本发明涉及增材制造，特别是指一种集成原位等离子体能量源的增材制造装置及制造方法。
背景技术：
1、在金属打印、电子打印、生物打印等先进制造领域，原位集成合适的能量源对于材料的高效固化以及自动化、大规模、低成本生产至关重要。一般增材制造中常见的能量供给方式包括高温热源，激光，紫外光等，这些能量源的输入在对象材料中形成局部高温或引起化学反应，从而实现金属和聚合物等材料的结构成型。然而，现有技术存在明显缺点：1）对于生物等温度敏感型材料或衬底，高温热源和激光等能量源易造成材料热损伤而不能广泛普及，2）对于金属和聚合物打印，激光的高功率和紫外光的穿透性致使其在打印对象中难以聚焦，形成体烧结而非点烧结从而降低打印精度。
2、专利号为cn116198221a的专利公开了一种片状等离子体驱动的阵列化电流体喷印装置及方法。该喷印装置包括阵列化喷印头、片状等离子体喷头。阵列化喷印头由多个供墨喷嘴组成，供墨喷嘴上端与供墨单元连接，供墨喷嘴通过开关控制接地；片状等离子体喷头产生片状等离子体射流作用于阵列化喷印头正下方的待打印的绝缘基板；等离子体射流在绝缘基板表面形成正电势，使得待打印的绝缘材料基板与供墨喷嘴间形成梯度电场，引导供墨喷嘴发生泰勒锥喷射，使高分辨率墨液沉积在绝缘材料基板上。通过阵列化喷印头能够增加打印效率，缩短打印时间，但是在进行功能性材料和器件的3d打印时，往往需要多种材料的集成和逐层固化处理，传统打印方法需要将样品在不同的打印平台进行转移以分步进行材料沉积和能量源供给，人工对准精度有限且难以实现自动化，限制了多材料集成器件的设计复杂度。
技术实现思路
1、本发明提出一种集成原位等离子体能量源的增材制造装置及制造方法，解决了现有技术中对多种材料集成打印自动化程度低和效率低，精度低的问题。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种集成原位等离子体能量源的增材制造装置，包括机架，机架上设有水平模块和多个z轴模块，其中一个z轴模块上设有等离子体能量供给头，其他的z轴模块上设有材料供给打印头，所述材料供给打印头包括挤出式打印头、喷墨式打印头和气溶胶射流打印头中的至少两种打印头。
4、水平模块上设有衬底，衬底位于等离子体能量供给头和材料供给打印头下方。
5、各个z轴模块呈阵列布置，且各个z轴模块独立运动。
6、机架上设有控制模块，水平模块、z轴模块、等离子体能量供给头和打印材料供给头分别与控制模块连接。
7、等离子体能量供给头包括打印头管道，z轴模块上设有夹具，打印头管道设置在夹具上，打印头管道上端连接有进气口密封件，打印头管道内通入载流气体，打印头管道上设有等离子体产生器。
8、等离子体产生器包括电源和电极环，电极环包括阳极环和阴极环，阳极环和阴极环均设置在打印头管道的外部或者阳极环和阴极环分别设置在打印头管道的内部和外部，阳极环和阴极环与电源连接。
9、等离子体产生器包括电源和感应线圈，感应线圈与电源连接，感应线圈饶设在打印头管道上。
10、等离子体产生器包括电源和电极片，电极片与电源连接，电极片伸入打印头管道内。
11、所述电源为脉冲电源或射频电源。
12、一种使用所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置的增材制造方法，包括：
13、s1，水平模块上安装衬底，编程设定设计结构的几何形状和材料组成，然后将设计结构切分为多个单层结构，生成每层结构的几何形状和材料组成；
14、s2，在衬底上进行第一层单层结构打印；
15、s3，依据预设的材料组成将单层结构分为多个区域，先对单层结构的一个区域进行打印；
16、s4，依据预设的材料组成选定打印头，打印头为挤出式打印头、喷墨式打印头和气溶胶射流打印头中的一个；
17、s5，控制模块控制选定打印头所在的z轴模块和衬底所在的水平模块进行相对运动，使得打印头移动到相对于衬底的相对指定高度，然后打印头相对于衬底进行x方向和y方向的相对运动，打印头相对于衬底运动过程中打印头进行材料供给；
18、s6，打印头供给的材料将区域填充满后，打印头相对于衬底恢复初始相对位置；
19、s7，控制模块控制等离子体能量供给头所在的z轴模块和衬底所在的水平模块进行相对移动，等离子体能量供给头移动到相对于衬底的相对指定高度，等离子体能量供给头上的电源接通；
