CN110355991A - 3d打印方法和3d打印设备 - Google Patents
3d打印方法和3d打印设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110355991A CN110355991A CN201810313453.8A CN201810313453A CN110355991A CN 110355991 A CN110355991 A CN 110355991A CN 201810313453 A CN201810313453 A CN 201810313453A CN 110355991 A CN110355991 A CN 110355991A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- fluidic chip
- printing
- heterogeneous
- dopant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 343
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 89
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 73
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 47
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 26
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 18
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 8
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 25
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 7
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 7
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 6
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 5
- CMDGQTVYVAKDNA-UHFFFAOYSA-N propane-1,2,3-triol;hydrate Chemical compound O.OCC(O)CO CMDGQTVYVAKDNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000004886 head movement Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisiloxane Polymers C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
- B29C64/321—Feeding
- B29C64/336—Feeding of two or more materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
Abstract
本公开提供了一种3D打印方法，包括控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和所述掺杂材料在交汇口混合，形成多相材料，打印所述多相材料，以及固化所述多相材料，形成三维结构。本公开还提供了一种3D打印设备。
Description
技术领域
本公开涉及一种3D打印方法和一种3D打印设备。
背景技术
近年来，3D打印技术开始应用于汽车、建筑、医疗、生物等领域。但是由于打印方式和材料等方面的原因，3D打印技术并未广泛应用于国民生产生活中。
在现有技术中很难实现多组分多材料的3D打印，特别是含有掺杂相的复合材料。现有技术中，通常采用多个打印喷头分别打印不同的材料，对所述不同的材料进行组装得到多材料结构，从而形成完整的3D打印结构。因此，现有技术难以实现多相多组分复合材料的3D打印结构的一体成型。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种3D打印方法，包括控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和所述掺杂材料在交汇口混合，形成多相材料，打印所述多相材料，以及固化所述多相材料，形成三维结构。
可选地，在所述微流控芯片中，所述基底材料和至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口混合，形成多相材料，包括以下至少一种，在所述至少一种掺杂材料为液相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成液滴，并与所述基底材料混合，形成液滴掺杂相材料，或者在所述至少一种掺杂材料为气相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成气泡，并与所述基底材料混合，形成气泡掺杂相材料。
可选地，所述控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片包括以下至少一种，控制所述基底材料和/或至少一种掺杂材料分别从不同的管路以恒定速度进入微流控芯片，或者控制所述基底材料和/或所述至少一种掺杂材料分别从不同的管路以预定规则变化的速度进入微流控芯片。
