CN117922011A - 一种多材料3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多材料3D打印机，包括机架、光机、XZ运动平台、可旋转打印平台、剥离机构、含有多个料槽的料槽单元、流动清洗单元、用于控制料槽和流动清洗单元水平移动的X轴移动模组、具有双干燥面的负压干燥机构、遮挡机构、实时监测模块和自动对零模块。在多材料打印进行材料切换时，流动清洗单元通过循环流体提高清洗效率，气流辅助的双工作面干燥机构配合可旋转打印平台实现高效打印件和打印平台的干燥。本发明的具有流体清洗与双面气流干燥功能的打印机，解决了多材料打印过程中多墨水残留与稀释污染的难题，实现了高质量与高效率的软物质多材料打印。

Description

一种多材料3D打印机

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种多材料的光固化3D打印装置。

背景技术

与其他3D打印技术相比，光固化3D打印技术可以有效地制造具有更高复杂性和分辨率的聚合物，是目前最适合进行复杂生物三维模型构建的制造方法，通过采用面投影方式，实现光敏生物墨水的打印。

传统光固化打印设备大多只能支持一种材料的打印，无法实现多材料的切换，所打印的三维结构也就无法在材料组成层面上具有异质性。在许多生命科学研究中，为了构建各种仿生组织，需要打印的结构具有异质化的力学强度与生物学组分。这对光固化3D打印设备提出了更高的要求。经研究发现，多材料光固化3D打印技术的核心在于打印材料的切换以及材料切换时残留墨水的清洗与干燥。现有的支持多材料光固化3D打印设备主要由两种方式实现：(1)在单个料槽中通过多组微管路实现不同材料在料槽中的反复填充与抽取，进行打印材料的更换；(2)平台在装有不同打印材料的料槽中运动，实现固化层材料的更换。前者为了让材料能够充分成型，每次注入的材料必须能够至少覆盖一层打印区间，更换材料时也需要注入额外的清洗液，防止前后两种材料的混合。不同材料的反复注入和吸取耗时更长，不同材料的切换间也容易导致材料间的相互污染，这造成了材料的严重浪费，这种情况在需要频繁更换材料的复杂结构打印时更加明显。后者由于增加了运动机构，整体体积更大，且对不同料槽的底面高度统一性要求高。在多材料打印过程中，需要打印件在不同料槽间切换时还需要另外的清洗槽与清洗后的干燥手段。

现有残留墨水的清洗主要为清洗液浸泡，高压气体吹扫，离心甩干等，若使用清洗液的方式清洗，则还需要额外的干燥步骤；前述的清洗手段都存在缺陷。首先，虽然高压气体吹扫、离心甩干的方法较为简单，不引入额外材料，可以实现清洗和干燥两种效果，但是对强度低下的软材料，尤其是面向生物研究应用的水凝胶材料时，高压气体吹扫和离心甩干两种方法都存在这破坏、撕裂打印件结构的可能性，导致打印过程失败；而且离心甩干需要打印件具有较为对称的结构以保证离心过程的动平衡，对于异质且复杂的结构并不适用。而单单以清洗液浸泡实现的清洗则存在效率低下的问题，在同一机型下也很难兼顾多材料和轻量化的需求。对于需要频繁清洗的复杂多材料结构，清洗池太小则清洗能力不足且多墨水互相污染严重，清洗池太大则对会占有大量打印平面空间。

至于清洗后的打印件干燥，干燥手段通常为甩干、烘干或擦干，烘干或甩干并不适用于强度低下且有湿度要求的生物水凝胶软材料；擦干也需要注意不能破坏水凝胶结构，而且对于某些需要频繁清洗的结构，单一的干燥布很快会因为饱和而导致干燥效率降低。此外传统擦拭机构只能擦拭打印件的成型面，对于复杂结构的干燥效果不佳。而且，由于打印平台也会接触清洗液，只对打印件的干燥会使打印平台不断将少量清洗液带入料槽进而稀释打印墨水，这在高频率的清洗下尤为明显。

同时，大部分具有生物性能的水凝胶具有温敏特性，打印时材料需控制在一定温度范围内，若打印设备不具备温度控制功能，则会导致打印精度降低甚至打印失败。

因此，现有的多材料打印设备在软物质水凝胶的打印中还存在着大量的问题，有待于改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全新的具备多材料打印功能的3D打印设备，以解决现有的多材料3D打印机中存在的难以清洗换料，浪费、污染打印墨水，操作复杂，成功率低下等问题。

