一种多模式打印装置及方法

1.本发明涉及3d打印技术领域，特别是涉及一种多模式打印装置及方法。


背景技术：

2.随着3d打印技术的日益发展，3d打印技术已经应用于航空航天，生物医学等各方面，应用前景广阔。单一材料的打印已经不能满足日益发展的需要，一次性打印出不同种材料，比如打印功能不同的材料，颜色不同材料，硬度不同材料，粘度不同材料等，大大拓宽了3d打印的应用，多种材料一次性打印可以大大减少打印时间，提高打印效率，复杂不同种材料一体化成型，功能不同的材料的打印在4d打印的研究中也应用前景广阔。
3.目前存在的大部分挤出式多材料的打印大多采用采用多个喷头进行打印，多个喷头的切换大大的降低了打印的效率，一部分应用旋转切换不同喷头的方式进行打印，虽然一定程度上提高了打印效率，但是多个喷头的切换仍然占地面积大，编程困难。
4.利用单个喷头通过多个流道进行多材料打印的装置也只能打印一种或两种模式，并且这种喷头在设计上结构繁琐，在制造方面成本大大提高，且装配困难，大多也只能同时打印几种成分相似的材料。
5.目前同心结构，同轴结构或者偏心结构的打印大多是利用专门的同轴结构的喷头，这种喷头采用刚性结构，制造困难，且这种喷头专门化程度很高，只能适应一种模式的打印。
6.如何改变现有技术中，可切换模式的打印设备大多体积较大，结构和操作复杂的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种多模式打印装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，简化可切换模式的打印设备结构，降低多模式打印难度。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多模式打印装置，包括：
9.微流控器件，所述微流控器件能够与打印平台相连；所述微流控器件内设置有打印通道和至少两条输入通道，所述输入通道与所述打印通道之间具有夹角，所述输入通道包括安装通道和材料通道，所述材料通道的一端与所述安装通道相连通，所述材料通道的另一端与所述打印通道相连通，全部的所述材料通道与所述打印通道相连通的一端相互连通并形成汇聚通道，所述汇聚通道与所述打印通道相连通；
10.打印喷头，所述打印喷头与所述输入通道一一对应；所述打印喷头包括打印筒和打印针头，所述打印筒能够容纳打印材料，所述打印针头与所述打印筒相连通，所述打印筒内的打印材料能够经由所述打印针头挤出，所述打印针头可滑动地设置于所述安装通道内，且所述打印针头远离所述打印筒的一端能够伸入所述材料通道以及所述汇聚通道内。
11.优选地，所述打印针头与所述安装通道间隙配合。
12.优选地，所述打印针头与所述安装通道之间设置密封层，所述密封层由润滑油制成。
13.优选地，所述材料通道的直径较所述安装通道的直径大。
14.优选地，每一条所述输入通道与所述打印通道之间的夹角均相等。
15.优选地，所述输入通道的数量为两条时，所述输入通道以及所述打印通道形成y形结构。
16.优选地，所述打印通道为倒圆台结构，所述打印通道的直径较大一端与所述汇聚通道相连通。
17.本发明还提供一种多模式打印方法，利用上述的多模式打印装置，将所述微流控器件与所述打印平台连接，在所述打印筒内加入打印材料，所述打印平台带动所述微流控器件和所述打印喷头运动，打印材料由所述打印针头挤出，经由所述打印通道挤出进行打印；
18.通过改变下列因素的一种或几种，实现打印模式的变化：
19.所述打印筒内打印材料的类型、所述打印喷头的流量、所述打印喷头的流速，所述打印针头与所述安装通道的相对位置。
20.优选地，当所述打印喷头的数量为两个时，两个所述打印筒中的打印材料不同，两个所述打印喷头交替挤出打印材料，实现不同材料交替打印模式。
21.优选地，当所述打印喷头的数量为两个时，两个所述打印筒中的打印材料不同，使其中一个所述打印针头沿所述材料通道滑动并伸入所述汇聚通道中，两个所述打印喷头同时挤出打印材料，实现不同材料混合打印模式。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.本发明的多模式打印装置，包括微流控器件和打印喷头，本发明还提供一种多模式打印方法，利用上述的多模式打印装置，工作时，微流控器件能够安装于打印平台上，打印平台能够带动微流控器件和打印喷头运动，向打印筒内加入打印材料，打印材料由打印针头挤出，经由材料通道进入汇聚通道，同时与其他材料通道进入的打印材料一起由打印通道挤出，完成打印。需要强调的是，通过改变打印筒内打印材料的类型，结合打印喷头的流量和流速的调整，以及打印针头与安装通道相对位置的改变，能够实现打印模式的变化，提高打印灵活性。本发明的多模式打印装置，设置了至少两条输入通道，输入通道与打印喷头一一对应，每一条输入通道均与打印通道相连通，且打印针头滑动设置于安装通道内，因此，打印材料、打印喷头的流速和流量、打印针头与安装通道的相对位置均属于可变因素，通过改变这些可变因素的一种或几种，就可以改变打印装置的打印模式，实现多模式打印，本发明的多模式打印装置，结构简单、操作便捷，提高了3d打印的灵活适应性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明的多模式打印装置的结构示意图；