可选地，所述固化所述多相材料，形成三维结构包括以下至少一种，由紫外灯发出的紫外光固化所述多相材料，形成三维结构，或者控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。
可选地，所述控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构包括，控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述基底材料以及所述掺杂材料，形成由颗粒掺杂的多相材料构成的三维结构。
本公开的另一个方面提供了一种3D打印设备，包括进给装置，包括至少两个管路，其中，所述至少两个管路用于分别进给基底材料和至少一种掺杂材料，微流控芯片，所述微流控芯片包括分别与所述至少两个管路导通的至少两个进口导管、所述至少两个进口导管的交汇口以及出口导管，其中，所述交汇口用于形成多相材料，打印喷头，包括与所述出口导管连接的喷头挤出装置，其中，所述喷头挤出装置用于挤出所述多相材料，以及固化装置，用于固化所述多相材料，形成三维结构。
可选地，所述进给装置，用于控制所述至少两个管路中的材料的进给速度。
可选地，所述固化装置包括用于承载挤出的所述多相材料的基台，所述固化所述多相材料，形成三维结构包括，控制所述基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。
可选地，所述打印喷头还包括固定装置，用于将所述微流控芯片固定于所述打印喷头。
可选地，所述固化装置包括紫外灯。
可选地，所述紫外灯安装于所述固定装置靠近所述喷头挤出装置的一端。
可选地，所述微流控芯片的结构包括T型结构、流动汇聚型结构中的至少一种。
可选地，所述喷头挤出装置包括点胶针头或点胶枪头中的至少一种。
可选地，所述进给装置还包括打印材料存储装置，用于存储所述基底材料和至少一种所述掺杂材料。
可选地，所述打印材料存储装置包括注射器或点胶管中的至少一种。
本公开的另一方面提供了一种非易失性存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。
本公开的另一方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的3D打印方法流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的流动汇聚型微流控芯片的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的T型结构微流控芯片的结构示意图；
图4示意性示出了根据本公开另一实施例的T型结构微流控芯片的结构示意图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的3D打印设备的示意图；
图6示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图；
图7示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图；
图8示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图；
图9示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图；
图10示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图；以及
图11示意性示出了本公开实施例的3D打印过程示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。
附图中示出了一些流程图。应理解，流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。
本公开的实施例提供了一种3D打印方法，包括控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和所述掺杂材料在交汇口混合，形成多相材料，以及打印所述多相材料，以及固化所述多相材料，形成三维结构。该方法将微流控技术与3D打印技术相结合，至少部分地解决了现有技术中打印多相复合材料需要极其复杂的打印过程的技术问题，能够实现多相复合材料的一体成型。
图1示意性示出了根据本公开实施例的3D打印方法流程图。
如图1所示，该方法包括操作S110～S130。
在操作S110，控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和所述掺杂材料在交汇口混合，形成多相材料。
在操作S120，打印所述多相材料。
在操作S130，固化所述多相材料，形成三维结构。
该方法在3D打印中采用微流控技术，实现了多相复合材料的一体成型，至少部分地解决了难以实现多相多组分复合材料的3D打印结构的一体成型的技术问题。
根据本公开的实施例，在操作S110，微流控芯片的结构可以是T型结构、流动汇聚型结构等。
图2示意性示出了根据本公开实施例的流动汇聚型微流控芯片200的结构示意图。
如图2所示，流动汇聚型微流控芯片200包括掺杂材料进口导管211、基底材料进口导管212、多相材料出口导管213以及交汇口214。
掺杂材料和基底材料分别从掺杂材料进口导管211和基底材料进口导管212进入微流控芯片200的管道，在交汇口214交汇，在交汇口214形成的多相材料从多相材料出口导管213流出。
图3示意性示出了根据本公开实施例的T型结构微流控芯片300的结构示意图。
如图3所示，T型结构微流控芯片300包括掺杂材料进口导管311和312，基底材料进口导管313、多相材料出口导管314以及交汇口315。
