[发明专利]一种基于螺旋流道的梯度材料高效3D打印装置及方法

权利要求书

1.一种基于螺旋流道的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，包括：

增材制造成型平台(1)，作为3D打印装置的基础组成部件，其内置运动系统可使增材制造成型平台(1)在平面内及垂直方向运动，当粒径梯度分布的增强颗粒复合材料经螺旋分离组装系统(2)挤出后，结合增材制造成型平台(1)的运动，可实现梯度粒径增强材料的累积成型；

螺旋分离组装系统(2)，作为本发明3D打印装置的核心功能部件，可以将打印墨水从材料输送入口(28)输送到螺旋分离组装系统(2)内后，打印墨水内不同粒径的颗粒在螺旋分离通道(21)的截面方向呈现梯度分布，再结合材料临时储料筒(23)及数字化组装挤出头(26)能够实现打印通道不同粒径颗粒呈现设计性的梯度模式分布；

材料供应系统(3)，用于盛放及输送内含丰富粒径分布的打印墨水，通过材料输送通道(31)将打印墨水定时、定速的输送至螺旋分离组装系统(2)中；

计算机控制系统(4)，作为整个3D打印装置的控制中心，根据粒径梯度分布颗粒增强复合材料或多孔材料的三维模型，分解获得打印工艺流程，用于控制增材制造成型平台(1)、螺旋分离组装系统(2)及材料供应系统(3)的工作流程，并优选出最优工艺参数。

2.如权利要求1所述的一种基于螺旋流道的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，所述增材制造成型平台(1)包括：

增材制造成型平台软件系统，其集成在计算机控制系统(4)中，用以控制增材制造成型平台硬件系统在水平平面内及垂直方向的运动；

增材制造成型平台硬件系统，是增材制造成型平台(1)实现运动编程的物理基础，增材制造成型平台硬件系统在三维空间内的运动，才能实现螺旋分离组装系统(2)挤出材料的可控逐层沉积及累积成型。

3.如权利要求1所述的一种基于螺旋流道的梯度材料高效3D打印装置，其特征在于，所述螺旋分离组装系统(2)包括：

螺旋分离通道(21)，作为螺旋分离组装系统(2)的核心部件，利用惯性微流体操纵粒子的机制，并得益于二次流和惯性升力的独特尺寸依赖特性，能够促使打印墨水可颗粒按照粒径大小呈现梯度分布，进而通过材料分离输送出口(28)，将内含不同颗粒粒径范围的打印墨水进行分离并输送到材料临时储料筒(23)中；

分离输送通道(22)，其上接螺旋分离通道(21)的材料分离出口(29)，下接材料临时储料筒(23)，能够将分离后内含不同颗粒粒径范围的打印墨水输送至材料临时储料筒(23)中，进行中转储存；

材料临时储料筒(23)，通过分离输送通道(22)，暂时盛放分离出来的内含一定粒径范围颗粒的打印墨水；

组装输送软管(24)，其上接材料临时储料筒(23)，下面连接数字化组装挤出头(26)，将分离后的打印墨水进一步输送至数字化组装挤出头(26)相应的挤出头中，另外，组装输送软管(24)的材质为软材料，可实现一定的扭转变形，便于数字化组装挤出头(26)内挤出头的位置调换及重新组装；

旋转装置(25)，其与数字化组装挤出头(26)集成在一起，在打印过程中，可带动数字化组装挤出头(26)实现顺时针0～90°及逆时针0～90°的旋转；

数字化组装挤出头(26)，将分离后内含不同粒径尺寸范围颗粒的材料，分别输送至数字化组装挤出头(26)中相应的挤出头，根据需要自动化组装不同排列方式的挤出头，从而实现复合材料内颗粒可调、可设计的粒径组装分布；

光固化系统(27)，用于实时、原位固化从数字化组装挤出头(26)挤出打印墨水，固定打印通道内颗粒的粒径分布；

材料输送入口(28)，将内含丰富粒径分布的打印墨水从材料输送入口(28)输送至螺旋分离通道(21)中；

材料分离出口(29)，将内含不同粒径范围的打印墨水从材料分离出口(29)分离出来，暂时盛放在材料临时储料筒(23)中。