[发明专利]一种基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，包括上层的面曝光系统、中层的多工位层和下层的下置层，三层之间通过机械部件连接呈上中下阶梯配置，其中上层的面曝光系统选择性的将面光源投射到多工位层的材料液槽中在下置层固化成形；多工位层用于完成多种液态光固化材料的光固化成形，通过多工位层的旋转切换完成不同工序之间的加工；在下置层的成形部件工作台实现多种液态光固化材料及挤出材料的成形，如此循环往复，完成复合多材料能场约束件的成形；

其中，多工位层包括清洗槽、多个材料液槽、热风扇干燥槽和射流喷射/挤出模块，在A材料液槽中完成A材料的成形后，下置层的成形部件工作台旋转至清洗槽进行清洗，然后转移至热风扇干燥槽进行干燥，再转入B材料液槽中进行B材料的成形；中途加入其他异种材料，借助气流辅助隔离系统，气流辅助隔离系统包含射流喷射/挤出模块，具体实施步骤为：光固化某层结束后，切换至气流辅助隔离系统，利用射流喷射/挤出模块中双层管路设计，外层接入高压氮气，将待成形区域的液态光固化材料推开并形成气帘隔绝液态光固化材料流入，内层接入异种材料通过喷射的方式直接在待沉积区域成形，成形过程在不污染原材料的情况下实现多种液态光固化材料及挤出材料原位成形。

2.根据权利要求1所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，多工位层位于面光源下方，包括多个材料液槽，多个材料液槽内分别盛放不同种类的液态光固化材料，通过工位的旋转切换材料液槽从而完成不同材料的光固化成形。

3.根据权利要求2所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，多个材料液槽内盛放的液态光固化材料为添加陶瓷、金属颗粒或纤维作为强化相的液态高分子材料，强化相比例不超过15％。

4.根据权利要求2所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，多个材料液槽配备加热、散热装置，保证材料液槽内温度满足要求。

5.根据权利要求1所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，清洗槽采用超声清洗，清洗时间10-15s；热风扇干燥槽采用热风烘干，温度为20-30℃。

6.根据权利要求1所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，上层的面曝光系统采用当前DLP紫外数字投影技术，利用405nm光源，选择性的将面光源投射到材料液槽中在下置层固化成形。

7.根据权利要求1所述的基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，其特征在于，多工位层通过旋转工位台和升降平台实现工位之间的旋转与升降。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述装置的复合多材料能场约束件增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)运用计算机中的三维建模软件建立所需加工的复合多材料能场约束件的三维模型，建模完成后保存为STL文件，对模型文件按照不同材料区域需要满足的要求进行分区，不同区域选择不同的加工方式；

(2)将处理好的模型文件导入系统中，系统根据预先设定好的信息选择对应的加工方式；

(3)制造时，将下置层的成形部件工作台置于A材料液槽中，完成A材料的面曝光光固化成形，成形B材料时，下置层的成形部件工作台提升，随后成形部件工作台随着多工位层依次旋转至清洗槽、热风扇干燥槽，对已成形部分进行清洗、干燥，防止材料间的相互污染，添加功能器件嵌入、金属材料拼接工位，使制备的复合多材料能场约束件满足不同的需求；对于同步成形的异种材料，使用气流辅助隔离系统的射流喷射/挤出模块，外层管路接入高压氮气将成形区域的液态光固化材料推开并形层气帘隔绝液态光固化材料流入，内层接入异种材料通过喷射的方式直接在待沉积区域成形，成形过程在不污染原材料的情况下实现多种液态光固化材料及挤出材料原位成形，如此循环往复，完成复合多材料能场约束件的增材制造；

(4)将加工完成的复合多材料能场约束件实体取出后，对表面进行处理后测试其内部各部分是否能实现相对应的功能，最终完成复合多材料能场约束件的加工制备。