掺杂材料进口导管311和312相对，与基底材料进口导管313垂直，掺杂材料进口导管311和312可以分别进入不同的掺杂材料，不同的掺杂材料在交汇口315与从基底材料进口导管313进入的基底材料交汇，形成多相材料。例如红色甘油水混合液从掺杂材料进口导管311进入微流控芯片300，蓝色甘油水混合液从掺杂材料进口导管312进入微流控芯片300，可以通过分别控制两种不同的掺杂材料的流速，使该两种不同的掺杂材料交替产生，形成交替液滴相的多相材料。
图4示意性示出了根据本公开另一实施例的T型结构微流控芯片400的结构示意图。
如图4所示，T型结构微流控芯片400包括掺杂材料进口导管411和412、基底材料进口导管413、多相材料出口导管414以及交汇口415。
掺杂材料进口导管411和412可以分别导入不同的掺杂材料，不同的掺杂材料在交汇口415的窄口处融合，与从基底材料进口导管413进入的基底材料在交汇口415交汇，形成多相材料。
需要理解的是，图2～图4的微流控芯片仅为示意性表示，在实际应用中，可以根据需要设计不同结构的微流控芯片，本公开对微流控芯片的结构不做限定。
返回参考图1。根据本公开的实施例，在操作S110，控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片包括以下至少一种，控制所述基底材料和/或至少一种掺杂材料以恒定速度进入对应的管路，或者控制所述基底材料和/或所述至少一种掺杂材料以预定规则变化的速度进入对应的管路。
该方法能够根据需要生成不同的3D打印结构，例如对称结构、非对称结构等，以满足不同应用场景的需要。例如，控制基底材料以恒定的速度进入对应的管路，掺杂材料以每隔一定的时间速度增加预定值的规则进入对应管路。
例如，控制基底材料从一管路以一恒定速度进入微流控芯片，控制至少一种掺杂材料分别从不同的管路以另一恒定的速度进入微流控芯片。可以理解的是，基底材料进入微流控芯片的一恒定速度和至少一种掺杂材料进入微流控芯片的另一恒定速度可以是相同的恒定速度，也可以是不相同的恒定速度。
又例如，控制基底材料从一管路以恒定速度进入微流控芯片，控制至少一种掺杂材料以预定规则变化的速度进入微流控芯片。
又例如，控制基底材料以预定规则变化的速度进入微流控芯片，控制至少一种掺杂材料分别从不同的管路以恒定的速度进入微流控芯片。
又例如，控制基底材料以一预定规则变化的速度进入微流控芯片，控制掺杂材料以另一预定规则变化的速度进入微流控芯片。可以理解的是，所述一预定规则和所述另一预定规则可以是相同的预定规则也可以是不相同的预定规则。
可以理解的是，上述实施例中，在包含多种掺杂材料的情况下，可以控制一部分掺杂材料以恒定速度进入微流控芯片，另一部分掺杂材料以预定规则变化的速度进入微流控芯片。
根据本公开的实施例，在操作S110，在所述微流控芯片中，所述基底材料和至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口混合，形成多相材料，包括在所述至少一种掺杂材料为液相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成液滴，并与所述基底材料混合，形成液滴掺杂相材料。
根据本公开的实施例，在操作S110，在所述微流控芯片中，所述基底材料和至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口混合，形成多相材料，包括在所述至少一种掺杂材料为气相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成气泡，并与所述基底材料混合，形成气泡掺杂相材料。
根据本公开的实施例，在操作S120，打印所述多相材料。多相材料，例如是固化相材料作为基底材料，液相材料作为掺杂材料形成的液滴掺杂相材料。打印所述多相材料可以是由至少一个打印喷头挤出多相材料。
根据本公开的实施例，在操作S130，固化所述多相材料，形成三维结构。例如，通过光固化、热固化的方式固化多相材料，形成三维结构。
根据本公开的实施例，固化所述多相材料，形成三维结构包括以下至少一种，由安装在所述打印喷头上的紫外灯发出的紫外光固化所述多相材料，形成三维结构；或者控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。在基底材料为光固化材料的情况下，例如基底材料为光固化打印胶，可以使用紫外光进行固化多相材料，形成三维结构，使用紫外光固化成型具有见效快，热损害小，无污染的优点。
根据本公开的实施例，控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构包括：控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述基底材料以及所述掺杂材料，形成由颗粒掺杂的多相材料构成的三维结构。例如，在操作S120中，打印的多相材料为液滴掺杂相材料，其中，该液滴掺杂相在一定温度下可被固化，该液滴掺杂相材料由基台承载，通过控制该基台的温度，可以使该液滴掺杂相材料中的液滴固化成为颗粒，从而形成颗粒掺杂相的多相材料。
本公开的另一方面提供了一种3D打印设备，用于实现上述方法。下面结合图5示意性地说明本公开的3D打印设备。图5示意性示出了根据本公开实施例的3D打印设备的示意图。
如图5所示，3D打印设备500包括进给装置510，微流控芯片520，打印喷头530以及固化装置540，其中，该进给装置510包括管路511和管路512。
管路512和管路511用于分别进给基底材料和至少一种掺杂材料，微流控芯片520包括分别与所述至少两个管路511和512导通的至少两个进口导管521和522、所述至少两个进口导管的交汇口523以及出口导管524，其中，所述交汇口523用于形成多相材料。
打印喷头530包括与所述出口导管524连接的喷头挤出装置531，其中，所述喷头挤出装置531用于挤出所述多相材料。根据本公开的实施例，喷头挤出装置531包括点胶针头或点胶枪头中的至少一种。
固化装置540，用于固化喷头挤出装置531挤出的多相材料，形成三维结构。
