本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种基于气液化学反应沉积的3d打印装置与运行方法。
背景技术：
3d打印是增材制造技术的通俗称谓，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过电脑控制把打印材料逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术(即“积层造形法”)。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(aec)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程，以及其他领域都有所应用。
3d打印技术包括激光选区熔化技术、激光选区烧结技术、电子束熔化成型技术、熔融沉积技术、数字化光处理技术、立体平板印刷技术等等，经过不断的发展已经获得了显著的成果。以上3d打印技术均是通过加热粉料或丝材、固化树脂、切割薄片等方式来实现。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于气液化学反应沉积的3d打印装置与运行方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于气液化学反应沉积的3d打印装置，包括密封成型室10，以及设置在密封成型室10内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3d打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室10内沿x轴、y轴或者z轴方向运动；所述密封成型室10内部设置有成型槽17；
所述喷嘴为喷气嘴15，位于成型槽17上方；
所述密封成型室10的外部设置有供液槽1、气瓶2；
所述成型槽17上设有一喷液嘴14，喷液嘴14通过导管13连接供液槽1；供液槽内装有基体溶液4；
所述喷气嘴15通过随动导管5连接气瓶2；气瓶2内装有反应气体。
所述成型槽17内底部设置有成型基台。
所述导管13与供液槽的衔接处设置有电磁阀门6；所述随动导管5与气瓶2的衔接处设置有气阀8。
所述供液槽1和气瓶2分别安装在密封成型室10上。
一种基于气液化学反应沉积的3d打印装置的运行方法，其包括如下步骤：
步骤一：根据待加工零件的形状，建立其三维cad数字模型，然后保存为stl格式文件，使用切片软件对三维数字模型进行切片处理，每层切片的厚度相同，切片中包含了零件的截面轮廓信息，将切片后的文件导入移动路径规划软件中，获得喷气嘴15的移动路径数据；
步骤二：通过三轴联动机构调整喷气嘴15的坐标位置，预先将喷气嘴15的喷嘴移动至成型基台上，并与成型基台距离一个切片厚度；
步骤三：基体溶液4预先注满成型槽17内；
步骤四：启动加工作业，三轴联动机构根据3d打印机控制系统的移动路径规划，携带喷气嘴15按照步骤一中的移动路径数据，选择性的在成型基台的基体溶液4上喷射反应气体，反应气体与成型基台上表面的基体溶液4接触发生化学反应固体沉积，完成零件的一个成型层的加工；
步骤五：步骤四完成后，喷气嘴15上升一个切片层厚的高度，在基体溶液4的自身张力及重力作用下自发流动下，重新覆盖在已成型层的表面，喷气嘴15按照下一层移动移动路径，将反应气体喷射到该已成型层表面，通过化学反应产生的物质沉积到已成型层表面，完成本层加工；
步骤六：重复步骤四至步骤五，直至整个零件加工完成。
步骤六所述零件加工过程中，随着化学反应的进行，成型槽17中的基体溶液4会逐渐减少，则打开电磁阀门6补充基体溶液4，使零件的成型层始终处于基体溶液4的液面之下。
步骤四所述反应气体为二氧化碳或者氨气；
步骤四所述基体溶液为氢氧化钙溶液或者氯化镁溶液。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明将化学反应沉淀效应成功转化为一种加工方法，开发出了一种新型的3d打印方式，与传统激光选区熔化设备的不同之处主要在于：所述密封成型室10内部设置有成型槽17；所述喷嘴为喷气嘴15，位于成型槽17上方；所述密封成型室10的外部设置有供液槽1、气瓶2；所述成型槽17上设有一喷液嘴14，喷液嘴14通过导管13连接供液槽1；供液槽内装有基体溶液4；所述喷气嘴15通过随动导管5连接气瓶2；气瓶2内装有反应气体。所述成型槽17内底部设置有成型基台。通过上述结构配置，在基于气液化学反应沉积原理下实现工件的打印。通过上述简单的结构配置即可实现零件成型目的，整个成型过程在反应气体与基体溶液(液体或者胶状物)的化学能驱动下自动方式，无需额外提供热源、光源等。
本发明通过反应气体与基体溶液4(液体或者胶状物)发生化学反应产生固体沉淀的现象，结合传统3d打印机控制系统的移动路径规划及三轴联动机构的自动控制机理，根据所需零件的数字化模型，按照处理后的移动路径，控制喷气嘴选区移动并不断喷出反应气体，并与基体溶液4发生化学沉积反应，经过层层累积叠加最终实现整个零件的成型。根据所需零件的材质，可以配置不同的组合，获得金属、无机非金属以及固体有机体等不同材质的零件。本发明根据化学反应沉积现象，创新性的将该现象作为一种成型方式，开发出来新的3d打印技术，不但结构简单，容易实现，而且整个成型过程是由两种物质的化学能自发推动，因此无需引入热源、光源等，具有极高的应用潜力和价值。
附图说明
图1为本发明基于气液化学反应沉积的3d打印装置。
图2为本发明基于气液化学反应沉积的3d运行流程图。
