[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

说明书

本发明公开了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，采用面曝光能场约束件增材制造装置，通过装置内部工位的切换实现复合材料成形和功能部件嵌入。在成形一种类型的液态复合材料后，可根据实际需求进行该材料成形或切换另一种工位进行其他复合材料的成形，切换液槽前，需要对成形部分进行清洗、干燥，避免材料间的相互影响，如此往复工作，最终实现复合材料能场约束件的增材制造。本发明利用面曝光能场约束件增材制造装置，通过采用结构简单的旋转工位，有效节省设备空间，工序之间动作连贯，节约了成形时间，降低了成本，在能场约束件如海洋传感器、复杂场天线等有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种三维打印技术，尤其是涉及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。

背景技术

随着机械装备技术、材料科学、生物医学、临床医学和通信科学等学科的不断发展以及人民生活水平的不断提高，人们对各类能场的高效应用问题愈加关注，对具有能场约束结构件的特殊功能器件如高性能传感器、可穿戴医疗器材等的需求愈加强烈，而复合化(复合材料体系)、结构功能一体化(力学+功能)和仿生智能化(对人体的良好匹配和响应)势必将成为未来该类型材料和器械的发展方向。然而，这些材料的物理性质及复合后的组织结构特征与现有常用增材制造产品有很大差别，无法照搬成熟的打印方案进行成形，在针对产品的不同适应环境以及使用性能、应用需求和人体运动/响应特征进行结构设计基础上，必须要开发出与材料相配套的打印装备及工艺。

针对能场约束结构件制造工艺与设备主要存在材料、结构与功能不统一的矛盾，提高成形精度，制造需满足特定功能的能场约束结构件，并实现多种复合材料的功能一体化集成打印。需要为高性能、复合化、结构功能一体化和仿生智能化的能场约束结构件的成形加工提供一种行之有效的办法。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，该装置高效地利用了成形空间，节约面积，降低成本，整个装置结构紧凑。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述装置的能场约束件增材制造方法，解决了常规面曝光只能成形一种材料且成形部件功能单一的问题。

技术方案：本发明的一种基于面曝光复合多材料能场约束件增材制造装置，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。

优选的，多工位层位于光源下方，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，通过工位的选装切换液槽从而完成不同材料的光固化成形。

优选的，多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％。

优选的，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。

优选的，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，位于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；如中途需要加入其他异种材料时，需要借助气流辅助隔离系统，气流辅助隔离系统包含专用的射流喷射/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树脂推开并形成气帘隔绝液态树脂流入，内层接入异种材料通过喷射的方式直接再待沉积区域成形，成形过程在不污染原材料的情况下实现复合材料原位成形。

优选的，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℃。