一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机及打印方法与流程

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种直写式打印(diw)与热熔沉积式打印(fdm)结合的打印机及打印方法。

背景技术：

近年来，随着增材制造技术的发展，3d打印技术在金属、陶瓷、聚合物制造方面取得了巨大成功，但是传统的3d打印技术只限于单一材料的打印，对于复合材料的打印已成为3d打印技术法展的趋势。

fdm热熔沉积式3d打印技术是将热塑性线材送入挤出喷头，热熔丝按照打印软件预设的动作路径堆积构造零件。然而fdm打印方式仅限于有限的热塑性打印线材，如pla、abs，材料本身力学性能有限，功能特性不足，限制了这种3d打印技术在复合材料的制造中的应用。

diw直写式3d打印技术是目前3d打印研究领域的前沿技术，具有打印精度范围大，打印用材料性能限制小，适用材料种类多，如导电银胶，硅橡胶，水凝胶等应用前景广泛。打印材料通过直写头挤出，根据软件预设坐标运动，自下而上逐层堆叠构型。

4d打印技术是指通过3d打印机打印可以对声、光、电、热、磁等外界激励产生响应的材料，实现打印零件的自我组装、变形的增材制造技术。形状记忆高分子材料就是一种典型的4d打印材料，但是对形状记忆聚合物进行激励的热源往往来自外加设备，这在工程应用中带来诸多不便。通过3d打印机将导电材料封装在形状记忆材料中进行原位加热，是一种有效的解决方式。相比于传统3d打印技术，一种能同时打印多种差异性质的材料多进程联合式3d打印机更能满足多方面的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机及打印方法，该打印方法拓展了传统fdm技术打印材料限制，多打印头的联合得以加工多种复合材料，并通过新型3d打印机导电材料封装在形状记忆高分子中实现原位4d打印技术。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机，包括热熔沉积打印头、直写打印头、打印头卡具、x轴位移台、y轴位移台、z轴位移台和立方体打印机机架；其中，

热熔沉积打印头包括进料电机与热熔挤出头，直写打印头包括直写针筒与直写挤出头，且热熔沉积打印头和直写打印头均通过打印头卡具定位安装在x轴位移台的滑块上；

x轴位移台自身电机能够通过螺杆带动滑块从而控制打印机卡具沿x轴方向移动，立方体打印机机架顶面两边对称安装有两个y轴位移台，x轴位移台的两端分别安装在两个y轴位移台的滑块上，y轴位移台自身电机能够通过螺杆带动滑块从而控制x轴位移台沿y轴方向移动；立方体打印机机架在竖直面安装有z轴位移台，打印机平台水平安装在z轴位移台的滑块上，z轴位移台自身电机能够通过螺杆带动滑块从而打印机平台沿z轴方向移动。

本发明进一步的改进在于，工作时，直写针筒存放液相打印材料，上端接压力装置将液相打印材料通过直写挤出头挤出。

本发明进一步的改进在于，工作时，进料电机将线材送入热熔挤出头，从热熔挤出头下端挤出打印丝。

一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印方法，该打印方法基于上述一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机，包括以下步骤：

1)利用切片软件对3d模型进行切片分层并获取每一层的位置信息和材料信息，材料信息以挤出头代码形式存储到和切片信息相对应的模型数据中；

2)利用含材料信息代码的动作路径，指挥x轴位移台、y轴位移台和z轴位移台移动，将根据材料信息对应的打印头移动到对应位置；

3)根据模型切片和材料信息，通过直写打印头或热熔打印头挤出所需定量打印材料，实现直写式和热熔沉积式联合3d打印。

本发明进一步的改进在于，打印材料分为液相材料和热塑性打印线材。

本发明进一步的改进在于，液相材料为导电银胶，打印线材为形状记忆高分子，进行封装电路打印，电路通电，对形状记忆高分子进行热激励，完成零件的自组装，实现原位4d打印。

本发明进一步的改进在于，形状记忆高分子为聚乳酸pla或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物abs打印线材。

