[发明专利]一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头

权利要求书

1.一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，其特征在于：包括夹在硅胶上膜片(1)和硅胶下膜片(2)之间的毛细钢针(3)；所述的硅胶上膜片(1)具有混合流道凹槽和定位孔(4)，混合流道凹槽和多个材料入口圆孔连通，材料入口圆孔直径为0.2mm-2mm之间；所述的硅胶下膜片(2)设有方便毛细钢针(3)安装的凹槽和定位点(5)，将硅胶上膜片(1)具有混合流道凹槽的表面与硅胶下膜片(2)设有方便毛细钢针(3)安装的凹槽的表面通过定位孔(4)和定位点(5)对齐、贴紧并键合，形成封闭的混合流道(6)；

所述的混合流道(6)，根据功能依次分为材料流入段(7)、混合段(8)、扩展段(9)，流入段(7)有多条分支，每个分支和一个材料入口圆孔连接，分支个数根据所需材料数量决定，不同的材料从流入段(7)分别流入；当不同的材料进入混合段(8)时发生混合；混合段(8)流出的打印材料进入扩展段(9)，最终从毛细钢针(3)出口处流出；所述的混合流道(6)总长在5mm-50mm之间；

所述的混合段(8)具有混合流道结构，基于被动混合的原理该段流道结构由1-20个基本混合单元组成，流道宽度a在200μm-1mm之间；基本混合单元组成为左右交错排布的一对45°矩形齿，相邻两个齿之间的间距b为0.01mm-2mm之间；每个齿宽度c均相等为0.01mm-1mm之间，左侧单个齿的长度e在0.04mm-0.4mm之间，右侧单个齿的长度f在0.04mm-0.4mm之间；相邻两个混合单元之间的间距d为0.01mm-2mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，其特征在于：所述的每个材料入口圆孔通过一个软管(11)和一个注射泵(10)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，其特征在于：所述的硅胶上膜片(1)所具有混合流道凹槽深度在10μm-1mm之间，所述的硅胶下膜片(2)设有方便毛细钢针(3)安装的凹槽深度在10μm-1mm，所述的毛细钢针(3)内径在100μm-2mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，其特征在于：所述的定位孔(4)深度在0.1mm-1mm的范围，所述的定位点(5)高度等于定位孔(4)的深度。

5.根据权利要求1所述的一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，其特征在于：所述的毛细钢针(3)通过硅胶下膜片(2)的安装凹槽插入键合后的硅胶上膜片(1)和硅胶下膜片(2)之间形成3D打印喷头出口。

6.根据权利要求1所述的一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将硅胶上膜片(1)和硅胶下膜片(2)通过定位孔(4)和定位点(5)对齐、贴紧并键合，并将毛细钢针(3)插入键合后的硅胶上膜片(1)和硅胶下膜片(2)之间；

2)将步骤1)连接好的整体安装在3D打印机的Z轴上，毛细钢针(3)的出口最下端与接收基底之间存在打印接收距离；

3)配置多种打印材料溶液，分别装入多个注射泵(10)内，每个注射泵(10)通过软管(11)与硅胶上膜片(1)的多个不同材料入口圆孔相连接，连接后推进注射泵(10)，使不同的打印材料沿着混合流道(6)的流入段(7)、混合段(8)、扩展段(9)最终从毛细钢针(3)出口流出至接收基板上；

4)通过控制不同注射泵(10)的推进，动态调整不同注射泵(10)的流量，形成流量比例关系，通过改变挤出时不同材料含量所占的比例，实现梯度材料的打印；

5)打印完成后，停止注射泵(10)推进，取出软管(11)，将3D打印喷头取下，清洗后放置到干燥箱内备下次使用。

7.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于：所述的流量比例关系和材料含量比例是一一对应的。