26.图2为本发明的多模式打印装置的剖切结构示意图；
27.图3为本发明的多模式打印装置的微流控器件的结构示意图；
28.图4为本发明的其他实施例中的微流控器件的部分结构示意图；
29.图5为本发明的多模式打印方法的实施例一的工作示意图；
30.图6为本发明的多模式打印方法的实施例二的工作示意图；
31.图7为本发明的多模式打印方法的实施例二中打印丝的截面示意图；
32.图8为本发明的多模式打印方法的实施例三的工作示意图；
33.图9为图8中部分结构的放大示意图；
34.图10为本发明的多模式打印方法的实施例三的中打印丝的截面示意图一；
35.图11为本发明的多模式打印方法的实施例三的中打印丝的截面示意图二；
36.图12为本发明的多模式打印方法的实施例四的工作示意图；
37.图13为本发明的多模式打印方法的实施例五的工作示意图。
38.其中，1为微流控器件，2为打印喷头，3为打印通道，4为输入通道，5为安装通道，6为材料通道，7为汇聚通道，8为打印筒，9为打印针头。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明的目的是提供一种多模式打印装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，简化可切换模式的打印设备结构，降低多模式打印难度。
41.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
42.本发明提供一种多模式打印装置，包括微流控器件1和打印喷头2，其中，微流控器件1能够与打印平台相连；微流控器件1内设置有打印通道3和至少两条输入通道4，输入通道4与打印通道3之间具有夹角，输入通道4包括安装通道5和材料通道6，材料通道6的一端与安装通道5相连通，材料通道6的另一端与打印通道3相连通，全部的材料通道6与打印通道3相连通的一端相互连通并形成汇聚通道7，汇聚通道7与打印通道3相连通；打印喷头2与输入通道4一一对应；打印喷头2包括打印筒8和打印针头9，打印筒8能够容纳打印材料，打印针头9与打印筒8相连通，打印筒8内的打印材料能够经由打印针头9挤出，打印针头9可滑动地设置于安装通道5内，且打印针头9远离打印筒8的一端能够伸入材料通道6以及汇聚通道7内。
43.本发明的多模式打印装置，工作时，微流控器件1能够安装于打印平台上，打印平台能够带动微流控器件1和打印喷头2运动，向打印筒8内加入打印材料，打印材料由打印针头9挤出，经由材料通道6进入汇聚通道7，同时与其他材料通道6进入的打印材料一起由打印通道3挤出，完成打印。需要强调的是，通过改变打印筒8内打印材料的类型，结合打印喷头2的流量和流速的调整，以及打印针头9与安装通道5相对位置的改变，能够实现打印模式的变化，提高打印灵活性。本发明的多模式打印装置，设置了至少两条输入通道4，输入通道
4与打印喷头2一一对应，每一条输入通道4均与打印通道3相连通，且打印针头9滑动设置于安装通道5内，因此，打印材料、打印喷头2的流速和流量、打印针头9与安装通道5的相对位置均属于可变因素，通过改变这些可变因素的一种或几种，就可以改变打印装置的打印模式，实现多模式打印，本发明的多模式打印装置，结构简单、操作便捷，提高了3d打印的灵活适应性。此处还需要解释说明的是，打印平台多为三轴平台或多轴运动平台，可带动打印喷头2运动，完成打印工作，因打印平台为本领域技术人员的惯用手段，此处不再赘述。在本具体实施方式中，打印筒8采用气压驱动的点胶针筒，气压驱动确保打印材料的顺利挤出，在实际应用中，还可以采用其他驱动方式。另外，打印针头9为能够与打印筒8连通的管状结构，端部具有出口，打印材料可由端部的出口挤出。
44.其中，打印针头9与安装通道5间隙配合，确保打印针头9能够沿安装通道5往复滑动，同时减小打印针头9与安装通道5之间的缝隙，避免打印材料的泄漏。
45.在本具体实施方式中，打印针头9与安装通道5之间设置密封层，密封层由润滑油制成，利用润滑油作为密封层，在避免打印材料泄漏的基础上，进一步提高了打印针头9的往复运动可靠性。
46.具体地，材料通道6的直径较安装通道5的直径大，确保打印材料的顺利挤出，避免出现打印材料断续的情况，另外，在由多条材料通道6相连通形成的汇聚通道7部分，方便打印针头9伸入汇聚通道7内，从而更改打印模式，实现多模式打印。
47.更具体地，每一条输入通道4与打印通道3之间的夹角均相等，方便打印针头9的滑动操作，降低装置控制难度。
