用于均质复合增材制造的树脂循环系统

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种用于均质复合增材制造的树脂循环系统。

背景技术：

1、增材制造是一种用于生成三维物体的过程，它使用计算机辅助设计(cad)软件或3d物体扫描仪获得的物体某一方向上横截面结构信息来指导硬件以精确的几何形状层层堆积材料。材料以细粉末形式为主，可以是各种金属、塑料或复合材料。相比之下，通过传统方式创建物体时，需要通过铣削、加工、雕刻、塑形或其他方式去除材料。这种方式通常被称为“3d打印”或者“材料快速成型”。

2、光固化聚合技术，包括立体光刻(sla)、扩散限制聚合(dla)、双光子聚合(2pp)和其他类似技术，是最流行的三维打印技术之一。物体分层制造，每层是由光源根据物体的横截面结构信息固化液态树脂而成的。也可以在树脂中加入颗粒以建造具有额外功能的高分子复合材料。然而，颗粒很难在最终物体中均匀分布。现有的解决方案为使用纳米颗粒，这大大增加了成本并缺乏大颗粒的某些优良特性。此外，即使颗粒是纳米尺度的颗粒，在打印过程中仍然可能会发生沉淀。

3、高分子复合材料近年来因其卓越的力学性能而受到广泛关注。在高分子复合材料中，填料通常是被固定在高分子材料形成的网格中，并同时提供额外的功能。例如，陶瓷粉末可以提高介电常数，碳颗粒或者碳纤维可以增强导电性。此外，掺杂磁性颗粒(氧化铁或钕铁硼)还可以使得复合材料对外部磁场作出响应，从而可以用来作为一种新型驱动方式，这类复合材料也可以被永久磁化以实现更加复杂的驱动形式。翻模铸造是制造高分子复合材料最常见的方法，填料和液态高分子聚合物完全混合后倒入模具中，固化后经过一定的修整即能得到设计的结构，通常也需要热处理来加速此类混合物的固化。然而翻模铸造只适用于简单结构，复杂的结构往往需要花费大量的时间资源，难以达到设计要求。

4、3d打印是另一种可以用来制造高分子复合材料结构的方法，基本原理为将填料与粉末或树脂形式的高分子材料混合。例如，混合不同粉末的激光烧结(sls)和激光熔铸(slm)3d打印技术,将填料与高分子材料充分混合的挤出式3d打印机技术。

5、光固化3d打印技术也可以通过在树脂中加入填料的方式打印高分子复合材料结构。但是，该方法的一个关键问题是在打印过程中难以保持填料的均匀分布，无论填料是颗粒还是纤维形式，在重力作用下，填料往往会很快沉入树脂槽底部，目前可以通过额外的化学物质来修饰填料以维持分布的均匀，但是这可能会增加成本并影响预期的功能。

6、因此，只能选择特定的树脂和颗粒组合，没有通用的解决方案。所以，有必要开发一种克服现有技术缺陷，并且能够制造任意高分子复合材料结构的系统和方法。此外，在随后的详细描述和附加的声明中，以及附着的图纸和本公开背景的情况下，将显示其他理想的特征和特性。

7、总结

8、根据本发明的至少一个形式，提出了一种适用于光固化增材制造技术的循环系统。该循环系统包括一个泵和一个混合室，泵和混合室相互连通，通过循环系统的入口和出口与光固化的树脂槽相连。

9、根据本发明的另一个形式，提出了一种适用于光固化增材制造技术的套件。该套件包括一个循环系统和适用于该套件和光固化增材制造技术的高分子树脂。该循环系统包括一个泵和一个混合室，泵和混合室相连，并被整合进光固化打印系统中。该高分子复合树脂包括树脂和填料，填料在适用于光固化的光源波长范围内吸收率很低。

10、根据本发明的进一步形式，提出了一种新型光固化增材制造技术。该技术包括一套光固化3d打印系统，一套循环系统和一种适用于光固化增材制造技术的高分子树脂。光固化3d打印系统包括树脂槽和固化光源，循环系统包括一个泵和一个混合室，泵和混合室相连，通过循环系统的入口和出口与光固化的树脂槽相连，高分子复合树脂包括树脂和填料，填料在固化光源的波长范围内吸收率很低。

技术实现思路

技术特征：

1.一种基于光固化增材制造的循环系统，该循环系统包括：一个泵；和一个混合室，其中，泵和混合室相连可以使得流体通过，并且配置成，在运行时，通过循环系统的入口和循环系统出口与基于光固化增材制造系统的一个树脂槽以流体能够流通的方式相连。