本发明的多材料3D打印机通过设计可旋转打印平台与多接触面的气流辅助干燥模块(负压干燥机构)，可实现清洗后打印件的多角度无损高效干燥。辅以温控多料槽结构、可调速循环清洗槽、柔性剥离模块、实时监测系统、自动对零功能，可高效实现复杂异质模型的高精度成型，面向包括生物水凝胶在内的软材料基底，实现高效多材料切换打印。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种多材料3D打印机，包括：机架、打印平台、光机；其中，所述打印平台通过升降模组安装于机架顶板上；光机设于机架底板上，并位于打印平台的下方；

还包括含有多个料槽并设于料槽平台上的料槽单元，料槽单元一侧的料槽平台上设有流动清洗单元；

所述机架顶板上设有X轴平台，所述X轴平台上设有用于驱动料槽平台移动进而使任一料槽或流动清洗单元位于打印平台和光机之间的X轴移动模组；

所述机架顶板上还设有用于驱动X轴平台倾斜和恢复水平的剥离机构；所述流动清洗单元远离料槽单元一侧的顶部设有用于干燥清洗后的打印件和打印平台的负压干燥机构；

所述打印平台通过用于控制其旋转的角度控制器与升降模组连接；

机架顶板上升降模组的一侧还设有用于在料槽平台移动时遮挡打印平台下方的遮挡机构。

上述打印机中，设置含有多个料槽的料槽单元以及驱动任一料槽或流动清洗单元移动至打印平台下方的X轴移动模组，能够满足多种材料打印的需求。在进行多材料3D打印时，不同料槽及流动清洗单元在X轴移动模组的驱动下在打印平台的下方进行切换，每次切换材料时，打印件浸入流动清洗单元中的清洗槽内进行流动清洗，然后经过负压干燥机构的干燥，进入下一个材料的料槽开始多材料的打印循环。

作为优选，所述负压干燥机构包括内部中空的干燥块，干燥块的一侧设置用于连接负压泵的气管接口；干燥块的工作面上设有密集的负压孔，且工作面的外部包覆有吸水的干燥布；

所述干燥块的工作面由第一干燥面和第二干燥面组成，第一干燥面水平设置，第二干燥面与水平面呈45°角设置。气管接口与负压泵通过气管连接，负压泵设于机架底板上，用于为干燥块内部提供负压，气流穿透干燥布，通过密集负压孔，在干燥面附近形成气流，进而提高干燥布的干燥效率。第一干燥面用于对打印平台进行干燥，第二干燥面用于对打印件进行干燥。角度控制器能够控制打印平台旋转并与负压干燥机构的工作面形成任意夹角。作为进一步优选，所述干燥布通过设于干燥块上的卡槽实现紧绷安装。干燥布优选为无尘布。

作为进一步优选，干燥块可拆卸安装于流动清洗单元上。

作为优选，所述遮挡机构通过支撑架设于机架顶板上，并包括挡片及其驱动机构，挡片、驱动机构和支撑架依次连接；所述挡片水平设置，驱动机构工作能驱动挡片水平转动并位于或远离打印平台和料槽之间。

作为进一步优选，所述驱动机构优选为舵机，通过舵机旋转，挡片能水平转动到打印平台的正下方将打印件与料槽或流动清洗单元隔开。

作为优选，流动清洗单元包括至少一个清洗槽，每个清洗槽的侧壁下部设有进液口，中部设有出液口，上部设有溢液口；

所述进液口和出液口分别连接循环系统，通过循环系统将清洗液不断从进液口注入清洗槽，并从出液口流出清洗槽，实现流动清洗。

值得指出的是，进液口、出液口和溢液口可以设于同一侧壁上，也可以设于不同侧壁上。进液口和出液口实现流动清洗单元内水流流动，溢液口则用于防止当出现循环系统故障时，液体漫出流动清洗单元进而损坏设备。当多种材料同时存在油相和水相两种相态时，流动清洗单元可以设置两个清洗槽，分别用于打印件和打印平台上油相和水相打印液的清洗。

作为进一步优选，循环系统包括水泵、储液装置和恒温槽，其中储液装置位于恒温槽内，保持其内液体恒温；

储液装置的出液口依次连接水泵和流动清洗单元的进液口，流动清洗单元的出液口连接储液装置的进液口。

其中，储液装置为密闭结构，具有良好的密封性，用于为清洗槽提供清洗液，并可以利用内部的气压平衡实现清洗槽中的液面稳定。当水泵启动将清洗液由储液装置送入清洗槽时，由于储液装置密封，其内产生负压并能够将清洗槽内的清洗液从出液口抽出。

当流动清洗单元设置两个清洗槽时，循环系统可以通过多通道的循环水泵带动，使用多通道的水泵实现多通道同时循环，每个通道使用不同性质的清洗液，打印清洗时对应相同性质的打印墨水。

作为更进一步优选，所述水泵为蠕动泵，以实现液体流量的精准控制。

作为优选，控制打印平台旋转的角度控制器选用舵机。舵机能将打印平台平面相对料槽平面(水平面)产生倾斜角度，以配合负压干燥机构的不同工作面，实现打印平台和打印件的快速干燥。

