基于海藻酸钠与氯化钙的3D打印同轴挤出装置及挤出方法

本发明涉及3d同轴打印，特别是涉及基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置及挤出方法。

背景技术：

1、3d打印技术又称增材制造技术，是一种快速成型技术。它是以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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前，主流的3d打印技术有：fdm熔融沉积成型3d打印技术、sla光固化快速成型3d打印技术、直接墨水书写3d打印技术等。

2、其中，直接墨水书写(diw)3d打印技术可应用于制备各种材质及性能的材料，应用范围非常广泛，包括组织工程支架材料、结构材料以及软体机器人等。该技术所使用的墨水类型有很多种，比如导电胶、弹性体以及水凝胶等，具有一定的流变性能：比如剪切稀化、粘弹性、屈服应力等。市场上所使用的针头大多是单一通道，只能针对一种材料进行打印，不能满足目前多材料多功能一体化打印的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置及挤出方法，通过第一挤出电机和第二挤出电机对挤出速度控制的方式来调控两种打印物料的填充比例，还可通过控制两种物料的浓度、温度来控制二者挤出过程中的交联反应进程，满足对打印件状态及强度的特殊需求。

2、为实现上述目的，本发明提供了基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置及挤出方法，包括打印底座和挤出机构，所述打印底座的安装架上部与所述挤出机构的固定架连接，所述固定架两侧分别设有第一挤出单元和第二挤出单元，所述第二挤出单元与所述第一挤出单元结构相同，所述第一挤出单元第一挤出电机连接的第一螺纹杆与第一挤出块螺纹连接，所述第一挤出块通过第一卡块与第一料筒的第一活塞杆顶端连接，所述固定架底端的第一安装环与套设有第一加热套的所述第一料筒连接，所述第一料筒外设有第一热电偶，所述第一料筒与打印头的第一进料腔连通，所述第二挤出单元的第二料筒与所述打印头的第二进料腔连通，所述第一进料腔连通的第一出料喷头外设有与其同轴的第二出料喷头，所述第二出料喷头与所述第二进料腔连通。

3、优选的，所述打印底座的所述安装架底端与z轴定位架连接，所述z轴定位架顶端连接的第一电机与第一调节螺杆连接，所述第一调节螺杆螺纹连接的第一滑块与安装板一侧连接，所述第一滑块与所述z轴定位架侧壁的第一滑轨滑动连接。

4、优选的，所述安装板两侧对称设有y轴定位架，所述y轴定位架上部铰接有第二调节螺杆，所述第二调节螺杆螺纹连接的第二滑块与所述y轴定位架底端的第二滑轨滑动连接，所述第二调节螺杆一端贯穿所述y轴定位架与第二电机连接。

5、优选的，所述第二滑块顶端分别与x轴定位架两端连接，所述x轴定位架上部铰接有第三调节螺杆，所述第三调节螺杆螺纹连接的第三滑块与所述x轴定位架底端的第三滑轨连接，所述第三调节螺杆一端贯穿所述x轴定位架与第三电机连接。

6、优选的，所述第三滑块顶端连接的定位板通过其四角螺纹连接的第四调节螺杆与成型平台铰接，所述第四调节杆在所述定位板下方设有调平旋钮，所述调平旋钮与所述定位板之间设有弹簧。

7、优选的，所述第一挤出块在所述第一卡块对侧设有第四滑块，所述第四滑块与所述固定架侧壁的第四滑轨滑动连接。

8、优选的，所述y轴定位架之间设有废料盘，所述废料盘的宽度与所述x轴定位架长度相同，所述废料盘的长度与所述y轴定位架的长度相同。

9、优选的，所述打印头通过固定板与所述固定架下方的固定杆侧壁连接，所述固定杆侧壁均匀设有若干第一连接孔，所述固定板上部设有第二连接孔，所述第一连接孔和所述第二连接孔之间通过螺钉连接。

10、基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置的挤出方法：

11、s1、配料并向所述第一挤出单元和所述第二挤出单元内加料；

12、s2、对样件进行打印；

13、s3、重复步骤s1或步骤s2，完成整个样件的打印；

14、s4、待打印完成，启动所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机来驱动所述成型平台移动至安全位置，完成打印，取出打印完成的样件。

15、因此，本发明采用上述结构的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置及挤出方法，其有益效果为：

16、1、利用海藻酸钠溶液与氯化钙溶液交联反应成型，同轴的第一出料喷头和第二出料喷头挤出的物料形态为海藻酸钠溶液包覆氯化钙溶液，挤出过程中交联反应与物料的空间堆叠同时作用，形成稳定立体结构；