2.根据权利要求1所述的循环系统，进一步包括：入口歧管和出口歧管，入口歧管和出口歧管与泵、混合室相连，在运行过程中，入口歧管将复合树脂从树脂槽输送到循环系统，出口歧管则将复合树脂从循环系统输送到树脂槽。

3.根据权利要求1所述的循环系统，其中，基于光固化增材制造系统的树脂槽包括一个集成的入口歧管和一个集成的出口歧管，在运行过程中，入口歧管将复合树脂从树脂槽输送到循环系统，出口歧管则将复合树脂从循环系统输送到树脂槽。

4.根据前述权利要求中任一项所述的循环系统，其中，泵包括蠕动泵。

5.根据权利要求2所述的循环系统，其中，入口歧管包括多个分支通道。

6.根据权利要求2或权利要求5所述的循环系统，其中，出口歧管包括多个分支通道。

7.根据前述权利要求中任一项所述的循环系统，进一步包括：混合电机和摆臂，其中混合室与混合电机由摆臂连接。

8.根据权利要求7所述的循环系统，其中，所述混合室在摆臂的一端自由旋转，混合电机与摆臂的另一端相连，在运行过程中，混合电机以圆周运动形式移动混合室，从而在混合室中产生涡流。

9.根据前述权利要求中任一项所述的循环系统，所述循环系统还包括与泵相连的控制装置，以控制泵的流量。

10.根据权利要求9所述的循环系统，其中，所述循环系统的控制装置在操作过程中可以周期性地打开和关闭泵。

11.根据权利要求10所述的循环系统，其中，当光固化增材制造系统正在打印一层时，所述循环系统的控制装置使泵处于关闭状态。

12.一种基于光固化增材制造的套件，所述套件包括：一个循环系统，包括：

13.根据权利要求12所述的基于光固化增材制造的套件，其中，颗粒包括磁性颗粒。

14.根据权利要求13所述的基于光固化增材制造的套件，其中，磁性颗粒包括srfe12o19、fe3o4和ndfeb中的一种或多种。

15.根据权利要求12到14任一项所述的基于光固化增材制造用的套件，其中，循环系统进一步包括与混合室相连的混合电机，并在运行过程中为以圆周运动方式移动混合室，以在混合室中创建涡流，从而保持树脂和颗粒填料的均匀混合。

16.根据权利要求15所述的基于光固化增材制造的套件，其中，循环系统进一步包括混合室和混合电机之间的摆臂，其中混合室在摆臂的一端可以自由旋转，混合电机在摆臂的另一端，在运行过程中，混合电机使摆臂旋转使得混合室做圆周运动，从而在混合室中产生涡流。

17.一种基于光固化的增材制造系统，包括：一个光固化三维打印系统，包括：

18.根据第根据权利要求17所述的基于光固化增材制造的系统，进一步包括：一个入口歧管和一个出口歧管，出入口歧管与泵、混合室和树脂槽相连，在运行过程中，入口歧管将复合树脂从树脂槽输送到循环系统，出口歧管则将复合树脂从循环系统输送到树脂槽。

19.根据权利要求17所述的基于光固化增材制造系统，其中，树脂槽可以与入口歧管和出口歧管整合，循环系统与出入口歧管相连，在运行过程中，入口歧管将复合树脂从树脂槽输送到循环系统，出口歧管则将复合树脂从循环系统输送到树脂槽。

20.根据权利要求17到19任一项所述的基于光固化增材制造的系统，其中，颗粒包括磁性颗粒。

21.根据权利要求17到19任一项所述的基于光固化的增材制造系统，进一步包括：打印平台和第一控制器，第一控制器控制打印平台和固化光源，用于光固化三维打印系统的三维打印流程，第一控制器控制三维打印系统在打印任意物体之前首先在打印平台上打印无填充材料的基底。

22.根据权利要求21所述的基于光固化增材制造系统的循环系统，进一步包括：控制泵的第二控制器，其在运行过程中控制循环系统和光固化三维打印系统树脂槽中的流量大小。

23.根据权利要求22所述的基于光固化的增材制造系统，其中，第一控制器和第二控制器是相连的或者是相同的控制器。

24.根据权利要求23所述的基于光固化的增材制造系统中，在第一控制器控制光固化三维打印系统打印时，第二控制器控制泵，使得泵处于关闭状态。

技术总结
本发明提供一种新型光固化增材制造系统，该系统包括一个树脂填料循环系统以及相应的套件。循环系统由一个泵和混合室组成，并且通过软管与一个光固化3D打印机的树脂槽连接。工作时，树脂填料混合物从树脂槽中流入循环系统，然后再次从循环系统流入树脂槽中。

技术研发人员：张翼,周爱武
受保护的技术使用者：南洋理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13