[发明专利]一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法

说明书

本发明具体公开了一种含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；XYZ三维运动平台安装于底板上；打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板上的孔与XYZ三维运动平台相连，由XYZ三维运动平台的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；送料单元用于为打印单元供料；成型面光学检测单元对成型面进行缺陷识别，根据识别结果采用精修喷头对缺陷进行修整。多喷头异步高效挤出结合表面智能精整技术可实现含能材料的高效、高精度成型。

技术领域

本发明涉及含能材料的3D打印快速成型领域，具体地说，涉及一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法。

背景技术

含能材料的传统制造方法存在安全性低、成分不均、有气孔、难以成型复杂形状药柱，不再适用于现代推进器和武器技术的发展。增材制造技术为多层、异形药柱的制造提供了一条全新的途径，由于其成型不受零件形状影响，产品适应性极高，能够实现无模具化成型。含能材料增材制造技术综合考虑含能物料特殊性、工艺适用性与安全性等问题，针对含能物料体系的特征，解决传统含能材料成型工艺对于复杂异型药柱适应性差的缺陷，能够适应各种形状的含能材料药型，同时整个成型过程由计算机控制，人为参与少，实现了远程控制，可以更好地实现人机隔离，很大程度上保证了工作人员的安全并节省了制作成本。因此，开展含能材料复杂型腔构件的高效增材制造技术具有充足的必要性。

目前开展含能材料的3D打印研究较少，中国专利201320445175.4“含能材料喷墨打印快速成型装置”中提出了一种基于光固化的含能材料微型药柱的成型方法，但是药柱中添加光固化原料会降低含能材料的比重，同等体积下装药容积下降，同时光固化快速成型中紫外光固化使用激光做固化源，存在集中能量源，设备安全系数较低。同时上述专利均聚焦于微型药柱的3D打印，对于尺寸较大药柱成型时间较长。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明目的在于提供一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法，满足较大尺寸复杂结构含能药柱的快速高精度3D打印成型。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；

机架包括型材框架，型材框架底部设有底板，型材框架由中隔板分隔为用于安装打印单元和送料单元的上部空间和用于作为成型室的下部空间；XYZ三维运动平台安装于成型室侧壁上，控制单元位于机架下部；

中隔板上开有用于安装打印单元的孔，打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板上的孔与XYZ三维运动平台相连，由XYZ三维运动平台的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；

送料单元与打印单元连接，送料单元用于为打印单元供料；

成型面光学检测单元安装于中隔板底部，用于对成型面进行缺陷识别。

优选地，精修喷头采用直径为0.2-1.0mm的圆形针头。

优选地，快速填充喷头的截面形状为圆形、椭圆形或者矩形，喷嘴尺寸为1.0-3.0mm。

优选地，在精修喷头和快速填充喷头的进料口一侧均设置加热装置，在精修喷头和快速填充喷头的喷头上均安装有温度传感器。

进一步优选地，加热装置采用油浴提供热源，温度传感器采用热电偶。

优选地，机架上还设有用于监控成型过程的透明观察门。