CN111070688B - 一种多流体混合3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了包括至少一个打印单元、混合器，其中，打印单元包括送料器、储料仓、三通阀和管路。通过本发明的技术方案，能够实现单一材料3D打印和多元材料3D打印；能够精准地调控多元混合流体的比例和实时控制；能够实现流体混合反应与3D打印的动态耦合；不受流体组元限制，能够实现三种以上流体的混合打印。
Description
技术领域
本发明属于流体3D打印技术领域，尤其涉及一种多流体混合3D打印装置。
背景技术
目前全球3D打印处于快速发展阶段，加快3D打印产业发展，有利于国家在全球科技创新和产业竞争中占领高地，进一步推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变，促进创新型国家建设，加快创造性人才培养。尽管3D打印技术已在工业制造、航空航天、国防军工、消费电子、医疗、建筑工程等行业有了广泛的应用，但在化学工程和生物工程领域的推广与应用尚在起步阶段，无论是在新型化学制品还是生物相容性材料领域都存在广阔的发展前景。因此如何应用3D打印技术快速、准确打印出新型化学制品和生物相容性材料具有重大的现实意义，也是目前研究的热点问题。
传统的3D打印喷头结构单一，只能采用单组分材料，打印样品的功能特性也受到巨大限制，进而难以实现在化学工程和生物工程领域深入广泛应用。为此，亟需能够实现多组分材料，甚至是固态、液态、气态材料之间的精准调配，以实现其3D打印，进而获得性能丰富、结构复杂，满足化学工程和生物工程需求的功能性产品。
发明内容
本发明针对化学工程及生物工程领域3D打印的迫切需求以及现有3D打印技术存在成型方式复杂、打印产品性能单一的问题提出了一种多流体混合3D打印装置，通过三通阀的切换，实现多种溶液或者多种气体等流体的精准混合打印，甚至是同时将多种溶液和气体进行混合的精准打印。本发明的具体技术方案如下：
一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，包括至少一个打印单元、混合器，其中，所述打印单元包括送料器、储料仓、三通阀和管路，
所述送料器与所述储料仓连接，所述储料仓用于存储3D打印所需流体；
所述送料器与所述三通阀的进口连接；
所有所述三通阀的第一出口均能够通过管路输出流体；
所有所述三通阀的第二出口均连接至所述混合器；
所述混合器用于调和多种混合流体，所述混合器的出口能够通过管路输出流体。
进一步地，所述送料器与所述储料仓直接连接或通过管路连接，所述管路能够装配功能性阀门。
进一步地，所述送料器为气体作为动力源的气动活塞式注射器、电机作为动力源的丝杆活塞式注射器、螺杆挤出式送料器或蠕动泵。
进一步地，所述三通阀通过气动控制或电动控制，所述三通阀能够调整为一个以上进口和/或两个以上出口的多通阀。
进一步地，所述混合器能够用于液-液混合、液-气混合、气-气混合、液-颗粒物混合、气-颗粒物混合、颗粒物-颗粒物混合。
进一步地，所述送料器、储料仓、混合器、管路能够配置加热升温以及冷却降温装置；所述混合器能够配置超声场、磁场、电场装置。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的多流体混合3D打印装置能够实现单一材料3D打印和多元材料3D打印；
2.能够精准地调控多元混合流体的比例和实时控制；
3.能够实现流体混合反应与3D打印的动态耦合；
4.能够实现流体传输过程、混合反应和打印过程中与温度场、超声场、磁场、电场的耦合；
5.具有普适性，不受流体属性限制和组元限制，能够实现三种以上流体的混合打印，能够简易集成于各种3D打印运动机构。
附图说明
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，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1初始化装置的示意图；
图3(a)是本发明实施例1利用溶液1打印的示意图；
图3(b)是本发明实施例1利用溶液2打印的示意图；
图3(c)是本发明实施例1利用溶液3打印的示意图；
图4是本发明实施例1利用溶液1和溶液3打印的示意图；
图5是本发明实施例1利用溶液2和溶液3打印的示意图；
图6是本发明实施例1利用溶液1和溶液2打印的示意图；
图7是本发明实施例1利用溶液1、溶液2和溶液3打印的示意图。
附图标号说明：
1-第一注射器；2-第一储料仓；3-第一电磁阀；4-第一三通阀；5-第二注射器；6-第二储料仓；7-第二电磁阀；8-第二三通阀；9-第三注射器；10-第三储料仓；11-第三电磁阀；12-第三三通阀；13-混合器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种多流体混合3D打印装置，包括至少一个打印单元、混合器，其中，打印单元包括送料器、储料仓、三通阀和管路，
送料器与储料仓连接，储料仓用于存储3D打印所需流体，所述流体包括但不限于溶液、气体、颗粒物等可以流动的流体；
送料器与三通阀的进口连接；
所有三通阀的第一出口均能够通过管路输出流体；
所有三通阀的第二出口均连接至混合器；
混合器用于调和多种混合流体，混合器的出口能够通过管路输出流体。
送料器与储料仓直接连接或通过管路连接，管路能够装配功能性阀门。
送料器为气体作为动力源的气动活塞式注射器、电机作为动力源的丝杆活塞式注射器、螺杆挤出式送料器或蠕动泵。
三通阀通过气动控制或电动控制，三通阀能够调整为一个以上进口和/或两个以上出口的多通阀。
