[发明专利]一种介电功能梯度3D打印丝材制造装置及方法

说明书

本发明涉及介电功能梯度材料制造技术领域，提供一种介电功能梯度3D打印丝材制造装置及方法。该制造装置的控制机构内设有待打印丝材的介电常数，控制机构根据该介电常数控制进料机构中各进料盒的进料比例，即至少控制具有可塑性的基料及具有介电性的填料的混合比例，使得经混料加工机构加工后，所制得的丝材的介电常数复合需求，并且，控制机构通过调节调节结构，可以使得基料与填料之间的混合比例发生变化，使得最后制造的丝材各段的介电常数数值不同，控制机构根据所需丝材的介电常数梯度分布数据对调节件进行调节，即可制得所需的具有梯度的介电性的丝材，在用于3D打印领域后，便可获得所需的功能梯度材料。

技术领域

本发明涉及介电功能梯度材料材料制造技术领域，特别涉及一种介电功能梯度3D打印丝材制造装置及方法。

背景技术

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)通过将不同特性的材料相复合，使材料特性在材料内部不同空间位置上呈现非均匀的梯度变化，从而缓解局部应力集中，达到提升材料整体性能的目的。近年来，有学者将这一概念引入电气领域，提出介电功能梯度材料这一概念，即通过调控绝缘材料的介电特性(电导率/介电常数)分布，以调控电场分布，达到缓解局部电场过高现象以降低闪络电压的目的，具有较高的可行性与较大的应用前景。

3D打印(增材制造)作为一种灵活、快捷的三维模型制造技术，为功能梯度材料，尤其是介电功能梯度材料的制备提供了新的解决方案。其“逐点累积成面，逐面累积成体”的技术特点与介电功能梯度材料的理念相契合，可以通过调控绝缘材料每一点的介电参数(如介电常数)，从而实现介电功能梯度材料的整体增材制造。熔融堆积成型(FusedDeposition Modeling,FDM)作为一种技术最成熟、应用最广泛的3D打印方法，在介电功能梯度材料的制备方面具有很大的应用潜力。

然而，目前的FDM打印丝材以单一匀质材料为主，因此，用于3D打印的介电功能梯度丝材的制备是介电功能梯度绝缘领域以及熔融堆积成型3D打印领域的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种介电功能梯度3D打印丝材制造装置，旨在制造一种介电功能梯度3D打印丝材，解决现有的3D打印领域打印丝材单一以致难以制造出功能梯度材料的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种介电功能梯度3D打印丝材制造装置，包括混料加工机构，用于向所述混料加工机构进料且至少具有两进料盒的进料机构，以及根据待制造丝材的介电常数控制所述进料机构的进料比例的控制机构，所述进料盒与所述混料加工机构相连通，至少一所述进料盒中储放有具有可塑性的基料，至少一所述进料盒中储放有具有介电性的填料，所述进料机构包括设于各所述进料盒内的调节结构，所述控制机构控制所述调节结构以调节各所述进料盒的进料效率，所述混料加工机构用于将各组分混合加工后制成丝材。

在一个实施例中，所述进料盒的底部开设有与所述混料加工机构相连通的进料口，所述调节结构为插设于所述进料口中的螺杆，所述螺杆上设有螺纹，所述螺杆旋转并通过所述螺纹将所述进料盒中的原料带入所述混料加工机构中，所述控制机构控制所述螺杆的旋转速度。

在一个实施例中，所述进料盒的底部开设有与所述混料加工机构相连通的进料口，所述调节结构为设于所述进料口处的滚轮，所述滚轮上设有储料结构，所述滚轮转动并通过所述储料结构将所述进料盒中的原料带入所述混料加工机构中，所述控制机构控制所述滚轮的转动速度。

在一个实施例中，所述混料加工机构包括与所述进料机构的所述进料盒相连通的混料盒以及设于所述混料盒中的加热组件、搅拌组件，所述加热组件用于调控所述混料盒中的温度以使混料盒中的各组分熔融混合，所述搅拌组件用于对进入所述混料盒中的各组分进行混合搅拌。

在一个实施例中，所述混料盒上开设有出丝口，所述搅拌组件包括设于所述混料盒中的两搅拌杆，两所述搅拌杆上设有导向结构，两所述搅拌杆转动以将各组分混合并通过所述导向结构使各组分朝向所述出丝口移动，所述混料盒中靠近所述出丝口的一侧设有隔热结构。