需要理解的是，进给装置510包括的管路的数量可以根据需要设计，本公开对管路的数量不做限定。
根据本公开的实施例，进给装置510，可以用于控制所述至少两个管路511和512中的材料的进给速度。进给装置510，例如可以包括螺纹注射泵、电气比例阀控制的压力泵等。
根据本公开的实施例，进给装置510还包括打印材料存储装置513，用于存储所述基底材料和至少一种所述掺杂材料。
根据本公开的实施例，打印材料存储装置513包括注射器或点胶管中的至少一种。
根据本公开的实施例，打印喷头530还包括固定装置532，用于将所述微流控芯片520固定于所述打印喷头530。
根据本公开的实施例，固化装置540包括紫外灯。
根据本公开的实施例，紫外灯安装于所述固化装置540靠近所述喷头挤出装置531的一端。根据本公开的实施例，紫外灯可以放置在其他位置，例如在封闭式的打印设备中，紫外灯可以设置在打印设备的外罩的内侧壁上。
根据本公开的实施例，固化装置540包括用于承载挤出的所述多相材料的基台550，所述固化所述多相材料，形成三维结构包括，控制所述基台550的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。
根据本公开的实施例，微流控芯片520的结构包括T型结构、流动汇聚型结构或共轴聚焦结构中的至少一种。
下面结合图5～图10说明本公开的的3D打印设备以及3D打印方法的实施方式。
如图5所示的3D打印设备，微流控芯片520可以是如图2所示的流动汇聚型微流控芯片，包括掺杂材料进口导管521、基底材料进口导管522、多相材料出口导管524。其中，多相材料出口导管524与打印喷头530导通。
掺杂材料从管路511进入微流控芯片520的掺杂材料进口导管521，基底材料从管路512进入微流控芯片520的基底材料进口导管522。
例如，基底材料为固化相材料，选用光固化打印胶，掺杂材料为50％体积分数的甘油水混合液。进给装置510控制光固化打印胶以速度V1通过管路512进入微流控芯片520的基底材料进口导管522，以及50％体积分数的甘油水混合液以速度V2通过管路511进入微流控芯片520的掺杂材料进口导管521。光固化打印胶和50％体积分数的甘油水混合液在微流控芯片520的交汇口523交汇，光固化打印胶在交汇口523剪切挤压液相的50％体积分数的甘油水混合液，将液相材料变化成液滴，产生的液滴与光固化打印胶混合形成液滴掺杂相材料，该液滴掺杂相材料进入打印喷头530，由打印喷头530挤出液滴掺杂相材料至基台550。打印喷头540可以是27G的点胶针头，打印喷头530的打印参数可以设置，例如，设置喷头移动速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。打印喷头530上可以安装固化装置540，固化装置540可以是紫外灯，用于对多相材料固化成型。该实施例可以获得含有规则液滴掺杂排列的三维结构。
图6示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图。
如图6所示，3D打印设备600包括进给装置610，微流控芯片620，打印喷头630以及固化装置640，其中，该进给装置610包括管路611、管路612和管路613。
微流控芯片620可以是如图4所示的T型微流控芯片，包括基底材料进口导管621、掺杂材料进口导管622和623、交汇口624以及多相材料出口导管625。
基底材料从管路611进入微流控芯片620的基底材料进口导管621，掺杂材料分别从管路612和管路613进入微流控芯片620的掺杂材料进口导管622和623。
例如，基底材料为固化相，选用光固化打印胶，掺杂材料分别为50％体积分数的甘油水红色混合液和蓝色混合液。进给装置610控制光固化打印胶以速度V1通过管路611进入微流控芯片620的基底材料进口导管621，以及红色混合液和蓝色混合液以预定规则变化的速度分别通过管路612和管路613进入微流控芯片620的掺杂材料进口导管622和623。其中，预定规则例如是，红色混合液初始以速度V2的从管路612进入微流控芯片620，蓝色混合液以0μL/min的速度从管路613进入微流控芯片620，每隔3min改变红蓝混合液的流速，红色混合液掺杂相每次递减0.2μL/min，蓝色混合液掺杂相每次递增0.2μL/min。红色混合液和蓝色混合液在交汇口624的窄口处发生融合，与光固化打印胶交汇，在光固化打印胶的剪切挤压下成为混合液滴掺杂相材料。该混合液滴掺杂相材料进入打印喷头630，打印喷头630例如选用27G的点胶针头，打印喷头630的打印参数可以设置，例如，设置移动速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。打印过程中打开安装在喷头上端的紫外灯进行固化成型，可得到具有规则液滴掺杂但颜色变化的三维结构。
图7示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图。
如图7所示，3D打印设备700包括包括进给装置710，微流控芯片720，打印喷头730和760以及固化装置740，其中，该进给装置710包括管路711、管路712和管路713。
微流控芯片720可以是如图2所示的流动汇聚型微流控芯片，包括掺杂材料进口导管721、基底材料进口导管722、多相材料出口导管724。其中，多相材料出口导管724与打印喷头730导通。打印喷头760直接连接管路711。
