[发明专利]一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头

说明书

一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，包括夹在硅胶上膜片和硅胶下膜片之间的毛细钢针；硅胶上膜片具有混合流道凹槽和定位孔，混合流道凹槽和多个材料入口圆孔连通，硅胶下膜片设有方便毛细钢针安装的凹槽和定位点，将硅胶上膜片与硅胶下膜片通过定位孔和定位点对齐、贴紧并键合，形成封闭的混合流道；混合流道依次分为流入段、混合段、扩展段，流入段有多条分支，每个分支和一个材料入口圆孔连接，不同的材料从流入段分别流入，进入混合段混合，然后进入扩展段，最终从毛细钢针出口处流出；本发明可以使不同材料在喷头内部发生混合，通过打印过程中对不同材料注射流量的动态控制，实现梯度材料的3D打印，具有结构简单、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及3D打印以及微流体领域，具体涉及一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头。

背景技术

3D打印技术是一种增材制造技术，被称为一种具有工业革命意义的制造技术，由于3D打印技术具有可定制、高效、低成本等优势在各行各业拥有广泛的应用前景。但是随着需求的不断扩大，对于所打印的产品结构和功能的要求也越来越高，其中梯度材料的打印显得尤为重要。但是目前常见单个3D打印喷头无法满足梯度材料打印的要求，而集成多个3D打印喷头的打印设备同样难以满足高效、便捷、高性价比的梯度材料的打印。因此对于如何实现梯度材料3D打印的打印喷头设计与制造具有重要的研究和应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，可以使不同材料在喷头内部发生混合，通过打印过程中对不同材料注射流量的动态控制，实现梯度材料的3D打印。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于微流体混合的梯度材料3D打印喷头，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。

所述的每个材料入口圆孔通过一个软管11和一个注射泵10连接。

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。

所述的定位孔4深度在0.1mm-1mm的范围，所述的定位点5高度大小等于定位孔4的深度。

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。

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。

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，包括以下步骤：