一種基于電磁發射術的3D打印裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種基于電磁發射術的3D打印裝置，屬于3D打印裝置。XY向工作臺和支架安裝在底座上方，Z向工作臺與支架滑動連接，連接架與Z向工作臺連接，噴頭與連接架連接，高精密注射泵固定在底座上，進料管兩端分別與噴頭和高精密注射泵固定連接，承片臺安裝在XY向工作臺上方、噴頭的下方，基板連接在承片臺上。通過對噴頭里的導電液體施加電流和磁場，導電液體受安培力的推動而噴出到達指定位置，安培力作為推力便于通過改變電流強度或磁場強度而改變安培力的大小，從而控制打印液滴的出射速度，通過給定磁場強度、電流持續時間，控制電流強度避免噴嘴堵塞，可達到較高的打印精度，適用于生物導電材料和非生物導電材料的3D打印。

3D printing device based on electromagnetic emission technique

The utility model relates to an 3D printing device based on electromagnetic emission, which belongs to a 3D printing device. XY to the table and the bracket is arranged above the base, Z to the workbench and the bracket sliding connection, the connecting frame is connected with the Z to the table, head connected with the connection frame, high precision injection pump is fixed on the base and the feed pipe ends are respectively fixedly connected with the nozzle and high precision injection pump, below the wafer supporting platform installation top of the nozzle, to work in XY, connected to the plate on the substrate. By applying the electric current and magnetic field on the conductivity of liquid in the nozzle, conducting liquid by Ampere force ejected to the specified location, Ampere force as thrust so that by changing the current or magnetic field strength and the size change of Ampere force, so as to control the printing droplet ejected velocity, given by the magnetic field intensity, current duration, control the current intensity to avoid nozzle clogging, the printing precision can reach high, suitable for biological and non biological conductive material of conductive material 3D printing.