48.在本具体实施方式中，输入通道4的数量为两条时，输入通道4以及打印通道3形成y形结构，提高微流控器件1的结构对称性，降低微流控器件1的制造难度。此处需要解释说明的是，微流控器件1可采用3d打印方式制成，另外，打印通道3以及输入通道4的尺寸均可设置为微米级别，以实现微米级别细丝的打印，在实际应用中，还可以根据具体工况调整微流控器件1的规格。
49.进一步地，打印通道3为倒圆台结构，详见图4，打印通道3的直径较大一端与汇聚通道7相连通，设置倒圆台状结构的打印通道3，有利于提高打印精度。在实际应用中，微流控器件1可设置为分体式结构，上半部分结构包含输入通道4，下半部分结构包含打印通道3，上半部分结构与下半部分结构可拆卸连接，方便根据打印需求更换不同规格、形状的下半部分结构，提高装置的灵活适应性。
50.更进一步地，本发明还提供一种多模式打印方法，利用上述的多模式打印装置，将微流控器件1与打印平台连接，在打印筒8内加入打印材料，打印平台带动微流控器件1和打印喷头2运动，打印材料由打印针头9挤出，经由打印通道3挤出进行打印。
51.通过改变下列因素的一种或几种，实现打印模式的变化：
52.打印筒8内打印材料的类型、打印喷头2的流量、打印喷头2的流速，打印针头9与安装通道5的相对位置。
53.本发明的多模式打印方法，通过改变打印筒8内打印材料的类型，结合打印喷头2的流量和流速的调整，以及打印针头9与安装通道5相对位置的改变，能够实现打印模式的变化，提高打印灵活性。
54.下面通过具体的实施例，对本发明的多模式打印方法，进行进一步地解释说明。
55.实施例一
56.以两个打印喷头2为例，请参考图5，左侧打印针头9和右侧打印针头9均位于汇聚通道7的上部，左侧打印喷头2挤出材料的时候，右侧打印喷头2不挤出材料，即左侧打印喷头2和右侧打印喷头2不同时挤出材料，以交替打印出两种不同的材料。
57.实施例二
58.同样以两个打印喷头2为例，详见图6，左侧打印针头9和右侧打印针头9均位于汇聚通道7的上部，左侧打印喷头2挤出材料的时候，右侧打印喷头2同时挤出材料，根据液体的层流特性，能够打印出一条同时包含两种材料的圆柱状的丝，通过控制左侧打印喷头2和右侧打印喷头2的流量和流速，可以控制两种材料的比例，不同比例的圆柱状的丝的截面详见图7。
59.实施例三
60.请参考图8，以两个打印喷头2为例，左侧打印针头9沿安装通道5滑动，并伸入汇聚通道7内，详见图9，右侧打印针头9位于汇聚通道7的上部，左侧打印喷头2挤出材料的时候，右侧打印喷头2也同时挤出材料，左侧打印针头9挤出的材料被右侧打印针头9挤出的材料包裹，打印出一条包含两种不同材料的圆柱丝，且两种不同材料同轴，内芯是左侧打印针头9挤出的材料，外层是右侧打印针头9挤出的材料。内层材料的具体位置通过可通过左侧打印针头9的位置进行调整，滑动左侧打印针头9，移动到汇聚通道7中心处，在此处微调，处于汇聚通道7最中心的位置打印出同心结构，稍微靠向汇聚通道7管壁一侧时，打印出来的是偏心结构，打印出的具体的圆柱丝的截面结构如图10所示，可以广泛应用于打印导电丝传感丝领域。通过控制左侧打印喷头2和右侧打印喷头2的流量和流速，可以控制两种材料的体积占比，即内层材料的具体大小。改变体积占比打印出的圆柱丝的具体截面结构如图11所示。
61.实施例四
62.与实施例三相类似，请参考图12，本实施例能够打印出两种不同材料混合在一起的同轴圆柱丝，右侧打印针头9滑动，移动至汇聚通道7处，左侧打印针头9位于汇聚通道7的上部，左侧打印喷头2挤出材料的同时，右侧打印喷头2同时挤出材料，打印出包含两种材料的同轴的圆柱丝，内层是右侧打印喷头2挤出的材料，外层是左侧打印喷头2挤出的材料，控制内层材料的具体位置和大小的操作可参考实施例三。此外，当内层材料为可溶性材料时，可打印中空管、偏心中空管，降低气动机器人打印成本。
63.实施例五
64.与实施例三和实施例四相类似，本实施例能够同时打印出两种不同材料混合在一起的液滴夹杂的圆柱丝，右侧打印针头9沿安装通道5滑动，并伸到汇聚通道7处，左侧打印针头9位于汇聚通道7的上部，左侧打印喷头2和右侧打印喷头2中为两相不相溶的两种材料，右侧打印喷头2内是低粘度液体，左侧打印喷头2中的材料是可固形的高粘度材料，左侧打印喷头2挤出材料的同时，右侧打印喷头2也挤出材料，通过调节二者流速，能够打印出一条带有液滴夹杂物的圆柱丝，详见图13，控制内外层的流速比，能够控制液滴夹杂物的大小，这种打印方式能够应用于4d打印中局部改变材料的性能。
65.本发明的多模式打印装置，微流控器件1中设置两条或多条输入通道4，打印针头9与微流控器件1活动连接，方便调整打印针头9的位置，使其伸入材料通道6或汇聚通道7中，
并结合不同打印喷头2的流速和流量的控制，实现多模式打印，大大提升了装置的灵活适应性。
66.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。