[发明专利]一种旋转式多材料3D打印喷头装置

说明书

一种旋转式多材料3D打印喷头装置，包括与打印机的Z轴连接的由固定支架，固定支架上安装有驱动电机，驱动电机输出轴上连接有扇形转盘，扇形转盘安装有多个内置嵌块，每个内置嵌块和单个喷头模块的喷头卡具配合安装，所有喷头模块的喷头卡具均设置在固定外壳和扇形转盘固定连接后内置嵌块和固定外壳构成的安装孔内，每个喷头卡具两端分别连接一个通用喷头，上部的通用喷头通过软管与注射器连接，底部的通用喷头实现材料输出；驱动电机控制扇形转盘旋转，实现不同喷头模块间的切换；本发明不仅可以实现多个喷头的精确安装定位和自动切换，而且简化了打印轨迹。

技术领域

本发明涉及微纳3D打印技术领域，具体涉及一种旋转式多材料3D打印喷头装置。

背景技术

微纳结构因其特有的微纳尺度效应及便于器件小型化等优势，在柔性电子、组织工程、航空航天等领域具有广泛的应用价值。微纳3D打印技术具有直接成形、无需掩膜、选材广泛等优势，已成为微纳结构制备的重要手段。多材料微纳3D技术是近年来兴起的研究热点，可实现多种材料结合的复杂微纳结构制备，具有重要的研究及应用价值。3D打印喷头是实现多材料打印的关键部件，直接影响到微纳结构的成形效果及成形效率。目前，现用的多喷头结构多是直接固定在Z轴上，喷头切换需依赖平台运动，增大了打印轨迹制定难度。此外，现有喷头与注射器之间的连接存在更换难度大、清洗不便等不足。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种旋转式多材料3D打印喷头装置，通过电机控制不同喷头之间的准确切换，实现多材料的静电/挤出式3D打印。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种旋转式多材料3D打印喷头装置，包括与打印机的Z轴连接的由固定支架1，固定支架1上安装有驱动电机2，驱动电机2输出轴上连接有扇形转盘3，扇形转盘3安装有多个内置嵌块6，每个内置嵌块6通过固定螺栓9与扇形转盘3连接；每个内置嵌块6和单个喷头模块的喷头卡具5配合安装，所有喷头模块的喷头卡具5均设置在固定外壳4和扇形转盘3固定连接后内置嵌块6和固定外壳4构成的安装孔内，喷头卡具5通过绝缘螺钉7和内置嵌块6紧固，每个喷头卡具5两端分别连接一个通用喷头8，上部的通用喷头8通过软管10与注射器11连接，底部的通用喷头8实现材料输出。

所述的驱动电机2为可编程控制电机，驱动电机2与计算机连接，计算机通过控制程序实现驱动电机2的旋转，进行通用喷头8的切换；驱动电机2的控制程序还能够集成到打印轨迹控制程序内，实现打印过程中的通用喷头8动态切换。

所述的扇形转盘3的弧度和大小根据喷头模块数量确定，扇形转盘3的圆弧边设计有放置内置嵌块6的凹槽及固定螺栓9的定位孔，扇形转盘3的加工材料为轻质绝缘材料。

所述的固定外壳4采用绝缘材料。

所述的喷头卡具5为圆柱形中通结构，由导电材料加工，圆柱外径为6mm至10mm；圆柱形结构中间开通孔，通孔孔径为60μm至1μm；喷头卡具5与通用喷头8连接后，该通孔与通用喷头8的针管相通，实现材料流通；在喷头卡具5两端设计有带锥度的圆台，与通用喷头8之间使用过盈配合方式连接。

所述的内置嵌块6由导电材料加工，内置嵌块6外侧设计有半圆形凹槽，用于喷头卡具5的定位；内置嵌块6与扇形转盘3的固定螺栓9能够连接导线，导线与电源正极连接用于静电打印时的电压提供。

所述的通用喷头8为标准注射器喷头，根据工艺需求选取内径60μm至1mm之间任意尺寸的喷头。

所述的通用喷头8与喷头卡具5之间采用过盈配合方式连接，打印材料在单个喷头模块的通过顺序为：注射器11、软管10、上部的通用喷头8、喷头卡具5、下部的通用喷头8。

一种旋转式多材料3D打印喷头装置的打印方法，包括以下步骤：