掺杂材料从管路712进入微流控芯片720的掺杂材料进口导管721，基底材料从管路713进入微流控芯片720的基底材料进口导管722。多相材料出口导管724与打印喷头730导通，多相材料由打印喷头730打印至基台。管路711直接与打印喷头760导通，管路711中的材料直接由打印喷头760打印出。例如，控制打印喷头730和760交替挤出打印材料，可得到非对称的三维结构，在管路713中为光固化打印胶的情况下，打印过程中打开紫外灯对多相材料进行固化成型，得到部分含有液滴掺杂，部分不含液滴掺杂的三维结构。打印过程中，例如控制喷头730打印时，基底材料例如固化相速度为V1，液滴掺杂相速度为V2，喷头760打印时，固化相速度为V4，无液滴掺杂相。类似的，可以设置打印喷头的打印参数，例如喷头移动速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。打印喷头730和760例如是27G的点胶针头。
图8示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图。
如图8所示，3D打印设备800包括进给装置810，微流控芯片820和830，打印喷头840和850以及固化装置860，其中，该进给装置810包括管路811、管路812、管路813以及管路814。
微流控芯片820和830可以是如图2所示的流动汇聚型微流控芯片，包括掺杂材料进口导管、基底材料进口导管、交汇口以及多相材料出口导管。打印喷头840与微流控芯片820的多相材料出口导管导通，打印喷头850与微流控芯片830的多相材料出口导管导通，打印喷头840和打印喷头850可以存在一定间距，例如间距10mm。
掺杂材料从管路812进入微流控芯片820的掺杂材料进口导管，基底材料从管路811进入微流控芯片820的基底材料进口导管。类似的，另一掺杂材料从管路813进入微流控芯片830的掺杂材料进口导管，另一基底材料从管路814进入微流控芯片830的基底材料进口导管。需要理解的是，基底材料和另一基底材料可以是相同的材料也可以是不同的材料，例如基底材料和另一基底材料均是固化相材料，光固化打印胶。掺杂材料和另一掺杂材料可以是相同的材料也可以是不同的材料，例如掺杂材料为50％体积分数的甘油水红色混合液，另一掺杂材料为50％体积分数的甘油水蓝色混合液。
例如，固化相材料选用光固化打印胶以速度V1经管路811进入微流控芯片820的基底材料进口导管，50％体积分数的甘油水红色混合液以速度V2经管路812进入微流控芯片820的掺杂材料进口导管，类似的光同化打印胶以速度V1经管路814进入微流控芯片830的基底材料进口导管，50％体积分数的甘油水蓝色混合液以速度V2经管路813进入微流控芯片830的掺杂材料进口导管。打印喷头840和850均选用27G的点胶针头，喷头速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。打印过程打开紫外灯进行固化成型，从而得到含有不同颜色液滴掺杂的三维结构。
图9示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图。
如图9所示，3D打印设备900包括进给装置910，微流控芯片920，打印喷头930以及固化装置940，其中，该进给装置910包括管路911和管路912。
微流控芯片920可以是如图2所示的流动汇聚型微流控芯片，包括掺杂材料进口导管、基底材料进口导管、交汇口以及多相材料出口导管。其中，多相材料出口导管与打印喷头930导通。
例如，基底材料为光固化打印胶，掺杂材料为空气。进给装置910控制光固化打印胶以速度V1通过管路912进入微流控芯片920的基底材料进口导管，以及对空气施加0.3Mpa的气压，使空气从管路911进入微流控芯片。光固化打印胶和空气在微流控芯片920的交汇口交汇，光固化打印胶在交汇口剪切挤压空气，形成气泡，产生的气泡与光固化打印胶形成的气泡掺杂相材料进入打印喷头930，由打印喷头930挤出气泡掺杂相材料并由固化装置940固化该气泡掺杂相材料。打印喷头940可以是27G的点胶针头，打印喷头940的打印参数可以设置，例如，设置喷头移动速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。该实施例可以获得含有规则气泡掺杂排列的三维结构。
图10示意性示出了根据本公开另一实施例的3D打印设备的示意图。
如图10所示，3D打印设备1000包括进给装置1010，微流控芯片1020，打印喷头1030以及固化装置1040和基台1050，其中，该进给装置1010包括管路1011和管路1012。
微流控芯片1020可以是如图2所示的流动汇聚型微流控芯片，包括掺杂材料进口导管、基底材料进口导管、交汇口以及多相材料出口导管。其中，多相材料出口导管与打印喷头1030导通。
基底材料从管路1012进入微流控芯片1020的基底材料进口导管，掺杂材料从管路1011进入微流控芯片1020的掺杂材料进口导管。
例如，基底材料为固化相的光固化打印胶，掺杂材料为体积比10：1配比的混合均匀的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。进给装置1010控制光固化打印胶以速度V1通过管路1012进入微流控芯片1020的基底材料进口导管，以及体积比10∶1配比的混合均匀的PDMS以速度V2通过管路1011进入微流控芯片1020的基底材料进口导管。光固化打印胶和体积比10∶1配比的混合均匀的PDMS在微流控芯片1020的交汇口交汇，光固化打印胶在交汇口剪切挤压该液相的PDMS，使液相的PDMS形成液滴，产生的液滴与光固化打印胶形成的液滴掺杂相材料进入打印喷头1030，由打印喷头1030挤出液滴掺杂相材料，打印过程中打开紫外灯进行固化相的固化成型，形成液滴掺杂相的三维结构，由打印喷头挤出的液滴掺杂相的三维结构由基台1050承载，同时基台温度设为80摄氏度，以对PDMS液滴进行固化形成PDMS小球，从而获得含有PDMS颗粒掺杂的三维结构。该打印喷头1040可以是27G的点胶针头，打印喷头1040的打印参数可以设置，例如，设置喷头移动速度为V3，线宽设置为0.8mm，层厚设置为0.15mm。