作为优选，打印平台通过平台架与角度控制器连接，所述平台架内设有用于为打印平台加热和测温的加热元件和测温元件。

作为优选，所述剥离机构包括设于机架顶板上的两个立柱、分别垂直设于X轴平台的一侧两端上的两个连接板、以及贯穿电机；

所述贯穿电机安装于机架顶板的下侧，其工作端垂直穿过机架顶板并与X轴平台另一侧的一端铰接；两个连接板与两个立柱一一对应分别通过轴承进行连接；贯穿电机的工作端缩回或伸出能驱动X轴平台倾斜或恢复水平，实现剥离和复位。

X轴平台在贯穿电机的驱动下带动料槽倾斜使完成固化的打印件与料槽柔性剥离；剥离完成后，升降模组驱动打印平台上升一层的距离，贯穿电机驱动X轴平台恢复水平使料槽复位，为下一层打印做准备。

作为优选，所述料槽单元包括内部并排设有多个上下开口槽的框架，每个开口槽对应的框架底部均采用透明玻璃板密封，并形成投影窗口；多个玻璃板与框架共同限定出多个料槽；

框架的底部设有隔热层，所述隔热层用于隔绝料槽与料槽平台之间的热传导，并将玻璃板一一固定在每个料槽对应的框架底部。

本技术方案中料槽单元的结构为一个总的框架对应多个并排设置的料槽，即双打印位的全幅面料槽或四打印位的半幅面料槽或其他多打印位的半幅面料槽。

作为优选，所述料槽单元包括多个内部设有上下开口槽的框架，框架的底部采用透明玻璃板密封，并形成投影窗口；玻璃板与框架共同限定出料槽；

框架的底部设有隔热层，所述隔热层用于隔绝料槽与料槽平台之间的热传导，并将玻璃板固定在框架的底部；多个框架在料槽平台上并排设置。本技术方案中一个框架对应一个料槽，即为单打印位的全幅面料槽。

料槽单元的具体结构可以根据实际需要设置为全幅面料槽或半幅面料槽。

作为进一步优选，框架上设有至少一个沿其厚度方向贯穿的安装孔，至少一个安装孔在框架上间隔设置；

安装孔内设有固定把手，固定把手通过设于其下端的卡扣滑动设于安装孔内；所述固定把手的上端尺寸大于安装孔的尺寸，其外部套设有弹簧；

卡扣下端端面上设有一字凸起，料槽平台上设有与一字凸起对应的一字孔；将固定把手按下使一字凸起穿过对应一字孔后旋转即可实现料槽单元在料槽平台上的固定。

下压固定把手后，卡扣的一字凸起伸入对应的一字凹槽内，通过旋转固定把手和卡扣，可将一字凸起与一字凹槽垂直并锁死，实现料槽单元的固定。

作为更进一步优选，框架上设有两个安装孔，两个安装孔分别设于框架的两个对角上。

作为进一步优选，框架上设有至少一个沿其厚度方向贯穿的销孔，料槽平台上设有与销孔对应的销钉。通过销孔和销钉实现料槽单元在料槽平台上定位。

作为更进一步优选，框架上设有两个销孔，两个销孔分别设于框架的两个对角上。

作为进一步优选，所述玻璃板承接材料的一侧设有离型膜，防止固化的材料黏连在料槽底部，有利于复杂结构的剥离。

作为进一步优选，所述打印机还包括控制板；所述框架内设有用于为每个料槽独立加热和测温的加热元件和测温元件，底部设有用于将加热元件和测温元件与控制组件连接的金属触点。

具体地，料槽平台上对应金属触点处设有用于连接金属触点和控制组件的电气接口，通过电气接口和金属触点实现加热元件和测温元件与控制板的连接，并实现控制板对单个料槽的独立温度控制。

进一步地，平台架内的加热元件和测温元件、光机、X轴移动模组、升降模组、负压干燥机构、遮挡机构、角度控制器、贯穿电机分别与控制板连接，并由控制板进行控制。

作为优选，所述多材料3D打印机还包括用于检测打印过程的监测模块，所述监测模块通过螺丝固定于机架上，监测模块的镜头中轴线与打印光路相交。

作为进一步优选，所述监测模块为微型摄像头，通过镜片组组成光路，实现对料槽底部的监控，获取光机投影与打印成型面的图案。

作为优选，所述多材料3D打印机还包括安装于升降模组上用于测定打印平台与料槽底面距离的非接触式对零模块。所述非接触式对零模块优选激光位移传感器。作为进一步优选，非接触式对零模块通过转接板快速安装于升降模组上。

