[实用新型]功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机

说明书

本公开提供了一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机，将送料模块、混料模块、打印喷头三者分开，通过各部件的巧妙设置，能够实现连续功能梯度材料和复杂三维结构一体化制造，具有多材料主动高效均匀混合，打印分辨率高(微纳微尺度特征结构打印)，适用材料种类广泛，生产效率高，成本低，结构简单的特点和突出优势。尤其是它能同时实现基于材料组成和微结构连续功能梯度材料和复杂三维结构一体化制造。

技术领域

本公开属于增材制造和功能梯度材料/结构制造技术领域，涉及一种功能梯度材料和成型结构一体化制造的3D打印机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

功能梯度材料(FunctionallyGradientMaterial,简称FGM)是指在材料的制备过程中，采用先进的复合技术，使材料的微观要素(包括材料组分和微观结构),在某特定方向上呈连续(或准连续)的梯度变化,从而使材料的宏观性能也在同一方向上呈连续(或准连续)梯度变化的一种非均质复合材料。功能梯度材料的显著特点是在传统的复合材料中加上材料含量配比成梯度变化的中间过渡层，从而使材料的物理性能呈渐变形式，避免或缓解传统复合材料由于物性差异太大而在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷。此外，功能梯度材料还具有非常好的可设计性，通过有针对性地改变各组分材料体积含量或者微结构的空间分布，以达到优化结构内部应力分布、满足不同部位对材料使用性能的要求。作为一种全新的先进材料，它既解决了复合材料的界面应力问题，同时又保持了材料的复合特性。由于其优异的物化性能，功能梯度材料目前已经被应用于航空航天、生物医疗、核工程、能源、电磁、光学等诸多领域，显示出广阔的应用前景。

根据功能梯度材料所含有材料成分的不同，功能梯度材料分为：(1)无机功能梯度材料，主要包括金属/陶瓷、金属/非金属、金属/金属和陶瓷/非金属等；(2)聚合物功能梯度材料，主要包括高聚物/高聚物、高聚物/陶瓷、高聚物/金属和高聚物/无机填料等，但是目前聚合物功能梯度材料的研究与开发还主要集中在高聚物/高聚物和高聚物/无机填料这两大类。聚合物功能梯度材料 (PGM)主要指的是基体材料为高分子材料的一类功能梯度材料总称，与无机功能梯度材料相比，聚合物功能梯度材料具有更为广泛的工程化应用。

据发明人了解，功能梯度材料现有的主要制备方法：化学气相沉积法、物理蒸镀法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、粉末冶金法、离心成形法、注浆成形法、化学气相渗透法和电解析出法等。但是上述这些传统的制备方法只能用来成形一些结构较简单的功能梯度材料，无法实现复杂结构件的成形，尤其是复杂三维功能梯度材料和结构一体化制造，而且成形过程复杂，效率低，成本高。近年出现的增材制造技术(3D打印)为功能梯度材料和功能梯度结构件的制造提供了一种全新的技术解决方案，尤其是多材料和多尺度3D打印技术为功能梯度材料和复杂三维结构提供了一种理想的成形方法。