图中：供液槽1；气瓶2；x导轨3；基体溶液4；随动导管5；电磁阀门6；y导轨7；气阀8；滑块9；密封成型室10；夹持杆11；z导轨12；导管13；喷液嘴14；喷气嘴15、已成型零件16；成型槽17。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-2所示。本发明公开了一种基于气液化学反应沉积的3d打印装置，包括密封成型室10，以及设置在密封成型室10内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3d打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室10内沿x轴、y轴或者z轴方向运动；
3d打印技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据三维设计软件设计的数字化零件的三维数据，通过选区熔化、堆积等方式直接制造出具有复杂结构的功能零件。本发明提供的基于气液化学反应沉积的3d打印装置与传统方式不同之处在于，无需额外的热源、光源等，仅仅依靠气态反应物质与液体或胶状基体物质的化学能自发进行，工艺简单，容易实现。
具体方案如下：
所述密封成型室10内部设置有成型槽17；
所述喷嘴为喷气嘴15，位于成型槽17上方；
所述密封成型室10的外部设置有供液槽1、气瓶2；
所述成型槽17上设有一喷液嘴14，喷液嘴14通过导管13连接供液槽1；供液槽内装有基体溶液4；
所述喷气嘴15通过随动导管5连接气瓶2；气瓶2内装有反应气体。
所述成型槽17内底部设置有成型基台。
所述导管13与供液槽的衔接处设置有电磁阀门6；所述随动导管5与气瓶2的衔接处设置有气阀8。
所述供液槽1和气瓶2分别安装在密封成型室10上。
密封成型室10为化学反应沉积过程提供环境，避免环境的干扰。
预先贮存于供液槽1的基体溶液4通过电磁阀门6由导管13通过喷液嘴14流入成型槽17中，成型前基体溶液4预先注满成型槽17，在成型过程中随着化学反应的进行，成型槽17中的基体溶液4会逐渐减少，则打开电磁阀门6使得预先储存的基体溶液4流入成型槽内进行补充。
三轴联动机构中的x导轨3、y导轨7以及z导轨12实现滑块9在x、y和z方向移动，夹持杆11左端连接喷气嘴15，右端与滑块9连接，进而滑块9的移动带动了喷气嘴15的移动。由于该三轴联动机构的工作机理，与现有激光选区熔化设备中的三轴联动机构工作原理相同，故不再一一赘述。
成型槽17中的基体溶液4充满后，气瓶2中的反应气体通过气阀8由随动导管5通过喷气嘴15通入成型槽17中。反应气体通过与基体溶液4发生化学反应产生固体沉淀，通过逐层沉积获得零件16。每完成一层成型后，喷气嘴15上升一个切片层厚的高度，基体溶液4在重量作用下自动预铺到已成型零件16表面，进而为下一层化学反应沉积做准备。不断重复以上步骤直至整个成型过程完成。
本发明基于气液化学反应沉积的3d打印装置的运行方法，其包括如下步骤：
步骤一：根据待加工零件的形状，建立其三维cad数字模型，然后保存为stl格式文件，使用切片软件对三维数字模型进行切片处理，每层切片的厚度相同，切片中包含了零件的截面轮廓信息，将切片后的文件导入移动路径规划软件中，获得喷气嘴15的移动路径数据；
步骤二：通过三轴联动机构调整喷气嘴15的坐标位置，预先将喷气嘴15的喷嘴移动至成型基台上，并与成型基台距离一个切片厚度；
步骤三：基体溶液4预先注满成型槽17内；
步骤四：启动加工作业，三轴联动机构根据3d打印机控制系统的移动路径规划，携带喷气嘴15按照步骤一中的移动路径数据，选择性的在成型基台的基体溶液4上喷射反应气体，反应气体与成型基台上表面的基体溶液4接触发生化学反应固体沉积，完成零件的一个成型层的加工；
步骤五：步骤四完成后，喷气嘴15上升一个切片层厚的高度，在基体溶液4的自身张力及重力作用下自发流动下，重新覆盖在已成型层的表面，喷气嘴15按照下一层移动移动路径，将反应气体喷射到该已成型层表面，通过化学反应产生的物质沉积到已成型层表面，完成本层加工；
步骤六：重复步骤四至步骤五，直至整个零件加工完成。
步骤六所述零件加工过程中，随着化学反应的进行，成型槽17中的基体溶液4会逐渐减少，则打开电磁阀门6补充基体溶液4，使零件的成型层始终处于基体溶液4的液面之下。
所述反应气体应可以与基体溶液发生化学沉淀反应，生产所需的固体材料，其组合包括但不限于以下所示：
以二氧化碳为反应物质，以氢氧化钙溶液为基体溶液，通过二氧化碳与氢氧化钙溶液接触后发生化学反应产生碳酸钙沉淀，碳酸钙沉淀在逐层累积后形成所需的零件实体。为获得氢氧化镁材质的零件，可以将氨气为作为反应物质，以氯化镁溶液作为基体溶液，通过两者之间的化学反应产生氢氧化镁沉淀来获得所需零件实体。
本发明喷气嘴可安装气流调节阀门，喷气嘴的口径根据成型零件精度要求可选取尺寸在0.1-1.0mm；具体尺寸应根据实际应用而定。
喷气嘴上升一个切片厚度，其具体数值需根据成型需要选择0.05-0.3mm范围内。
根据反应产物的不同，可分为无机非金属零件、金属零件以及有机物零件。
本发明通过反应气体与基体溶液4(液体或者胶状物)发生化学反应产生固体沉淀的现象，结合传统3d打印机控制系统的移动路径规划及三轴联动机构的自动控制机理，根据所需零件的数字化模型，按照处理后的移动路径，控制喷气嘴选区移动并不断喷出反应气体，并与基体溶液4发生化学沉积反应，经过层层累积叠加最终实现整个零件的成型。根据所需零件的材质，可以配置不同的组合，获得金属、无机非金属以及固体有机体等不同材质的零件。本发明根据化学反应沉积现象，创新性的将该现象作为一种成型方式，开发出来新的3d打印技术，不但结构简单，容易实现，而且整个成型过程是由两种物质的化学能自发推动，因此无需引入热源、光源等，具有极高的应用潜力和价值。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。