作为优选，所述光机通过小型XYZ微调模组安装于所述机架底板上，便于调节光机的投影位置。

本发明的多材料3D打印机的工作过程为：

使用非接触对零模块自动校准；控制打印平台和料槽运动将打印平台运动至对应料槽内；控制板控制光机投影，开始当前层的打印；当前层打印完毕后，剥离机构工作使打印件与料槽剥离，剥离完毕后，若同层或下一层存在不同材料的打印需求，将打印件运动至流动清洗单元中进行换液清洗(流动清洗)；将清洗后的打印件运动至负压干燥机构处进行干燥。

具体包含以下步骤：

S1：自动校准

使用非接触式对零模块自动完成各个料槽的Z轴零点数值补偿，水平校准，和干燥块位置的校准；

S2：光固化打印

控制升降模组将打印平台移动至其或其负载的已固化打印件与目标料槽底面距离为一个切片层的厚度位置；

控制光机投影对当前层的图案进行投影，完成当前层的打印；

控制贯穿电机驱动X轴平台倾斜，实现打印件与料槽底部的剥离，同时升降模组驱动打印平台上升；

后贯穿电机再次工作将X轴平台复位；

S3：打印件清洗

若有材料切换的需求，升降模组控制打印平台抬升设定高度，遮挡机构驱动挡片运动至打印平台下方，防止在材料切换过程中吸附于打印件上的墨水(打印液)滴落，污染其他料槽与料槽平台；

X轴移动模组工作将对应清洗槽移动至打印平台的下方，同时流动清洗单元启动，清洗槽中清洗液开始流动；

升降模组控制打印件下降至浸没于清洗液中进行清洗，去除打印件上吸附的少量墨水；

S4：打印平台及打印件干燥

清洗结束后，升降模组控制打印件上升，角度控制器控制打印平台旋转，根据打印件的模型形状自动旋转合适的角度，打印平台和打印件上残留清洗液在重力与表面张力作用下汇聚到模型合适的位置；

X轴移动模组控制干燥块移动至打印件下方，将打印件与干燥块的第二干燥面贴合，同时开启负压泵，去除打印件上吸附的清洗液；

升降模组、X轴移动模组和打印平台的角度控制器协同工作，将打印平台边缘运动至干燥块处，并与干燥块的第一干燥面贴合，开启负压泵，去除打印平台上吸附的清洗液，完成干燥，同时升降机构驱动打印平台抬升，为下一层打印做准备；

S5：X轴移动模组驱动待打印材料所在料槽移动至打印平台下方，反复循环上述S2、S3、S4步骤，完成整个模型的打印。

本发明的多材料3D打印机使用标准化、多组合的可快速拆卸的料槽与清洗池，实现多尺寸、多材料组合的打印；通过添加遮挡机构，避免平台切换过程中可能出现的粘附墨水滴落导致的料槽污染的问题；通过设置外部温控液体循环路(恒温箱和储液装置)，流动式清洗打印件，提高清洗效率，减小打印平台上的空间占用；通过带有负压的干燥块，提高擦拭干燥效率，并且在打印间隙迅速将干燥布恢复到可使用状态，避免吸水饱和；通过可旋转的打印平台，实现打印件倾斜干燥，提高擦拭效率；可旋转打印平台配合具有两个干燥面的干燥块，以此实现打印件和打印平台的干燥功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的多材料3D打印机，利用气压控制实现的多通道自回吸流体循环清洗系统，结构简单，实现多通道的独立清洗功能，提高清洗效率，避免墨水间的相互污染，保证清洗液循环过程中的无菌状态，同时大幅减少打印过程中的清洗液消耗。与现有的其他多材料打印设备相比，本发明的打印机占用空间小，控制简单，清洗效率高。

2.本发明的多材料3D打印机，可运动配合的打印平台与负压干燥机构。可旋转的成型平台(打印平台)，在清洗后旋转倾斜，加速残液汇聚，并可自动调节打印平台和打印件与干燥块的接触角度，使之与对应干燥面贴合，配合气流辅助的多接触面干燥模块，提高干燥效率，并且在不影响打印件的情况下实现打印平台的干燥。解决了软物质多材料在现有多材料打印设备的干燥过程中结构易损坏、干燥效率低、易带入污染物的难点。