根据本公开的实施例，如图10所示，3D打印设备还包括三维运动控制系统，用于控制3D打印设备例如基台的运动方向、打印喷头的运动方向等。三维运动控制系统例如包括利用皮带传动的X轴1060、利用皮带传动的Y轴1070以及利用螺纹丝杆传动的Z轴1080。需要理解的是，该三维运动控制系统沿X、Y、Z方向的运动也可以通过其他方式实现。
根据本公开的实施例，如图10所示，3D打印设备还包括打印机控制系统1090，打印机控制系统1090包括单片机芯片，用于识别读入解析好的3D建模数据，按照解析好的数据控制打印机三维运动机构的运动速度和方向，以及协同材料供给系统的材料供给量等。
图11示意性示出了本公开实施例的3D打印过程示意图。
如图11所示，根据本公开的实施例，3D打印过程包括操作S1110～S1140。
在操作S1110，对需要打印的三维结构进行三维建模。
在操作S1120，利用计算机软件对三维建模数据解析得到可被3D打印机识别的代码。
在操作S1130，打印机控制系统读入该代码，用于分别精确控制材料供给系统的流量供给和三维运动系统的运动。具体包括打印材料(液滴相与固化相)进给量的控制，打印基台运动的控制与喷头运动的控制，使以上三种控制协调工作。
在操作S1140，对材料固化成型，得到三维结构。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合和/或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (15)
1.一种3D打印方法，包括：
控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和所述掺杂材料在交汇口混合，形成多相材料；
打印所述多相材料；以及
固化所述多相材料，形成三维结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述微流控芯片中，所述基底材料和至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口混合，形成多相材料，包括以下至少一种：
在所述至少一种掺杂材料为液相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成液滴，并与所述基底材料混合，形成液滴掺杂相材料；或者
在所述至少一种掺杂材料为气相的情况下，所述至少一种掺杂材料在所述微流控芯片的交汇口处形成气泡，并与所述基底材料混合，形成气泡掺杂相材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制基底材料和至少一种掺杂材料分别从不同的管路进入微流控芯片包括以下至少一种：
控制所述基底材料和/或至少一种掺杂材料分别从不同的管路以恒定速度进入微流控芯片；或者
控制所述基底材料和/或所述至少一种掺杂材料分别从不同的管路以预定规则变化的速度进入微流控芯片。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化所述多相材料，形成三维结构包括以下至少一种：
由紫外灯发出的紫外光固化所述多相材料，形成三维结构；或者
控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构包括：
控制用于承载挤出的多相材料的基台的温度，固化所述基底材料以及所述掺杂材料，形成由颗粒掺杂的多相材料构成的三维结构。
6.一种3D打印设备，包括：
进给装置，包括至少两个管路，其中，所述至少两个管路用于分别进给基底材料和至少一种掺杂材料；
微流控芯片，所述微流控芯片包括分别与所述至少两个管路导通的至少两个进口导管、所述至少两个进口导管的交汇口以及出口导管，其中，所述交汇口用于形成多相材料；
打印喷头，包括与所述出口导管连接的喷头挤出装置，其中，所述喷头挤出装置用于挤出所述多相材料；以及
固化装置，用于固化所述多相材料，形成三维结构。
7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述进给装置，用于控制所述至少两个管路中的材料的进给速度。
8.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述固化装置包括用于承载挤出的所述多相材料的基台，所述固化所述多相材料，形成三维结构包括：
控制所述基台的温度，固化所述多相材料，形成三维结构。
9.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述打印喷头还包括固定装置，用于将所述微流控芯片固定于所述打印喷头。
10.根据权利要求9所述的3D打印设备，其中，所述固化装置包括紫外灯。
11.根据权利要求10所述的3D打印设备，其中，所述紫外灯安装于所述固定装置靠近所述喷头挤出装置的一端。
12.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述微流控芯片的结构包括T型结构、流动汇聚型结构中的至少一种。
13.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述喷头挤出装置包括点胶针头或点胶枪头中的至少一种。
14.根据权利要求6所述的3D打印设备，其中，所述进给装置还包括打印材料存储装置，用于存储所述基底材料和至少一种所述掺杂材料。
15.根据权利要求14所述的3D打印设备，其中，所述打印材料存储装置包括注射器或点胶管中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810313453.8A CN110355991A (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 3d打印方法和3d打印设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810313453.8A CN110355991A (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 3d打印方法和3d打印设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110355991A true CN110355991A (zh) | 2019-10-22 |
