制，能够以更轻便，更简洁的形式完成自组装，自修复，自变形等高级功能，因此具有更大的灵活性。这种优势在多个领域均具有巨大潜力，例如军事领域，4D打印产品可以完成从二维到三维形状的变化，在运输中大大节省了军事装备的空间占用率；在软体机器人领域，以活性材料为骨架的机械臂可以实现灵活度更高，更加精确的空间运动；航空航天领域中，形状聚合物和硬质基体材料结合的智能结构可以代替传统的机翼结构，成为可折叠固态飞行器的一部分。

相比于传统制造工艺，通过4D打印技术制作智能结构有着巨大的优势。4D打印技术的本质就是基于活性材料的增材制造技术。该技术融合了当下热门的3D打印和活性材料两个领域，目标在于制造出能够在时间维度上随外界刺激而发生性状改变的机敏结构。它能够利用增材制造技术，实现具有复杂空间造型的智能结构打印，从而充分发挥活性材料的性能。

但是，一般的3D打印装置，通常无法适应活性材料打印的各种要求。其不仅在进料方式上难以适应那些可能是软物质的活性材料，在多材料打印技术上也很难做到不同材料区分打印。因此，开发设计一种能够适应活性材料打印要求的新型4D打印机，是极为有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种4D打印系统，能够在打印过程中实现多种不同活性材料的快速切换，以解决当下4D打印效率低下的问题，同时利用单喷口结构，实现喷头装置简化，打印精度提升，运行速度提升等特点。

本发明所采取的技术方案为：

本发明包括运动装置，送料装置，喷头装置，送料装置设置在运动装置的侧方，送料装置与运动装置之间通过喷头装置连接；喷头装置包括喷头支架和喷头主体，喷头主体通过喷头支架安装到运动装置上。

喷头主体包括喷头外壳、旋转电机、旋转盘和挡板层，喷头外壳开有空腔，旋转盘和挡板层自上而下依次水平安装在喷头外壳的空腔中，所述的旋转盘和挡板层仅与喷头外壳的内表面接触，且不影响旋转盘和挡板层的旋转运动。

挡板层的中央开有环形凹槽，位于环形凹槽内圈的挡板层形成挡板凸台，挡板层在环形凹槽外围的一周均匀开有多个竖直贯通的通孔作为出料口，多个出料口分别在最靠近自身的环形凹槽内设有各自的滑动机构，每个滑动机构主要由复位弹簧、电磁吸盘和挡板片组成，环形凹槽的内圈外侧壁和外圈内侧壁之间通过径向设置的连杆固定连接，连杆与环形凹槽内圈的外侧壁连接的一端处固定设有电磁吸盘，挡板片的上部活动套装在连杆中并沿连杆滑动，挡板片的下部与出料口的下底面接触连接，位于挡板片和电磁吸盘之间的连杆上套装有复位弹簧。

旋转盘同轴固定连接在挡板层的上方，旋转电机的电机轴与旋转盘同轴固定连接，旋转盘在对应每个出料口的位置处设有进料口，每个进料口与各自对应的出料口之间对应连通形成多个进料通道；喷头外壳的底部在对应出料口的同一圆周方向上开有一个贯通至空腔的通孔作为喷头孔，喷头孔朝向运动装置的打印平台设置，各个进料通道与送料装置中的各个送料设备一一对应连接，旋转电机旋转带动各个进料通道依次与喷头孔连通。