本发明进一步的改进在于，两种类型打印头可以任意更换位置，或者增加打印头数量。

本发明具有如下有益的技术效果：

相比于现有的3d打印机与diw&fdm联合式3d打印机有更多种类的材料可供打印选择，可以同时打印多种材料，通过不同性质的材料组合打印，可以以实现复合材料的打印，合理的力学设计便可以实现4d打印功能。

附图说明

图1为一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机的立体图。

图2为一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机的局部视图。

图3为一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机的俯视图。

图中：1、直写针筒；2、直写挤出头；3、进料电机；4、热熔挤出头；5、打印头卡具；6、x轴位移台；7、y轴位移台；8、z轴位移台；9、打印平台；10、立方体打印机机架。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

本实例打印用导电银胶为普通商用快干型银胶，形状记忆材料为打印用聚乳酸pla线材。

如图1至图3所示，本发明提供的一种直写式打印与热熔沉积式打印结合的打印机，立方体打印机机架10顶面两边对称加装y轴位移台7一组，x轴位移台6安装在y轴位移台7的滑块上，y轴位移台7自身电机可以通过螺杆带动滑块从而控制x轴位移台6沿y轴方向移动；立方体打印机机架10竖直面竖直加装z轴位移台8，打印机平台9水平安装在z轴位移台8的滑块上，z轴位移台8自身电机可以通过螺杆带动滑块从而打印机平台9沿z轴方向移动；打印头卡具5水平安装在x轴位移台6的滑块上，x轴位移台6自身电机可以通过螺杆带动滑块从而控制打印机卡具5沿x轴方向移动。

进料电机3与热熔挤出头4组成热熔沉积打印头，穿过打印头卡具5右侧定位孔竖直安装，进料电机3将形状记忆聚合物打印线材送进热熔室从热熔挤出头4挤出，完成打印形状记忆聚合物基底。直写针筒1与直写挤出头2组成直写打印头，穿过打印头卡具5左侧定位孔竖直安装，直写针筒1内装导电银胶，气泵向直写针筒1充气挤压银胶从挤出头2挤出，完成diw直写打印导电银胶电路。根据数字模型，将形状记忆高分子和导电银胶逐层打印堆叠形成实体，给加热电路通电，对形状记忆高分子进行热激励，完成模型的自组装，实现原位4d打印。

实施例

首先搭建diw直写式3d打印机送料系统，包括挤出头、喉管、进料针管、气控箱、气泵和电子控制板。通过电子控制板中的固件程序控制气控箱改变进料针管内气压，推动进料针管内的打印材料流进喉管从挤出头挤出。

然后搭建fdm热熔沉积是3d打印机送料系统，包括挤出头、加热模块、喉管、进料电机和电子控制板。通过电子控制板根据打印线材种类设定加热温度即进料速度，推动打印线材进入喉管的熔融室，从挤出头挤出丝料。

最后，搭建xyz三轴位移平台，包括主控电子控制板、三轴滑台、打印平台、打印头卡具、diw进料系统和fdm进料系统。通过主控电路协调三轴滑台控制打印头卡具根据3d打印软件生成的动作路径进行运动，同时根据切片软件的进料命令控制diw进料系统和fdm进料系统完成三维数字模型的打印，完成同时打印多种差异性质的材料。

使用diw&fdm联合式3d打印机将导电材料封装在形状记忆高分子中实现原位4d打印技术方法，包括以下步骤：

首先使用三维建模软件绘制三维实体零件以及加热电路，用形状记忆高分子打印零件实体，导电材料打印电路，然后使用3d打印切片软件进行处理，针对不同送料系统使用材料即导电材料与形状记忆高分子性质的不同，各自进行切片参数与打印参数的设置，分别生成3d打印机固件可以识别的动作代码，接着使用合并程序将不同进料系统的代码有序的结合成一组动作代码，最后将代码输入3d打印机进行生产打印。打印完成后，可以给加热电路通电，对形状记忆高分子进行热激励，完成零件的自组装，实现原位4d打印。