20、s8，控制模块控制等离子体能量供给头和衬底产生x方向和y方向的相对运动，运动过程中等离子体能量供给头喷出等离子体射流对材料进行烧结固化；
21、s9，对单层结构的另一个区域进行打印；重复s4~s8，直至单层结构打印完成；
22、s10，在第一层单层结构上进行第二层单层结构打印；重复s3~s9，直至所有单层结构打印完成；
23、s11，将打印的成品连同衬底从水平模块上取下，再将成品从衬底上取下，打印完成。
24、本发明产生的有益效果是：机架上设置多个z轴模块，各个z轴模块上设置不同打印头或原位等离子体能量供给头，能够实现多材料集成产品的原位打印和固化，即不同材料的打印和固化无需将产品半成品在不同打印机或固化设备上进行转移，使产品上不同材料之间的位置对准更准确，提高产品的打印精度和制造的自动化程度。
25、本发明将等离子体射流作为3d打印头并与材料供给打印头集成为3d打印系统，实现材料的原位打印和固化，提高了增材制造过程的自动化水平，提升了自造效率。原位固化提高了打印对象的力学、电学、生物学等各项性能。等离子体射流的采用极大拓宽了可打印材料的范围，包括但不限于金属、金属纳米颗粒、聚合物、半导体、生物材料等。
26、本发明采用逐层分区打印的方式进行产品打印，能够实现对多种材料交叉组合而构成的产品进行打印，消除多种材料交叉产品设计时的限制，在产品设计时可将不同材料之间进行嵌合设计，能够实现对多种材料组成的复杂产品的打印。
1.一种集成原位等离子体能量源的增材制造装置，包括机架，其特征在于，机架上设有水平模块和多个z轴模块，其中一个z轴模块上设有等离子体能量供给头，其他的z轴模块上设有材料供给打印头，所述材料供给打印头包括挤出式打印头、喷墨式打印头和气溶胶射流打印头中的至少两种打印头。
2.根据权利要求1所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，水平模块上设有衬底（9），衬底（9）位于等离子体能量供给头和材料供给打印头下方。
3.根据权利要求2所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，各个z轴模块呈阵列布置，且各个z轴模块独立运动。
4.根据权利要求3所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，机架上设有控制模块，水平模块、z轴模块、等离子体能量供给头和打印材料供给头分别与控制模块连接。
5.根据权利要求1~4任一项所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，等离子体能量供给头包括打印头管道（7），z轴模块上设有夹具（6），打印头管道（7）设置在夹具（6）上，打印头管道（7）上端连接有进气口密封件（4），打印头管道（7）内通入载流气体，打印头管道（7）上设有等离子体产生器。
6.根据权利要求5所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，等离子体产生器包括电源（1）和电极环（5），电极环（5）包括阳极环和阴极环，阳极环和阴极环均设置在打印头管道（7）的外部或者阳极环和阴极环分别设置在打印头管道（7）的内部和外部，阳极环和阴极环与电源（1）连接。
7.根据权利要求5所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，等离子体产生器包括电源（1）和感应线圈（51），感应线圈（51）与电源（1）连接，感应线圈（51）饶设在打印头管道（7）上。
8.根据权利要求5所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，等离子体产生器包括电源（1）和电极片（52），电极片（52）与电源（1）连接，电极片（52）伸入打印头管道（7）内。
9.根据权利要求6~8任一项所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置，其特征在于，所述电源（1）为脉冲电源或射频电源。
10.一种使用如权利要求1~9任一项所述的集成原位等离子体能量源的增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，包括：