3.本发明的多材料3D打印机，设计快拆式的模块化温控料槽和打印平台，配合自动校准模块，方便多尺寸、多材料复杂模型的自由组合打印。

4.本发明的多材料3D打印机，具有剥离机构，提高对软物质水凝胶材料的打印成功率。

5.本发明的多材料3D打印机，具有旋转功能的遮挡机构，防止更换料槽时液体滴落，保证料槽中墨水的单一性。

本发明的多材料3D打印机，通过光源(光机)下置平台倒置的打印模式，大幅度节省打印所需的墨水体积；通过X轴移动模组平移多个料槽实现打印过程中的多种材料切换，以及多种材料的同层和多层混合打印；打印平台和每个料槽分别具有温控功能，提高了特性不同的温敏材料的打印适应性；通过具有旋转功能的遮挡机构，防止料槽切换过程中的液体滴落至料槽中，保证料槽中墨水的单一性；通过舵机赋予打印平台旋转倾斜功能，利用重力将打印平台与打印件上附着的清洗液快速汇聚到一侧，提高干燥效率，减少清洗液对料槽中墨水浓度的影响；通过水泵带动的流动清洗单元内液体流动，提高清洗效率；温控的多通道清洗槽可对不同性质的墨水单独清洗，适用更多类型的打印材料；另外，通过具有负压吸附的干燥块提高干燥效率，适用于需要频繁干燥的同层多材料打印流程。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。其中：

图1为本发明实施例提供的一种多材料3D打印机的三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可旋转打印平台的三维结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种温控单料槽模块的三维结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种温控双料槽与四料槽模块的三维结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种单流动清洗单元和干燥块的三维结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种双料槽和双清洗槽组合的三维结构示意图。

图中：1-机架；2-X轴平台；3-升降模组；4-X轴移动模组；5-贯穿电机；6-半幅面打印平台；7-舵机；8-料槽平台；9-料槽单元；10-清洗槽；11-负压干燥机构；12-光机；13-小型XYZ微调模组；14-监测模块；15-遮挡机构；16-水泵；17-控制板；61-全幅面打印平台；62-手拧螺钉；63-连接臂；64-平台架；91-框架；92-玻璃板；93-固定把手；94-弹簧；95-卡扣；96-销孔；97-隔热层；98-金属触点；101-清洗槽；102-出液口；103-进液口；104-溢液口；111-第一干燥面；112-第二干燥面；113-卡槽；114-气管接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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，或一体地连接；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。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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供了一种多材料3D打印机，包括机架1，X轴平台2，升降模组3，X轴移动模组4，贯穿电机5；半幅面打印平台6(与半幅面料槽配套使用)，舵机7，料槽平台8，料槽单元9，清洗槽10，负压干燥机构11，光机12，小型XYZ微调模组13，监测模块14，遮挡机构15，水泵16和控制板17。

其中，机架1包括顶板和底板，控制板17安装于底板上，并分别与光机12、升降模组3、X轴移动模组4、贯穿电机5、舵机7、负压干燥机构11、遮挡机构15和水泵16连接，用于控制各机构协调工作；

升降模组3设置在机架1顶板上；机架1顶板上设有两个立柱，X轴平台2的一侧两端分别垂直设有连接板，两个连接板与两个立柱一一对应分别通过轴承进行连接；贯穿电机5设置在机架1顶板的下侧，其工作端垂直穿过机架1顶板并与X轴平台2另一侧的一端铰接；X轴移动模组4设置在X轴平台2上，料槽平台8与X轴移动模组4连接，设置在X轴移动模组4的一侧；料槽单元9与清洗槽10依次设置在料槽平台8上；负压干燥机构11设置在清洗槽10远离料槽单元9的一侧上。

随贯穿电机5工作端的缩回，将X轴平台2的一端下拉，使X轴平台2可以在平面内实现小范围的转动(倾斜)，带动与其固定的料槽单元9同步转动，实现打印过程中的剥离功能。

光机12通过小型XYZ三轴微调模组13安装于机架1底板上，便于调节光机12的投影位置。

半幅面打印平台6通过舵机7与升降模组3(Z轴)相连，舵机7工作，使半幅面打印平台6实现在XZ平面内的旋转。

如图2所示，舵机7通过连接臂63与升降模组3连接，全幅面打印平台61(与全幅面料槽配套使用)通过平台架64与舵机7连接；全幅面打印平台61通过手拧螺钉62与平台架64固定连接，实现快速的拆装并具有良好的互换性。平台架64通过舵机7与连接臂63相连。舵机7可实现全幅面打印平台61在XZ平面内的旋转运动，带动打印件运动。

其中，平台架64内留有加热元件与测温元件的安装孔，在至少一个实施例中，使用圆柱型热电偶作为加热元件，热敏电阻作为测温元件，并通过控制板17进行控制。全幅面打印平台61与平台架64均为金属材料，具有良好的导热性，使全幅面打印平台61的底面(打印成型面)温度可以实现稳定控制。对于不同粘附属性的材料，全幅面打印平台61的表面可以是喷砂、氧化、镀膜等处理，以获得良好的材料粘附特性。