混合器能够用于液-液混合、液-气混合、气-气混合、液-颗粒物混合、气-颗粒物混合、颗粒物-颗粒物混合。
送料器、储料仓、混合器、管路能够配置加热升温以及冷却降温装置；混合器能够配置超声场、磁场、电场装置。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。
实施例1
本方案采用三种溶液作为多流体混合3D打印装置的流体材料，采用电机作为动力源的丝杆活塞式注射器作为多流体混合3D打印装置的送料器，采用电磁阀作为多流体混合3D打印装置中的阀门用于连接送料器和储料仓。
如图1所示，一种多溶液混合3D打印装置，包括三个打印单元、混合器，其中，打印单元包括注射器、储料仓、电磁阀、三通阀和管路，三通阀的0端口为进口，三通阀的1端口为第一出口，三通阀的2端口为第二出口；
电磁阀安装在注射器与储料仓之间的连接管路上；
注射器与三通阀的0端口连接；
所有三通阀的1端口均能够通过管路射出溶液；
所有三通阀的2端口均连接至混合器；
混合器的出口能够通过管路射出溶液。
利用所述装置打印的具体方法如下：
S1:将溶液A、溶液B和溶液C分别加入第一储料仓2、第二储料仓6和第三储料仓10中，初始化装置，所有电磁阀和三通阀均处于封闭状态；
S2：利用溶液A打印。打开第一电磁阀3，使用第一注射器1定量抽取溶液A，第一三通阀4切换至“0-1”通道连通状态，并关闭第一电磁阀3，第一注射器1开始注射溶液A，如图3(a)所示；
S3：利用溶液B打印。第一注射器1回抽管道内剩余溶液A，第一三通阀4恢复封闭状态，打开第二电磁阀7，使用第二注射器5定量抽取溶液B，第二三通阀8切换至“0-1”通道连通状态，并关闭第二电磁阀7，第二注射器5开始注射溶液B，如图3(b)所示；
S4：利用溶液C打印。第二注射器5回抽管道内剩余溶液B，第二三通阀8恢复封闭状态，打开第三电磁阀11，使用第三注射器9定量抽取溶液C，第三三通阀12切换至“0-1”通道连通状态，并关闭第三电磁阀11，第三注射器9开始注射溶液C，如图3(c)所示；
S5：利用溶液A和溶液C打印。第三注射器9回抽管道内剩余溶液C，第一三通阀4切换至“0-2”连通状态，第三三通阀12切换至“0-2”连通状态，第一注射器1和第三注射器9同时分别注射溶液A和溶液C，经由混合器13混合之后射出混合溶液，如图4所示；
S6：利用溶液B和溶液C打印。第一注射器1回抽管道内剩余溶液A，第一三通阀4恢复至封闭状态，第二三通阀8切换至“0-2”连通状态，第三三通阀12切换至“0-2”连通状态，第二注射器5和第三注射器9同时分别注射溶液B和溶液C，经由混合器混合之后射出混合溶液，如图5所示；
S7：利用溶液A和溶液B打印。第三注射器9回抽管道内剩余溶液C，第三三通阀12恢复至封闭状态，第一三通阀4切换至“0-2”连通状态，第二三通阀8切换至“0-2”连通状态，第一注射器1和第二注射器5同时分别注射溶液A和溶液B，经由混合器混合之后射出混合溶液，如图6所示；
S8：利用溶液A、溶液B和溶液C打印。第一注射器1、第二注射器5和第三注射器9均回抽管道内的剩余溶液，第一三通阀4、第二三通阀8和第三三通阀12同时切换至“0-2”连通状态，第一注射器1、第二注射器5和第三注射器9同时分别注射溶液A、溶液B和溶液C，经由混合器混合之后射出混合溶液，如图7所示。
上述步骤可根据实际情况进行调换，每一种溶液单一注射或是混合注射都由单独的逻辑进行控制，实现了不同溶液3D打印的单独或混合制造，并具有高自由度，切换过程便捷、流畅，可以满足不同需求的产品。同时本发明的装置具有普适性，不受溶液组元限制，能够实现三种以上溶液的混合打印。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，包括至少一个打印单元、混合器，其中，所述打印单元包括送料器、储料仓、三通阀和管路，
所述送料器与所述储料仓连接，所述储料仓用于存储3D打印所需流体；
所述送料器与所述三通阀的进口连接；
所有所述三通阀的第一出口均能够通过一一对应连接的管路输出流体；
所有所述三通阀的第二出口均连接至所述混合器；
所述混合器用于调和多种混合流体，所述混合器的出口能够通过与之对应连接的管路输出流体。
2.根据权利要求1所述的一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，所述送料器与所述储料仓直接连接或通过管道连接，所述管道能够装配功能性阀门。
3.根据权利要求1所述的一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，所述送料器为气体作为动力源的气动活塞式注射器、电机作为动力源的丝杆活塞式注射器、螺杆挤出式送料器或蠕动泵。
4.根据权利要求1所述的一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，所述三通阀通过气动控制或电动控制，所述三通阀能够调整为一个以上进口和/或两个以上出口的多通阀。
5.根据权利要求1所述的一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，所述混合器能够用于液-液混合、液-气混合、气-气混合、液-颗粒物混合、气-颗粒物混合、颗粒物-颗粒物混合。
6.根据权利要求1所述的一种多流体混合3D打印装置，其特征在于，所述送料器、储料仓、混合器、管路能够配置加热升温以及冷却降温装置；所述混合器能够配置超声场、磁场、电场装置。
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