17、2、通过第一挤出电机和第二挤出电机对挤出速度控制的方式来调控两种打印物料的填充比例，还可通过控制两种物料的浓度、温度来控制二者挤出过程中的交联反应进程，满足对打印件状态及强度的特殊需求；

18、3、本装置可在食品、生物支架、软体机器人等领域中应用，本装置也适用于本身不具备可打印性但相互之间可以发生交联反应的其他材料来进行打印；

19、4、由于交联材料的添加，得到的打印件与使用单一材料得到的打印件相比具有更高的凝胶强度，适合在需要高凝胶强度和韧性要求的打印件中应用；

20、5、同轴挤出的物料之间的交联反应过程可随时间的推移而逐渐充分(如海藻酸钠—氯化钙凝胶化程度由最初的局部凝胶化到完全凝胶化需要1小时左右)，对打印件实施外界条件(压力、温度等)可以改变其应用环境，可以为后续4d打印提供打印思路。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，包括打印底座和挤出机构，其特征在于：所述打印底座的安装架上部与所述挤出机构的固定架连接，所述固定架两侧分别设有第一挤出单元和第二挤出单元，所述第二挤出单元与所述第一挤出单元结构相同，所述第一挤出单元第一挤出电机连接的第一螺纹杆与第一挤出块螺纹连接，所述第一挤出块通过第一卡块与第一料筒的第一活塞杆顶端连接，所述固定架底端的第一安装环与套设有第一加热套的所述第一料筒连接，所述第一料筒外设有第一热电偶，所述第一料筒与打印头的第一进料腔连通，所述第二挤出单元的第二料筒与所述打印头的第二进料腔连通，所述第一进料腔连通的第一出料喷头外设有与其同轴的第二出料喷头，所述第二出料喷头与所述第二进料腔连通。

2.根据权利要求1所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述打印底座的所述安装架底端与z轴定位架连接，所述z轴定位架顶端连接的第一电机与第一调节螺杆连接，所述第一调节螺杆螺纹连接的第一滑块与安装板一侧连接，所述第一滑块与所述z轴定位架侧壁的第一滑轨滑动连接。

3.根据权利要求2所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述安装板两侧对称设有y轴定位架，所述y轴定位架上部铰接有第二调节螺杆，所述第二调节螺杆螺纹连接的第二滑块与所述y轴定位架底端的第二滑轨滑动连接，所述第二调节螺杆一端贯穿所述y轴定位架与第二电机连接。

4.根据权利要求3所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述第二滑块顶端分别与x轴定位架两端连接，所述x轴定位架上部铰接有第三调节螺杆，所述第三调节螺杆螺纹连接的第三滑块与所述x轴定位架底端的第三滑轨连接，所述第三调节螺杆一端贯穿所述x轴定位架与第三电机连接。

5.根据权利要求4所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述第三滑块顶端连接的定位板通过其四角螺纹连接的第四调节螺杆与成型平台铰接，所述第四调节杆在所述定位板下方设有调平旋钮，所述调平旋钮与所述定位板之间设有弹簧。

6.根据权利要求1所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述第一挤出块在所述第一卡块对侧设有第四滑块，所述第四滑块与所述固定架侧壁的第四滑轨滑动连接。

7.根据权利要求3所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述y轴定位架之间设有废料盘，所述废料盘的宽度与所述x轴定位架长度相同，所述废料盘的长度与所述y轴定位架的长度相同。

8.根据权利要求3所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置，其特征在于：所述打印头通过固定板与所述固定架下方的固定杆侧壁连接，所述固定杆侧壁均匀设有若干第一连接孔，所述固定板上部设有第二连接孔，所述第一连接孔和所述第二连接孔之间通过螺钉连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于海藻酸钠与氯化钙的3d打印同轴挤出装置的挤出方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了基于海藻酸钠与氯化钙交联的3D打印同轴挤出装置打印底座的安装架上部与挤出机构的固定架连接，固定架两侧分别设有第一挤出单元和第二挤出单元，第一挤出单元第一挤出电机连接的第一螺纹杆与第一挤出块螺纹连接，第一挤出块通过第一卡块与第一料筒的第一活塞杆顶端连接，第一料筒与打印头的第一进料腔连通，第二挤出单元的第二料筒与打印头的第二进料腔连通，第一进料腔连通的第一出料喷头外设有与其同轴的第二出料喷头。本发明采用上述结构的基于海藻酸钠与氯化钙的3D打印同轴挤出装置及挤出方法，适用于食品、生物支架、软体机器人等领域，可控制挤出过程中的交联反应进程，以满足对打印件状态及强度的特殊需求。

技术研发人员：童强,姜宇,国泰榕,董秀萍,庞桂兵
受保护的技术使用者：大连工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13