如图3所示，本发明实施例提供的一种温控全幅面料槽包括内部设有上下开口槽的框架91，玻璃板92，固定把手93，弹簧94，卡扣95，隔热层97和金属触点98。其中玻璃板92置于框架91的底部并与之密封，同时作为盛放打印墨水的打印窗口；框架91的两个对角处设有沿其厚度方向贯穿的安装孔，固定把手93的上端尺寸大于安装孔的尺寸，弹簧94套设于固定把手93外；固定把手93通过设于其下端的卡扣95可伸缩安装于安装孔内；卡扣95下端设有一字凸起，料槽平台8上设有与一字凸起对应的一字凹槽；下压固定把手93后，卡扣95的一字凸起伸入对应的一字凹槽内，通过旋转固定把手93和卡扣95，可将一字凸起与一字凹槽垂直并锁死，实现料槽的固定；此时弹簧94被压缩，提供拆卸料槽的力，如此结构可实现料槽与料槽平台8之间的快速拆装。图3中，料槽单元9由多个全幅面料槽组成。

框架91的另外两个对角还设有沿其厚度方向贯穿的销孔96，料槽平台8上设有与销孔96对应的销钉，销孔96与销钉配合实现料槽9在料槽平台8上的快速定位安装。隔热层97置于框架91的底部，用于固定玻璃板92的同时，防止料槽9的热量传至料槽平台8，影响旁边其他料槽的温度。

在一些实施例中，玻璃板92上方(承接打印件的一侧)覆有离型膜，防止固化的材料黏连在料槽9底部，有利于复杂结构的剥离。

在一些实施例中，框架91内设有加热元件和测温元件，二者通过设于框架91底部的金属触点98以及对应设于料槽平台8上的电气接口与打印机的控制板17实现连接，并利用PID算法实现单个料槽的精确控温。

如图4所示，本发明实施例提供的一种温控双料槽与四料槽的半幅面料槽，即在一个大的框架91内并排设置多个上下开口槽，每个开口槽对应的框架底部均采用透明玻璃板92密封，并形成投影窗口；多个玻璃板92与框架91共同限定出多个料槽；框架91的底部设有隔热层，隔热层用于隔绝料槽与料槽平台8之间的热传导，并将玻璃板92一一固定在每个料槽对应的框架91底部。其结构与上述的单料槽模块(全幅面料槽)类似，根据打印模型的体积和材料组分数量的不同可灵活选用，几种料槽的固定方式与接口位置相同，可以实现装有不同种类打印墨水的料槽的互换。同时，配套的半幅面打印平台6也应为图1中所示的小面积半幅面打印平台6，适配小容量的料槽。用于安装固定料槽的固定把手93及其对应结构可安装于框架91的两个对角(如图4中右图)，也可以间隔安装于框架91上的任意位置(如图4中左图)。每个料槽对应的框架91内部分别设有加热元件和测温元件，底部分别设有一个金属触点98；即每个料槽对应一个加热元件和测温元件以及一个实现加热元件和测温元件与控制板17连接的金属触点98。

如图5所示，本发明实施例提供的一种组合有负压干燥机构11的单清洗槽的流动清洗单元，包括清洗槽101，设于清洗槽101侧壁中部的出液口102，下部的进液口103，上部的溢液口104；进液口103和出液口102分别连接循环系统，通过循环系统将清洗液不断从进液口注入清洗槽，并从出液口流出清洗槽，实现流动清洗。

循环系统包括水泵16(蠕动泵)、储液装置和恒温槽，其中储液装置位于恒温槽内，保持其内液体(清洗液)恒温；储液装置的出液口依次连接水泵16和进液口103，出液口102连接储液装置的进液口。储液装置为密闭结构，具有良好的密封性，如生化实验常用的双通补料瓶，其利用内部的气压平衡实现清洗槽101中的液面稳定。清洗槽101连通液体循环系统后，打印机执行清洗操作时通过进液口103泵入清洗液，由于储液装置密封，其内部负压可以将清洗槽101中的清洗液从出液口102抽出，清洗槽101内的清洗液处于流动状态，提高清洗效率。溢液口104用于保护由于故障或操作失误导致的清洗液溢出的异常状态。清洗结束后水泵反向运行，多余的清洗液从进液口103流出清洗槽101，实现清洗槽的自动脱水。

负压干燥机构11包括内部中空的干燥块，干燥块可拆卸设于清洗槽101远离料槽单元的一侧上，干燥块的一侧设有工作面，工作面上设有密集的负压孔，且工作面的外部包覆有吸水的干燥布；干燥布(优选为无尘布)通过卡槽113绷紧于干燥块的工作面上。干燥块的一侧设有用于连接负压泵的气管接口114，并通过气管接口114与负压泵连接。工作面由为打印平台进行干燥的第一干燥面111和为打印件干燥的第二干燥面112组成，且第一干燥面111水平设置，第二干燥面112与水平面呈45°角设置。干燥过程中干燥布吸附打印平台和打印件上的残留清洗液，空气通过负压孔流入干燥块内部，气流提高了在打印件表面上残余液体的吸附效率，同时也提高了干燥布润湿后的干燥效率，防止饱和，在多材料打印中频繁的干燥流程中保持良好的吸水性。

