【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及增材制造，特別涉及一種增強顆粒可切換復合材料3d打印裝置及方法。
技術介紹
1、在傳統的3d打印技術中，復合材料的制造通常涉及到將增強顆粒如碳纖維或玻璃纖維均勻分散在基體材料中，以提高打印物體的機械性能。然而，這些方法存在一些局限性，如：現有的3d打印技術通常無法在打印過程中動態調整增強顆粒的種類和分布，這意味著無法根據打印物體的不同部位需求來優化材料性能。
2、為了解決上述問題，本專利技術提出了一種增強顆粒可切換復合材料的3d打印裝置及方法，該方法通過使用聲波輻射力無接觸地操縱懸浮液中的微納尺度增強顆粒，實現增強顆粒的實時動態聚集和分離。通過精確控制增強顆粒的分布和運動，以及與三維成型平臺的協調，本專利技術能夠實現復雜的打印設計，為制造高性能復合材料提供了一種新的方法。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種增強顆粒可切換復合材料3d打印裝置及方法，旨在通過精確控制增強顆粒的分布和動態調整材料的局部性能，實現復雜三維物體的構建。該裝置及方法特別適用于需要在打印過程中實現材料梯度變化和功能集成的應用場景。
2、一種增強顆粒可切換復合材料3d打印裝置，包括：
3、材料輸送系統，其功能主要用于精確、高效、可靠的將原材料供應到增強顆粒切換系統；
4、增強顆粒切換系統，作為該3d打印裝置中的核心部件，借助聲波輻射力來操縱懸浮液中微納尺度增強顆粒，這種無接觸的方式可以實現增強顆粒的精確聚集和分離，從而在打印過程中動態調整材料的局部
5、三維成型平臺，用于控制多材料擠出系統在三維空間內的運動，確保內含不同增強顆粒的多種材料體系能夠精確地按照預定路徑進行層層疊加，從而構建出三維物體，這種精確控制對于構建復雜的三維物體至關重要，它允許在打印過程中實現材料的梯度變化和功能集成；
6、控制系統：確保打印材料內的增強顆粒能夠實時聚集、分離、切換，并隨著基質材料按照預定路徑進行層層疊加，要求控制系統能夠精確控制增強顆粒的分布和運動，以及與三維成型平臺的協調，以實現復雜的打印設計；
7、進一步，所述材料輸送系統，包括：
8、材料供應筒：用于存放打印原材料，出口配備控制機制，已確保材料可以按照預定的速率6-83mm/s和方式被輸送到增強顆粒切換系統；
9、材料供應輸送通道：旨在將原材料從供應筒取出并輸送到增強顆粒切換系統中微流控芯片的入口；
10、進一步，所述增強顆粒切換系統，包括：
11、微流控芯片：內部含有微尺度的流體通道，用于誘導增強顆粒通過聲場，實現增強顆粒的局部富集及分離。含有一個入口及兩個或兩個以上的出口，中間流體通道高度范圍為15-50μm，寬度為300-800μm，微流控芯片出口分別與多材料擠出系統多個擠出頭直接相連；
12、叉指換能器：設置了兩對叉指換能器，每對換能器由兩組相互交錯、周期分布的金屬條帶組成，每組電極和匯流條相連，兩對叉指換能器能夠獨立產生高頻聲波，頻率范圍為100-310mhz，可以選擇單一工作也可選擇協同工作，并根據需要可實時開關，位于微流控芯片的下側，初始狀態下，叉指換能器主軸位置與微流控芯片主軸相互垂直，并且兩對叉指換能器可根據需要順時針或逆時針旋轉一定角度，角度范圍為10-45°；
13、壓電基板：當對壓電基板上施加電場時，由于逆壓電效應，基板產生形變，從而產生聲波，相反，當聲波傳播到壓電基板時，由于正壓電效應，會在金屬電極兩端產生電荷，從而可以利用另一組叉指換能器輸出交變電信號；
14、功率放大器：其作用是用于增強信號發生器產生的電信號，使其具有足夠的功率去激發叉指換能器；
15、信號發生器：發生器的主要功能是產生特定頻率和幅度的電信號，這些電信號隨后會被用來激發叉指換能器，使其產生聲波；
