[发明专利]用于多材料的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法

说明书

本发明涉及用于多材料的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法。用于多材料的3D打印装置包括：材料传送单元，其包括至少两条线；材料供给单元，其用于对材料传送单元的各条线供给至少一种打印材料；厚度控制单元，其用于控制由材料供给单元供给的材料的厚度；3D打印模块，其用于将厚度被厚度控制单元控制的材料固化成预定的形状，以使位于一条线的材料固化，并且移动到另一条线，以使位于另一条线的材料固化；材料处理模块，其用于对通过3D打印模块固化的材料执行清洗或干燥；以及收集模块，其用于收集打印过程中未使用的打印材料。

技术领域

本发明涉及用于多材料(multiple materials)的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法。

背景技术

3D打印机是出于在企业中将产品商业化之前制备原型的目的而开发的。美国的3DSystems公司作为在20世纪80年代早期开发出固化塑性液体以制得3D物体的第一台3D打印机的企业而被熟知。在早期限于塑料的材料的范围已经扩展到诸如尼龙和金属等的其它材料，进入了各种领域以及工业原型的商业化阶段。

3D打印主要包括建模步骤、打印步骤和精加工(finishing)步骤。建模是使用3DCAD(计算机辅助设计)、3D建模程序、3D扫描器等的3D制图的步骤。打印是通过诸如层叠方法等的方法执行、使用在建模步骤中制得的3D图创建物体的步骤。所需的时间取决于物体的尺寸和复杂度。精加工是对所输出的物体进行增补的步骤，该步骤包括着色、表面抛光、组装局部物体等。

同时，通过使二维结构逐层层叠来形成三维结构的3D打印的方法是通过堆叠粉末(聚合物粉末或金属粉末等)或者液体或纤维形式的材料的层来形成三维形状。该层越薄，可以获得的形状越精确。以下将对详细分类进行说明。

材料挤出是使主要呈长丝形式的热塑性材料在喷嘴中熔融、将熔融的材料推到用于形成期望形状的部分并使该熔融的材料固化，以从下向上进行层叠的方法。该方法具有相对容易应用于各种材料的优点，但是与其它方法相比，也具有产生粗糙表面和相对较长制造时间的缺点。

vat光聚合(vat photopolymerization)法是指将激光或UV光束投射到包含可光固化液体树脂的水罐，以使与光源接触的部分固化并使该部分层叠的方法。该方法在以高的精度制备平滑且细致的表面方面具有优点，但是制造成本比其它类型的打印机高。

粉末床融合(Powder bed fusion)法是指选择性激光烧结(SLS)法，其是通过激光使大量细小粉末状塑料、金属和玻璃熔融并使其固化，以使层层叠为三维形状的方法。由于SLS速度快并且使用的材料范围广，所以具有如下极好的优点：弥补了材料受限的3D打印机的缺点。然而，具有如下缺点：产品的尺寸根据粉末物质的尺寸而受到限制，并且与其它方法相比，价格非常昂贵。

粘合剂喷射法是指将起到粘接剂作用的诸如胶等的粘合剂溶液喷涂到粉末状材料以使粉末粘合的方法。

材料喷射法是指通过以与喷墨打印机相同的方式直接喷涂墨形式的材料形成二维结构，然后反复堆叠直到形成三维形状并通过UV光束等固化的方法。

片层叠法是指通过将纸或膜形状的材料逐层堆叠、利用激光或切割器制作形状、然后重复相同的过程来制造三维形状的方法。

另外，直接能量沉积(DED)法主要应用于金属，并且是指将粉末状或丝状材料直接且同时地喷涂到高能激光束的表面，以使材料熔融并使其层叠为三维形状的方法。