[发明专利]一种亚微米精度的多针头直写式3D打印机

说明书

本发明提供一种亚微米精度的多针头直写式3D打印机，料筒、纳米级定位精度的三轴平台、点胶机和打印平台，所述料筒前端设有打印针头，所述点胶机通过气管与料筒相连，所述纳米级定位精度的三轴平台包括X轴位移台、Y轴位移台和Z轴位移台，X轴位移台和Y轴位移台用于调整打印平台的位置，所述料筒安装在Z轴位移台上，可以随Z轴上下移动；在Z轴位移台的料筒上方设有跟踪亚微米级打印针头出丝和打印过程的成像系统；所述成像系统包括CMOS相机、远心镜头、物镜；与现有技术相比，本发明采用毛细管玻璃微针作为打印针头、纳米级精度的定位平台、多料筒结构、激光校准器和成像系统的结合，可以实现高精度多材料的打印。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种亚微米精度的多针头直写式3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型的增材制造技术，3D打印技术是将三维模型转换为数字模型，通过计算机软件切片或者规划路径，运用粉末状金属，塑料，光敏材料以及可粘合材料，通过逐点，线和面的方式来构造物体的技术。3d打印与传统的模具生产工艺有很大的不同,3d打印最大的优势在于无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本，此外,3d打印还能够打印出一些传统生产技术无法制造出的复杂的三维结构。经过多年的发展，3d打印已经广泛应用于传统制造业、医疗行业、文物保护行业、建筑设计行业和配件饰品等行业,而且在科研界也受到全世界范围的推崇。

现阶段的3D打印技术主要有以下三种技术类别：(1)直写挤出式3D打印，通过将打印的材料从喷嘴出挤出；(2)光固化技术；(3)选区激光烧结技术。其中，直写式的3D打印技术是当下发展最为迅速且应用最广的打印技术。由于其具有较为简单的技术原理，通过制备不同尺度的喷嘴可以实现精度范围较广的三维加工，以及对于打印材料没有限制等优势，使得直写式的3D打印技术及相关设备在前沿的科学研究领域存在巨大的需求。

尽管目前直写式3D打印设备在市场上占有较大的份额，但是仍存在以下几点不足亟待改进。首先，由于缺乏高精度喷嘴，使得可加工的材料线精度较差，难以实现高精度的制造；其次，打印机没有装配完善的成像系统，无法实现高精度的校准以及观察整个打印过程，从而导致无法及时发现打印过程中出现的问题，打印成功率不高；针对多材料的打印需求，现阶段的直写式3D打印机缺乏不同材料之间切换的校准手段，从而无法准确实现高精度的多材料打印。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种亚微米精度的多针头直写式3D打印机，采取如下技术方案：

一种亚微米精度的多针头直写式3D打印机，料筒、纳米级定位精度的三轴平台、点胶机和打印平台，所述料筒前端设有打印针头，所述点胶机通过气管与料筒相连，所述纳米级定位精度的三轴平台包括X轴位移台、Y轴位移台和Z轴位移台，X轴位移台和Y轴位移台用于调整打印平台的位置，所述料筒安装在Z轴位移台上，可以随Z轴上下移动；在Z轴位移台的料筒上方设有跟踪亚微米级打印针头出丝和打印过程的成像系统。

进一步地，纳米级定位精度的三轴平台可以设置两个或两个以上Z轴位移台，每个Z轴位移台上均设有料筒和成像系统，所述料筒和成像系统的相对位置保持固定，多个料筒中装有不同的打印材料，用于多材料的打印，所述打印平台上设有激光校准器，对多个料筒前端的打印针头进行定位与校准，每个成像系统用于跟踪打印针头的出丝和打印过程，实时输送到电脑里。

进一步地,成像系统包括CMOS相机，远心镜头，物镜；CMOS相机一端可通过USB数据线与电脑相连，也可以通过其他数据传输方式与电脑相连，在电脑上可读取打印针头的实时画面信息，CMOS相机的另一端与物镜相连，根据不同放大倍数需求，可更换不同放大倍数的物镜。CMOS相机整体通过相机支架夹紧后,设于三轴微调平台上，然后三轴微调平台与角度调整板和水平位置调整板相连，其中角度调整板和水平位置调整板用于粗调相机位置，在获取到模糊图像后通过三轴微调平台对相机位置进行微调，以得到最佳的观测图像。