16、進一步，所述三維成型平臺，包括：
17、紫外燈固化模塊：通過發射特定波長的紫外線，使光敏樹脂材料發生化學反應，從而迅速固化，功率為400-500w；
18、三維運動硬件系統：負責控制多材料擠出系統在三個坐標軸x、y、z軸上的精確移動，通過步進電機或伺服電機與滑軌或齒輪間的相互作用來精確定位打印頭，確保打印物體的精度和質量；
19、多材料擠出系統：集成了兩個及兩個以上的擠出頭，各擠出頭與增強顆粒切換系統各出口直接相連，能夠快速且準確地將切換完成的復合材料體系沉積在三維物體相應位置；
20、進一步，所述控制系統，包含：
21、材料輸送控制：精確控制材料輸送系統將待切換處理打印材料定時、定速輸送到增強顆粒切換系統的微流控芯片內；
22、三維空間運動控制：負責控制多材料擠出系統在三維空間內的運動，這包括x、y、z軸的精確定位和移動，控制系統需要能夠生成精確的運動路徑，以確保打印出的復合材料結構具有所需的幾何形狀和尺寸精度；
23、材料切換邏輯：在打印過程中需要切換不同類型的增強顆粒，控制系統需要具備邏輯控制功能，以確保在正確的時間和位置進行叉指換能器旋轉、開關及材料切換，而不會影響打印質量；
24、用戶界面和軟件支持：控制系統通常配備有用戶界面，允許操作者輸入打印參數、選擇材料類型和監控打印進度。
25、一種增強顆粒可切換復合材料3d打印方法：
26、步驟一、材料制備
27、基質材料：光敏樹脂前驅體材料；
28、增強顆粒：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、硼化鈦、氮化硼、石墨顆粒中的一種或多種；
29、所述基質材料的粘度150～900?mpa·s；
30、所述增強顆粒具有兩個及以上非連續粒徑分布范圍，總體粒徑范圍1-34μm；
31、將5-20vol%增強顆粒與基質材料進行混合，攪拌均勻，備用；
32、步驟二、增強顆粒可切換復合材料的增材制造，具體包括：
33、1、材料制備：將基質材料和增強顆粒按預定比例混合，為動態切換不同材料組合的3d打印提供基本材料體系；
34、2、設計與建模：使用三維軟件進行結構設計，創建三維模型，并切片成打印路徑；根據模型確定增強顆粒的分布和切換策略，確保設備能夠精確控制材料輸送和增強顆粒的切換；
35、打印參數設置時：叉指換能器的信號頻率與增強顆粒直徑間存在著量化關系，較小直徑增強顆粒對應較小信號頻率；較大直徑增強顆粒對應較大信號頻率，具體參數設置如下：增強顆粒直徑1-6μm設置信號頻率在100-130mhz區間；增強顆粒直徑6-11μm設置信號頻率在130-160mhz區間；增強顆粒直徑11-16μm設置信號頻率在160-190mhz區間；增強顆粒直徑16-21μm設置信號頻率在190-220mhz區間；增強顆粒直徑21-24μm設置信號頻率在220-250mhz區間；增強顆粒直徑24本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種增強顆粒可切換復合材料3D打印裝置，其特征在于，包括：
2.一種增強顆粒可切換復合材料3D打印方法，其特征在于：使用權利要求1所述的增強顆粒可切換復合材料3D打印裝置，步驟包括：
【技術特征摘要】
1.一種增強顆粒可切換復合材料3d打印裝置，其特征在于，包括：
2.一種增強顆粒可切換復...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周雪莉，夏濃，張宇陽，任雷，任露泉，劉慶萍，徐超，李冰倩，劉洪佩，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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