[实用新型]一种单喷头实现多材料层级复合3DP的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，涉及一种生物医用材料成型领域，具体为一种单喷头实现多材料层级复合3DP的装置。

背景技术

增材制造技术（又称3D打印技术）是继传统切削减材成型技术手段后，近20年来飞速发展起来的一项材料成型制造技术，与传统的材料去除加工方法不同，3D打印是基于三维数字模型通过层层叠加增材制造出具有复杂形状的零件。目前，应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷（SLA）、熔融沉积制造（FDM）、选择性激光烧结/熔化（SLS/SLM）和三维喷印技术（3DP）。3D打印技术具有个性化、精准化、远程化等优点，特别适合于医学领域的应用。三维喷印技术（3DP）是打印机在计算机的控制下，把原料装入机身，通过计算机的控制，用打印喷头将原料层层叠加起来，最后实现材料的增材制造。因为3DP技术对设备要求较低，且原料是材料粉末和粘结剂，相对于其他打印方式来说对材料要求较低，故可以加工多种材料，例如石膏、陶瓷、塑料、金属等。3DP可通过增加喷头的数量来实现多材料和多组分的打印。多喷头打印技术目前应用非常广泛，但是其同时存在许多技术缺陷，例如：其一多喷头打印相对于单喷头打印而言对设备的硬件配置和软件参数控制更为复杂，容易导致因为某个环节参数设置不当而导致打印失败；其二根据3DP技术的特点其多喷头实现的多材料复合，不同材料是在不同的喷头中挤出后再进行分别编织复合的，材料之间的复合是分离的、离散的，不同材料层级之间的结合不好，这极大地限制了其在打印复合材料领域的应用。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的功能需求。在复合材料中，不同材料的结合方式，对材料的性能影响很大。传统的三维打印技术成型复合材料具有很大的局限性，其通过多喷头实现的复合成型，不同材料之间是通过离散编织的。而在某些特定领域中，需要三维打印的复合材料制品中包含连续的多种材料复合，这种要求传统的多喷头3DP打印技术是无法实现的。例如用于组织工程的微球材料，需要用水凝胶连续相材料包裹活细胞，给细胞提供充足营养。目前3DP在活细胞打印方面，传统的喷头模式无法完成这项任务。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是针对现有三维打印技术中的不足，提供一种单喷头实现多材料层级复合3DP的装置。本实用新型基于单喷头打印设备平台，通过对打印喷头构造结构进行改造，可在不增加喷头的前提下实现多材料的连续相成分复合构建。

为了实现上述目的，本实用新型的具体技术方案为：

一种单喷头实现多材料的层级复合的三维打印装置（3DP），作为优选，本实用新型应用于三维喷射打印（3DP）成型技术中。在该技术中，两个单喷头组成复合喷头装置，实现多材料的层级复合的三维打印技术（3DP）。

该装置包括一级料筒喷头、二级料筒喷头、二级料筒固定装置、二级料筒、二级料筒活塞、联动活塞推杆、一级料筒活塞和一级料筒，一级料筒上带有一级料筒活塞，二级料筒上带有二级料筒活塞，一级料筒与二级料筒之间通过联动活塞推杆进行同轴活塞式联动的连接，二级料筒固定在二级料筒固定装置上，在二级料筒固定装置上的前端依次设置二级料筒喷头和一级料筒喷头。

作为优选，该装置包含有双层次多物料装载料筒，料筒之间的连接为同轴心嵌套结构。

作为优选，该装置使用的料筒为医用级聚丙烯(PP)材料，其内径为ϕ5mm～ϕ40mm，容量为10～200ml。

作为优选，该装置包含内外部活塞式联动物料筒，根据所选内外部活塞具有相同的线速度运动速率，打印挤出时可将内外料筒中的不同物料（打印材料）同时挤出。

作为优选，该装置包含一个二级料筒固定装置，该装置一方面用于固定内部料筒，确保打印时运动平稳，另外一方面该装置同时起到调节一级料筒（外部料筒）物料进料速度的作用。作为优选，该喷头装置包含内外部物料打印喷头，内部物料打印喷头直径为100-500 um, 外部物料打印喷头直径为200-1000 um,内外部喷头内径比为1:2。

作为优选，该装置内外部物料打印喷头端头长度不一，内部物料打印喷头短，其端口距离外部喷头3-10mm，以保证打印时的多材料充分复合。

本实用新型的积极效果为：

（一）、本实用新型在于不增加喷头的数量，不对三维打印设备机进行修改，仅需对喷头料筒进行改造，实施简单，费用低。