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種3D打印裝置，尤其是涉及一種基于電磁發射技術的3D打印裝置。
技術介紹
3D打印是一種以數字模型為基礎的材料堆積成形的高新技術，是一種結合數字制造、分層制造、堆積制造、直接制造、快速制造的新型制造方法。由于3D打印具有很高的定制性和快速的制造速度，在模具制造和產品開發等方面具有廣泛的應用前景，但由于當前3D打印技術存在打印高粘度液體無法保證較高的打印精度和打印速度問題，同時打印高粘度液滴時易發生噴頭堵塞；于是解決高粘度液體打印過程中精度低、速度慢、噴頭易堵塞等問題成為推廣3D打印技術應用的關鍵。當前針對高粘度液體的3D打印原理是基于噴墨(壓電式、熱氣泡式)或擠出(氣壓擠出、螺桿擠出、活塞擠出)：1.壓電式噴頭通過電壓脈沖使壓電陶瓷產生位移或機械振動，導致料管或針管內部壓力發生變化，產生的壓力使得液滴克服表面張力由噴嘴噴出，液滴的噴射時間、大小和體積都很容易通過驅動電壓及噴嘴控制。但粘度限制較大且噴頭易發生堵塞，維護成本較高。2.熱氣泡式噴頭通過局部加熱產生氣泡，氣泡壓力作用液滴噴出。該方法受材料限制較大，打印材料在加熱過程中易發生物理或化學性質的改變，影響打印精度或打印件質量。3.氣壓擠出式噴頭通過控制壓縮氣體對裝有待擠出液體的料管或針管的作用壓力大小和時間長短來實現定量擠出。適用于廣泛的材料，擠出量的大小取決于壓縮氣體的作用壓力大小和時間長短。但由于高粘度材料粘度易變化，且打印過程中氣體體積增大壓強減小，氣體的可壓縮性和滯后性會導致材料在噴嘴的擠出滯后，響應速度變慢，同時一致性也發生變化。4.螺桿擠出式噴頭是通過螺桿的旋轉作用擠出材料。這種方式的擠出量的大小取決于螺桿的轉速和旋轉時間。這種擠出方式適用的材料范圍化較廣，可擠出超高粘度的流體，但長時間工作會導致筒內溫度升高液體粘度下降，影響打印效果；更換材料和清洗不便，維護成本高。5.活塞擠出式噴頭是采用電機帶動活塞-料筒的擠出機構來實現定量擠出，材料的擠出速度只與活塞的運動速度和料筒截面積有關，避免了材料變化和速度變化對擠出量造成影響，實現精確定量擠出。但這種方式不便于持續打印，在料筒內的材料用完之后需要重復裝填或者更換料筒，造成打印不連續降低打印效率。
技術實現思路
本技術提出一種基于電磁發射術的3D打印裝置，以解決高粘度液體打印過程中存在的精度低、速度慢、噴頭易堵塞的問題，實現高粘度液體的精準快速3D打印。電磁發射技術是繼化學能發射之后出現的一種新概念動能發射技術，電磁發射技術借助電磁能做功，將電磁能轉化為噴射材料的有效載荷的動能。與常規的發射方式相比，電磁發射能提供較大的非接觸式動能，可將噴射材料有效載荷加速到常規發射方式難以達到的超高初速和射速，且速度可任意調控、精度高、射程遠、威力大，發射過程不易受到干擾、無噪聲，具有重要的應用前景。本技術采取的技術方案是：XY向工作臺和支架安裝在底座上方，Z向工作臺與支架滑動連接，連接架與Z向工作臺連接，噴頭與連接架連接，高精密注射泵固定在底座上，進料管兩端分別與噴頭和高精密注射泵固定連接，承片臺安裝在XY向工作臺上方、噴頭的下方，基板連接在承片臺上。本技術所述噴頭的結構是：絕緣材料將電磁導管分為兩部分，分別在電磁導管兩部分接上連接電源的正負極，散熱片包裹在電磁導管上，電磁導管與進料口相連，電磁鐵安裝在散熱片周圍，電磁鐵和散熱片通過連接架固定，并安裝在噴頭外殼內。本技術所述電磁鐵采用能夠產生均勻磁場且磁場強度可調的電磁鐵。本技術的優點是：結構新穎，控制電流強度保證液滴噴出，防止噴頭堵塞，對噴頭的使用起到保護作用，降低維護費用，同時也擴大了使用噴射材料粘度的范圍，適用于更多高粘度材料。精準控制進入電磁導管中導電液滴的液滴體積，實現部分位置大液滴體積快速打印提高打印效率，部分位置小液滴體積精準打印提高打印精度，解決打印精度和打印效率不能兼顧的問題，使用散熱片對電磁導管進行散熱，避免因電流引起電磁導管過熱導致噴射的導電液體理化性質的改變，同時在打印生物材料時保證打印材料的生物活性。附圖說明圖1是本技術的結構示意圖；圖2是本技術噴頭結構示意圖；圖3是本技術噴頭內部的結構示意圖；圖4是本技術噴頭零部件爆炸圖；圖5是技術噴頭的剖視圖；圖6是圖5的A-A剖視圖。具體實施方式XY向工作臺2和支架9安裝在底座1上方，Z向工作臺8與支架9滑動連接，連接架6與Z向工作臺8連接，噴頭5與連接架6連接，高精密注射泵10固定在底座1上，進料管7兩端分別與噴頭5和高精密注射泵10固定連接，承片臺3安裝在XY向工作臺2上方、噴頭5的下方，基板4連接在承片臺3上；所述噴頭5的結構是：絕緣材料505將電磁導管502分為兩部分，分別在電磁導管502兩部分接上連接電源的正負極503，散熱片508包裹在電磁導管502上，電磁導管502與進料口504相連，電磁鐵501安裝在散熱片508周圍，電磁鐵501和散熱片508通過連接架507固定，并安裝在噴頭外殼506內；電磁鐵501采用能夠產生均勻磁場且磁場強度可調的電磁鐵；通過高精密注射泵10將液滴體積V的導電液體送入電磁導管502；XY工作臺2是二維精密位移臺，實現基板4的X、Y向移動，Z向工作臺8配合噴頭5的Z向移動完成打印件每一層的制造；電源503采用一個能夠產生電流強度可調、電流持續時間可調的的電源；打印材料通過高精密注射泵11向噴頭5的電磁導管502供料，注射泵通過進料管7和進料口504相連；通過密度計和粘度計測量配置完成的待打印導電液體的液體密度ρ、液體粘度ν，根據打印精度確定打印液滴的液滴體積V并由高精密微量注射泵11將其送入電磁導管502，通過控制XY向工作臺2移動基板4使打印位置位于噴頭5正下方，控制Z向工作臺8移動噴頭5至打印位置上方1-2cm處，根據公式根據打印液體理化性質給定液滴體積V、磁場強度B、電流持續時間t、液體密度ρ、電流強度I、液體粘度ν、電磁導管直徑d，保證導電液滴噴射速度v在10m/s-20m/s之間，到達基板4的指定打印位置完成單個點的打印，重復打印過程實現點到線、線到面、面到體的打印過程，最終實現采用高粘度液體進行所需件(工業樣件、生物組織器官)的3D打印。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于電磁發射術的3D打印裝置，其特征在于：XY向工作臺和支架安裝在底座上方，Z向工作臺與支架滑動連接，連接架與Z向工作臺連接，噴頭與連接架連接，高精密注射泵固定在底座上，進料管兩端分別與噴頭和高精密注射泵固定連接，承片臺安裝在XY向工作臺上方、噴頭的下方，基板連接在承片臺上。

【技術特征摘要】
1.一種基于電磁發射術的3D打印裝置，其特征在于：XY向工作臺和支架安裝在底座上方，Z向工作臺與支架滑動連接，連接架與Z向工作臺連接，噴頭與連接架連接，高精密注射泵固定在底座上，進料管兩端分別與噴頭和高精密注射泵固定連接，承片臺安裝在XY向工作臺上方、噴頭的下方，基板連接在承片臺上。2.根據權利要求1所述的一種基于電磁發射術的3D打印裝置，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳文征，耿鵬，劉巍，王博凡，郭曉鈺，王玉磊，趙繼，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：新型
國別省市：吉林;22