Family
ID=68212906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810313453.8A Pending CN110355991A (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 3d打印方法和3d打印设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110355991A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115891150A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-04 | 吉林大学 | 一种基于微流控原理的仿生像素化异质材料的3d打印装置及方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102442056A (zh) * | 2010-10-11 | 2012-05-09 | 上海美杰彩喷材料有限公司 | 一种水性树脂喷墨打印方法及打印装置 |
| CN103635305A (zh) * | 2011-03-02 | 2014-03-12 | Bego医药公司 | 用于生成地制造三维部件的设备及方法 |
| CN104108131A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-10-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种陶瓷材料的3d打印成型方法 |
| US20150142159A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Kai-Jui Chang | Color or multi-material three-dimensional (3d) printing |
| CN104647903A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-27 | 清华大学深圳研究生院 | 一种基于微流控芯片的打印喷头装置 |
| DE102015002967A1 (de) * | 2015-03-07 | 2016-10-13 | Willi Viktor LAUER | 3D-Druckwerkzeug und 3D-Druck von Bündeln |
| KR20170015442A (ko) * | 2017-01-31 | 2017-02-08 | 전남대학교산학협력단 | 압출기 일체형 프린트 헤드를 구비하는 다축 3d 프린터 |
| CN106393679A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-15 | 贵州航天计量测试技术研究所 | 一种多材料3d打印喷头及其操作方法 |
| CN106807463A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-09 | 北京大学 | 微流控芯片及应用其的微液滴产生装置 |
| CN107187017A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-22 | 青岛理工大学 | 一种多材料微尺度3d打印装置及其打印方法 |
| CN107418872A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-12-01 | 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 | 制备微球的装置和制备微球的方法 |
| CN208497678U (zh) * | 2018-04-09 | 2019-02-15 | 北京大学 | 3d打印设备 |
-
2018
- 2018-04-09 CN CN201810313453.8A patent/CN110355991A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102442056A (zh) * | 2010-10-11 | 2012-05-09 | 上海美杰彩喷材料有限公司 | 一种水性树脂喷墨打印方法及打印装置 |
| CN103635305A (zh) * | 2011-03-02 | 2014-03-12 | Bego医药公司 | 用于生成地制造三维部件的设备及方法 |
| US20150142159A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Kai-Jui Chang | Color or multi-material three-dimensional (3d) printing |
| CN104108131A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-10-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种陶瓷材料的3d打印成型方法 |
| CN104647903A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-27 | 清华大学深圳研究生院 | 一种基于微流控芯片的打印喷头装置 |
