本发明属于3d打印，具体涉及一种多材料的光固化3d打印装置。
背景技术：
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
技术实现思路
1、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。
2、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。
3、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
4、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；
5、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；
6、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；
7、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；
8、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；
9、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。
10、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。
11、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；
12、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。
13、作为进一步优选，干燥块可拆卸安装于流动清洗单元上。
14、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。
15、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。
16、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；
17、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。
18、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。
19、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；
20、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。
21、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。
22、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。
23、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。
24、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。
25、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。
26、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；
27、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。
28、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。
29、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；
30、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。
31、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。
32、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；
33、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。
34、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。
35、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；
36、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；
37、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。
38、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。
39、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。
40、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。
41、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。
42、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。
43、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。
44、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。
45、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。
46、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。
47、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。
48、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。
49、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。
50、本发明的多材料3d打印机的工作过程为：
51、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。
52、具体包含以下步骤：
53、s1：自动校准
54、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；
55、s2：光固化打印
56、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；
57、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；
58、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；
59、后贯穿电机再次工作将x轴平台复位；
60、s3：打印件清洗
61、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；
62、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；
63、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；
64、s4：打印平台及打印件干燥
65、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；
66、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；
67、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；
68、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。
69、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。
70、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
71、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。
72、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。
73、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。
74、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。
75、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。
76、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。
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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。