在本发明的一些实施例中，流动清洗单元可以是双槽位，即包括两个清洗槽，分别连通水相和油相的清洗液循环系统，用于高效清洗水性和油性的两大类打印墨水，如图6。此时，循环系统可以通过多通道的循环水泵带动，使用多通道的水泵实现多通道同时循环，每个通道使用不同性质的清洗液，打印清洗时对应相同性质的打印墨水。

在本发明的一些实施例中，多材料3D打印机还包括作为非接触式对零模块的激光位移传感器，非接触式对零模块通过转接板可挂载于升降模组3上并实现快速安装，用于自动化对零和调整打印平台和料槽单元9的水平程度。

在本发明的另一些实施例中，多材料3D打印机还包括用于检测打印过程的监测模块14，通过螺丝固定于机架1上，镜头中轴线与打印光路相交，并位于料槽平台8的下方。监测模块14为微型摄像头，通过镜片组组成光路，实现对料槽底部的监控，获取光机投影与打印成型面的图案。

在本发明的一个实施例中，遮挡机构5通过支撑架设于机架1顶板上，并包括挡片和舵机，挡片、舵机和支撑架依次连接；挡片水平设置，舵机工作能驱动挡片水平转动并位于或远离打印平台和料槽之间，将打印件与料槽隔开或对应。

上述多材料3D打印机的工作流程如下：

进行多材料打印时，首先进行打印前期准备：非接触式对零模块先进行自动化对零，调整半幅面打印平台6(以图1为例)、料槽单元9的水平程度，并且获得各个料槽底面与干燥块工作面的位置坐标信息，保证每次打印和干燥的位置精度；添加不同打印墨水至对应的料槽中；

在对零时，X轴移动模组4工作驱动料槽水平移动，激光位移传感器捕获打印平台到料槽底面的距离，根据框架91与底面的高度不同，计算并确定料槽的X轴坐标；然后启动贯穿电机5(Y轴)，X轴平台2转动带动与其固定的料槽转动，激光位移传感器捕获半幅面打印平台6到料槽底面的距离，根据多点捕获的距离差值，计算并确定使料槽底面和半幅面打印平台6底面平行的Y轴坐标；然后X轴移动模组4驱动多个料槽水平移动，使激光位移传感器(非接触式对零模块)逐一扫过各个料槽，获取料槽底面高度的补偿值；最后旋转舵机7，并启动升降模组3和X轴移动模组4，获得干燥块工作面的位置坐标信息。

开始打印，X轴移动模组4驱动第一个料槽移动至半幅面打印平台6下方，升降模组3驱动半幅面打印平台6下降至第一个料槽的打印位置，控制光机12对当前打印的图案进行投影并固化，完成当前层的打印；控制贯穿电机5驱动料槽随X轴平台2转动倾斜，实现打印件与料槽底部的剥离；随后升降模组3控制半幅面打印平台6抬升一层的高度，进行下一层图案的打印；

当打印至需材料切换时，升降模组3控制半幅面打印平台6抬升，遮挡机构15的挡片在舵机的驱动下将运动至半幅面打印平台6的正下方(同时位于料槽的上方)，防止其他料槽经过半幅面打印平台6下方时打印墨水滴落；料槽平台8在X轴移动模组2控制下移动，半幅面打印平台6移动至清洗槽10上方，随后遮挡机构15在舵机的驱动下恢复至原位；同时水泵16运转，流动清洗单元启动，清洗槽10中的清洗液开始流动；升降模组3控制打印平台6下降，将打印件和打印平台浸没于清洗液中清洗，去除打印件和打印平台上吸附的少量打印墨水；

清洗结束后，升降模组3上升，同时X轴移动模组4控制干燥块移动至其第二干燥面112位于半幅面打印平台6下方；半幅面打印平台6在舵机7和升降模组3的控制下旋转并调整高度，至干燥块处，与用于干燥打印件的第二干燥面112贴合，同时开启负压泵，去除打印件上吸附的清洗液；打印件干燥完成后，X轴移动模组4控制干燥块移动将其第一干燥面111与半幅面打印平台6对应；升降模组3和舵机7控制半幅面打印平台6旋转并调整高度，将半幅面打印平台6边缘运动至干燥块处，与用于干燥打印平台的第一干燥面111贴合，去除半幅面打印平台6上吸附的清洗液(当打印至一定高度，清洗时打印平台不会接触清洗液时，清洗打印平台的操作可省略)。

此时完成一个打印-清洗-干燥循环。

后X轴移动模组4控制下一层所用材料所在料槽移动至半幅面打印平台6下方，进入第二种材料的模型打印。反复循环上述步骤，完成整个多材料模型的打印。

打印过程中，监测模块14的摄像头工作，通过反射观察料槽打印窗口的底面，用以监测光机投影的正确与否，以及打印件在半幅面打印平台6上的粘附状态。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多材料3D打印机，包括机架、打印平台、光机；其中，所述打印平台通过升降模组安装于机架顶板上；光机设于机架底板上，并位于打印平台的下方；

其特征在于，还包括含有多个料槽并设于料槽平台上的料槽单元，料槽单元一侧的料槽平台上设有流动清洗单元；

所述机架顶板上设有X轴平台，所述X轴平台上设有用于驱动料槽平台移动进而使任一料槽或流动清洗单元位于打印平台和光机之间的X轴移动模组；

所述机架顶板上还设有用于驱动X轴平台倾斜和恢复水平的剥离机构；

所述流动清洗单元远离料槽单元一侧的顶部设有用于干燥清洗后的打印件和打印平台的负压干燥机构；

所述打印平台通过用于控制其旋转的角度控制器与升降模组连接；

机架顶板上升降模组的一侧还设有用于在料槽平台移动时遮挡打印平台下方的遮挡机构。

2.根据权利1要求所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述负压干燥机构包括内部中空的干燥块，干燥块的一侧设置用于连接负压泵的气管接口；干燥块的工作面上设有密集的负压孔，且工作面的外部包覆有吸水的干燥布；

所述工作面由第一干燥面和第二干燥面组成，第一干燥面水平设置，第二干燥面与水平面呈45°角设置。

3.根据权利1要求所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述遮挡机构通过支撑架设于机架顶板上，并包括挡片及其驱动机构，挡片、驱动机构和支撑架依次连接；

所述挡片水平设置，驱动机构工作能驱动挡片水平转动并位于或远离打印平台和料槽之间。

4.根据权利1要求所述的多材料3D打印机，其特征在于，流动清洗单元包括至少一个清洗槽，每个清洗槽的侧壁下部设有进液口，中部设有出液口，上部设有溢液口；所述进液口和出液口分别连接循环系统，通过循环系统将清洗液不断从进液口注入清洗槽，并从出液口流出清洗槽，实现流动清洗。

5.根据权利1要求所述的多材料3D打印机，其特征在于，打印平台通过平台架与角度控制器连接，所述平台架内设有用于为打印平台加热和测温的加热元件和测温元件。。

6.根据权利1要求所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述剥离机构包括设于机架顶板上的两个立柱、分别垂直设于X轴平台的一侧两端上的两个连接板、以及贯穿电机；

所述贯穿电机安装于机架顶板的下侧，其工作端垂直穿过机架顶板并与X轴平台另一侧的一端铰接；两个连接板与两个立柱一一对应分别通过轴承进行连接；贯穿电机的工作端缩回或伸出能驱动X轴平台倾斜或恢复水平，实现剥离和复位。

7.根据权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述料槽单元包括内部并排设有多个上下开口槽的框架，每个开口槽对应的框架底部均采用透明玻璃板密封，并形成投影窗口；多个玻璃板与框架共同限定出多个料槽；

框架的底部设有隔热层，所述隔热层用于隔绝料槽与料槽平台之间的热传导，并将玻璃板一一固定在每个料槽对应的框架底部。

8.根据权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述料槽单元包括多个内部设有上下开口槽的框架，框架的底部采用透明玻璃板密封，并形成投影窗口；玻璃板与框架共同限定出料槽；

框架的底部设有隔热层，所述隔热层用于隔绝料槽与料槽平台之间的热传导，并将玻璃板固定在框架的底部；多个框架在料槽平台上并排设置。

9.根据权利要求7或8所述的多材料3D打印机，其特征在于，框架上设有至少一个沿其厚度方向贯穿的安装孔，至少一个安装孔在框架上间隔设置；

安装孔内设有固定把手，固定把手通过设于其下端的卡扣滑动设于安装孔内；所述固定把手的上端尺寸大于安装孔的尺寸，其外部套设有弹簧；

卡扣下端端面上设有一字凸起，料槽平台上设有与一字凸起对应的一字孔；将固定把手按下使一字凸起穿过对应一字孔后旋转即可实现料槽单元在料槽平台上的固定。

10.根据权利要求7或8所述的多材料3D打印机，其特征在于，所述打印机还包括控制板；所述框架内设有用于为每个料槽加热和测温的加热元件和测温元件，底部设有用于将加热元件和测温元件与控制板连接的金属触点。