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专利号: 2021114483089
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于材料挤出与光固化复合成型的增材制造设备,其特征在于,所述设备包括:底座、三轴运动平台、主支架、挤出控制装置、成型装置及固化光源装置;

所述三轴运动平台和所述主支架分别设置在所述底座上并分别位于所述底座的两侧,所述成型装置和所述挤出控制装置均安装在所述主支架上,所述成型装置与所述挤出控制装置通过管路连接,并且所述成型装置在所述主支架上位于靠近所述三轴运动平台的一侧;所述固化光源装置设置在所述底座上,并位于所述主支架的一侧;

所述三轴运动平台用于提供增材制造过程中挤出喷头和工件平台之间必要的相对运动;所述主支架用于支撑所述挤出控制装置和所述成型装置;所述成型装置作用在于挤出材料及固化材料;所述挤出控制装置用于控制所述成型装置挤出材料的启停;所述固化光源装置用于为光固化过程提供固化光;

所述挤出控制装置包括:装置底板、加压控制模块、通断控制模块及气源;

所述装置底板与所述主支架固定连接,所述加压控制模块和所述通断控制模块分别设置在所述装置底板上;所述加压控制模块用于控制所述成型装置的挤出加压单元;所述通断控制模块用于控制所述成型装置的挤出通断单元;

所述气源通过管路和连接件分别与所述加压控制模块和所述通断控制模块相连接;

所述加压控制模块包括:加压汇流板以及多个加压控制阀;

所述加压汇流板设置于所述挤出控制装置的装置底板上,并且所述加压汇流板的一侧设置有进气口和排气口,所述进气口通过进气连接件连接气源;所述排气口设置有排气消音器;

多个所述加压控制阀设置在所述加压汇流板上,所述加压控制阀的数量与成型装置中的成型模组的数量相同,并且多个所述加压控制阀分别与对应的成型模组连接,所述加压控制阀为二位三通电磁控制阀。

2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述加压控制阀的出气口通过管路和管路连接件与对应成型模组上的挤出加压单元的气缸进气口相连;

所述加压控制阀的进气口与所述加压汇流板上的进气口连接,所述加压控制阀的排气口与所述加压汇流板上的排气口连接。

3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述通断控制模块包括:通断汇流板及多个通断控制阀;

所述通断汇流板设置于所述挤出控制装置的装置底板上,并且所述通断汇流板的一侧设置有进气口和排气口,所述进气口通过进气连接件连接气源;所述排气口设置有排气消音器;

多个所述通断控制阀安装在所述通断汇流板上,所述通断控制阀的数量与成型装置中的成型模组的数量相同,并且多个所述通断控制阀分别与对应的成型模组连接,所述通断控制阀为电磁控制的中位封闭型三位五通阀。

4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述通断控制阀的出气口A通过管路和连接件与对应成型模组上的旋转气缸的进气口A连接,所述通断控制阀的出气口B通过管路和连接件与对应成型模组上的旋转气缸的进气口B连接;

所述通断控制阀的进气口与所述通断汇流板上的进气口连接,所述通断控制阀的排气口与所述通断汇流板上的排气口连接。

5.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述成型装置包括模组安装支架和多个成型模组;

多个所述成型模组与所述模组安装支架固定连接,所述模组安装支架固定连接在所述主支架上;

每个成型模组包括模组支架及所述模组支架上依次设置的挤出加压单元、料筒单元、挤出通断单元及光固化单元;多个所述成型模组能够用于对多种相同或不同的材料进行成型。

6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于,所述每个成型模组中;

所述挤出加压单元为气缸‑活塞单元,并由紧固件固定连接至所述模组支架;

所述料筒单元包括料筒、活塞及料筒压紧盖板;所述料筒压紧盖板位于所述料筒的上部,并且所述料筒通过所述料筒压紧盖板和紧固件固定连接至所述模组支架;所述活塞设置在所述料筒中,并与所述挤出加压单元的活塞连接,所述料筒的下部设置有出料口;

所述挤出通断单元包括模组支板、旋转气缸、旋转阀联轴器、旋转二通阀及挤出喷头;

所述模组支板固定在所述模组支架上,所述旋转气缸固定在所述模组支板上;所述旋转二通阀的一端与所述料筒的出料口连接,另一端连接所述挤出喷头,所述旋转阀联轴器的一端与旋转气缸输出轴连接,另一端与旋转二通阀的旋钮连接,所述旋转气缸能够通过所述旋转阀联轴器控制所述旋转二通阀的通断;

所述光固化单元包括环形紫外光投射器及射光光纤,所述环形紫外光投射器固定连接至所述模组支架,所述环形紫外光投射器具有环形凹槽结构,所述射光光纤固定在所述环形紫外光投射器的环形凹槽结构中。

7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述固化光源装置包括多个紫外光发生器,所述紫外光发生器通过导光光纤与对应的成型模组的环形紫外光投射器中的射光光纤连接。

8.基于材料挤出与光固化复合成型的增材制造方法,其特征在于,所述方法应用于如权利要求1‑7的任一项所述的设备,所述方法包括如下步骤:步骤一:浆料配置,将需要成型的不同材料配置成浆料,并在其中的一种或多种浆料中加入光引发剂,使其能够被紫外光固化;

步骤二:根据材料的种类选择成型模组的数量,并根据成型模组的数量配置相对应的挤出控制装置中的加压控制模块和通断控制模块;

步骤三:根据需要固化的浆料的数量,确定固化光源装置中紫外光发生器的数量,使紫外光发生器的光波波长与浆料中的光引发剂的敏感波长一致,并用导光光纤连接紫外光发生器和对应的成型模组中的射光光纤;

步骤四:填装浆料并安装成型模组,将不同材料的浆料分别装入对应的成型模组的料筒中,并将料筒安装至成型模组支架,并在成型模组的其他单元安装完成之后将多个成型模组安装至模组安装支架;

步骤五:设备初始化,通过控制所述加压控制模块和所述通断控制模块中的多个加压控制阀和多个通断控制阀,测试对应的成型模组的功能,并将三轴运动平台归零位;

步骤六:将待成型零件的数字模型进行切片分层处理,获得不同浆料的打印路径,并将各个打印路径的控制指令进行优化,使用可光固化的浆料打印零件的外围部件,以获得较好的形状保持性;

步骤七:所述设备按控制指令开始成型,成型各层时,挤出并固化零件外围的1‑2层,形成不易变形的框架结构;

步骤八:完成成型,从三轴运动平台上取下制件。