| DE102015002967A1 (de) * | 2015-03-07 | 2016-10-13 | Willi Viktor LAUER | 3D-Druckwerkzeug und 3D-Druck von Bündeln |
| CN107418872A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-12-01 | 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 | 制备微球的装置和制备微球的方法 |
| CN106393679A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-15 | 贵州航天计量测试技术研究所 | 一种多材料3d打印喷头及其操作方法 |
| CN106807463A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-09 | 北京大学 | 微流控芯片及应用其的微液滴产生装置 |
| KR20170015442A (ko) * | 2017-01-31 | 2017-02-08 | 전남대학교산학협력단 | 압출기 일체형 프린트 헤드를 구비하는 다축 3d 프린터 |
| CN107187017A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-22 | 青岛理工大学 | 一种多材料微尺度3d打印装置及其打印方法 |
| CN208497678U (zh) * | 2018-04-09 | 2019-02-15 | 北京大学 | 3d打印设备 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115891150A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-04 | 吉林大学 | 一种基于微流控原理的仿生像素化异质材料的3d打印装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nabavi et al. | Mechanisms and control of single-step microfluidic generation of multi-core double emulsion droplets | |
| US10369743B2 (en) | Color or multi-material three-dimensional (3D) printing | |
| JP2016137707A5 (zh) | ||
| CN208497678U (zh) | 3d打印设备 | |
| CN104324769A (zh) | 基于微管道的液滴的生成方法 | |
| Li et al. | Computational investigations of the mixing performance inside liquid slugs generated by a microfluidic T-junction | |
| CN103846068B (zh) | 一种粒径和形貌可控的单分散极性异性Janus微球及其制备方法和所用的微流体控制装置 | |
| CN105524829A (zh) | 一种制造组织工程微模块的微流控芯片 | |
| CN107519958A (zh) | 一种微流控液滴生成装置及其应用 | |
| CN110355991A (zh) | 3d打印方法和3d打印设备 | |
| CN105771826B (zh) | 制备高粘度微乳化液滴的系统及方法 | |
| KR20200019155A (ko) | 건물 구조 적층 제조용 로봇을 위한 시멘트질 재료 비드 압출 시스템 | |
| Hassan et al. | A microfluidic printhead with integrated hybrid mixing by sequential injection for multimaterial 3D printing | |
| US8720231B2 (en) | Method and apparatus for optical fiber coloring | |
| CN110435148A (zh) | 一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3d打印设备及方法 | |
| CN108525622A (zh) | 一种多级反应微流控装置及其制备纳米材料的应用 | |
| CN202570526U (zh) | 一种双组份灌胶机 | |
| CN112537031A (zh) | 一种梯度聚合物复合材料3d打印方法及设备 | |
| CN208212209U (zh) | 一种微胶囊制备装置 | |
| CN102312295A (zh) | 一种湿法纺丝原液的纺前混合及输送装置 | |
| CN111804353A (zh) | 一种实现微液滴被动融合的装置及其方法 | |
| EP3052301A1 (en) | Color or multi-material three-dimensional (3d) printing | |
| CN205133627U (zh) | 一种组织工程微模块的预处理液制造结构 | |
| CN105264453A (zh) | 多阶段精确掺合系统和方法 | |
| CN108465447A (zh) | 多层微胶囊异形化装置、制备装置及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |