CN113103576A - 一种面向有序梯度多孔材料的3d打印***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***及方法，用于解决传统3D打印无法实现挤出单道内各向异性梯度多孔材料的打印问题。具体该***部分包括：三维成型运动模块、数字化超声辅助制造***、可控气压输料模块及计算机控制***。方法部分包括：内含牺牲模板颗粒打印材料的制备、超声辅助增材制造及后处理。可实现3D打印中单根挤出长丝内定向孔隙结构由内到外的梯度分布，其独特的力学特性及物理特性在组织工程、机械领域具有重大应用潜力。

Description

一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***及方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***及方法。
背景技术
自然界生物通过构筑多孔结构在大幅降低自身密度的同时，也能保持优异的力学性能(即轻质高强、减震等)高效隔热、长程液体传输等性能。如北极熊中空多孔的毛发结构具有极强的保温隔热性能；植物杆径的多孔结构为水分自下而上的定向传输提供毛细作用力；骨组织由内到外的梯度多孔结构具有轻质高强的特点。通过对生物材料有序多孔结构的模仿，有望为开发具有仿生多孔结构与优异性能的人工材料提供重要启示和帮助。
然而，当前传统制备多孔材料技术(直接模板法、乳液模板法、发泡法等)仅能实现空隙结构均一、随机分布，无法满足我们对仿生有序多孔结构的制备需求，例如骨组织内部由内而外松质骨和密质骨分布，实际是孔径及孔隙率由内及外逐渐减小的梯度分布模式，具体表现为大孔径、高孔隙率及低力学特性的松质骨逐渐梯度到小孔径、低孔隙率及高力学特性的密质骨。复刻相应的骨组织多孔结构，有利于获得优越的力学特性及生理特点。
超声辅助制造技术有利于促使基质材料内的弥散增强颗粒呈现一定的集中梯度有序分布模式，基于此原理，我们在挤出式3D打印工艺的基础上，辅加超声辅助场，促使弥散增强相梯度有序分布。
本发明的显著优点在于：1.挤出单道内孔隙密度及孔径大小由内到外逐渐变小，呈现梯度分布；2.孔隙梯度模式可调可控；3.制备方法简单易操作、材料适用范围广。
发明内容
针对现有技术中缺乏将生物启发的梯度有序多孔材料工程化的技术手段，本发明提供了一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***及方法。首先是一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，再次，提供一种面向有序梯度多孔材料的3D打印方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，包括：
三维成型制造模块，其用以将内含梯度有序增强颗粒的材料体系，从材料挤出模块挤出，然后控制材料挤出模块在X、Y、Z三维空间内运动，实现内含梯度有序增强颗粒的挤出单道的累积成型；
数字化超声辅助***，其用以在材料挤出模块辅加超声辅助***，促使基质材料内增强颗粒呈现一定模式的有序分布；
可控气压输料模块，其用以控制压缩空气的输出，进而调节材料挤出模块内所述材料***的挤出时间、挤出速度及挤出量；
计算机控制***，其基于预定义内含打印程序的三维模型，并将所述可打印模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至所述三维成型制造模块、数字化超声辅助***及可控气压输料模块，以使所述三维成型制造模块能够获得输出材料挤出模块的移动轨迹、数字化超声辅助***获得输出材料挤出模块的横向振动振幅与频率、可控气压输料模块获得输出材料挤出模块的材料挤出时间、挤出速度与挤出量；
进一步地，所述三维成型制造模块包括：
材料挤出模块，其设置在三维运动硬件***的中间部位，与数字化超声辅助***、可控气压输料模块及计算机控制***直接相连；
三维运动硬件***，其用于控制材料挤出模块的空间内的运动。
进一步地，所述材料挤出模块包括：
机械运动装置，其与三维运动硬件***直接相连，接收三维运动硬件***输出的运动信号，控制材料挤出模块的空间运动；
材料挤出筒，其与可控气压输料模块直接相连，接收可控气压输料模块的气压信号，实现材料***定时、定点、定量的输出；
横向振动结构，其与数字化超声辅助***直接相连，接收数字化超声辅助***输出的机械振动信号，促使材料挤出筒横向、小幅、高频振动；
进一步地，所述数字化超声辅助***包括：
超声波发生器；
超声波换能器；
超声波变幅杆，其与三维运动硬件***中的横向振动结构直接相连，将有超声换能器输出的较小振幅的机械振动信号转化成较大振幅的机械振动信号，传输到材料挤出模块，进一步控制材料***内增强颗粒的分布；
进一步地，所述可控气压输料模块包括：
压缩气源设备，其能够产生可调节流量的所述输出气源；
压缩气源接入部，其一端连接至所述压缩气源设备，其另一端能够连通至所述材料挤出筒，用以控制材料***的挤出；
进一步地，所述计算机控制***包括：
增材组件，其用以提供所述打印空间以及为所述三维成型制造模块提供可移动的三坐标参数；
预定义模块，其用以设定一体成型打印体的外形参数、构筑打印体过程的压缩气源参数及超声辅助参数；
所述打印程序基于三坐标参数、外形参数、气源参数和超声辅助参数向各执行模块输出打印信息。
另外地说明，面向有序梯度多孔材料的3D打印方法，包括：
S101，材料制备
基质材料：聚合物基或陶瓷基中的一种前驱体打印浆料；
牺牲模板颗粒：造孔剂、聚乙烯醇纤维、糖等可作为牺牲模板的颗粒；
其中，所述基质材料为陶瓷基或聚合物基中的一种前驱体打印浆料；
其中，所述陶瓷基基质材料由49-65vol％磷酸钙骨水泥和35-51vol％NaH2PO4溶液(0.2-0.5ml/g)组成；
其中，所述聚合物基基质材料由41-70vol％聚乳酸和30-59vol％二氯甲烷组成；
其中，所述基质材料粘度为3000-100000cP；
其中，所述牺牲模板颗粒为易去除材料(易溶解、易熔化/易分解)，例如棒状谷氨酸钠晶体、糖颗粒、盐颗粒、碘颗粒、聚乙烯醇纤维及常用陶瓷造孔剂(淀粉、碳粉、碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚苯乙烯微球)，通过后处理工艺(加热、浸泡等)可去除；
其中，所述牺牲模板颗粒在几何特征方面分为两种类型，包括类球形及类棒状，其中类球形颗粒粒径范围5-200μm；类棒状颗粒的直径范围为5-150μm，长径比为10-30；
其中，所述牺牲模板颗粒尺寸可分为多种规格，也可为同一种规格；
将10-70vol％的牺牲模板颗粒与基质材料进行混合，搅拌均匀，备用；
S102，梯度有序增强材料的增材制造，具体包括：
步骤1三维模型的构建，基于梯度有序增强材料的预定义几何模型和内部增强颗粒的有序梯度分布模式，建立相关三维模型，随后对三维模型进行离散化处理；
步骤2梯度有序增强材料的运动编程，基于预定义材料模型中的增强颗粒的梯度有序分布模式，确定3D打印***中三维成型制造模块中三维运动组件的运动代码、可控气压输料模块的气源控制信号及数字化超声辅助***振动信号；
步骤3将掺有牺牲模板颗粒的材料***装入材料挤出模块的挤出筒内，接通可控气压输料模块；
步骤4梯度有序增强材料的增材成型，按照步骤2中获得三维成型制造模块的运动代码、可控气压输料模块的气源控制信号及数字化超声辅助***振动信号，实时控制材料***内牺牲模板增强颗粒的分布模式。将内含丰富增强颗粒分布的材料***沉积在成型平台上。
其中，所述数字化超声辅助***输出振动频率为20～130KHz；
S103，后处理步骤，将打印体内牺牲模板颗粒根据各自特点进行去除，之后对成形样件进行后处理(固化、烧结等)。
其中，所述牺牲模板颗粒的去除条件需根据牺牲模板物理特性进行溶解/熔化/分解等；
其中，所述成形样件的后处理，分为两部分：若基质材料为聚合物基质，则把成形样件放置在40-60℃真空干燥箱内5-24h；若基质材料为陶瓷基材料，则将成形样件放入烧结炉内，升温速度为3-15℃/min，烧结温度设置在Tm-15℃≦Tm(材料熔融温度)≦Tm+50℃；
本发明具有以下有益效果：
第一方面，基于挤出式3D打印，开发了一种新型多孔材料的3D打印，在挤出单道内实现孔径、孔隙密度的梯度分布；
第二方面，本发明提出的3D打印***及方法，具有丰富的可调性，材料的孔径可根据牺牲模板的颗粒大小进行调节，其中数字化超声辅助***可调控单道多孔材料中孔径及孔隙密度的梯度分布模式；
第三方面，本发明提出的***及方法所使用的牺牲模板颗粒若是棒状材料，在数字化超声辅助***及后处理作用下，不仅能实现孔径及孔隙的梯度分布，其纤维状孔洞沿挤出头移动方向定向分布；
第四方面，本发明不仅能实现孔径及孔隙密度径向方向的梯度分布，还能实现挤出单道轴向方向孔径及孔隙密度均匀到梯度、梯度程度的控制。若牺牲模板为棒状牺牲模板颗粒，还能实现无序孔与有序孔的梯度分布。
第五方面，本发明提出的3D打印***及方法材料适应范围广泛，不仅适用于聚合物，同样适用陶瓷材料等。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的***配置示意图。
图2为本发明中所述牺牲模本为多种规格类球形颗粒时所形成的径向梯度多孔材料。
图3为本发明中所述通过调整数字化超声辅助***实现的径向及轴向多孔结构的分布。
图4为本发明中所述牺牲模本为多种规格类棒状颗粒时所形成的径向梯度有序多孔材料。
图5为本发明中所述通过调整数字化超声辅助***实现的径向及轴向无序-有序多孔结构的分布模式。
图中的附图标记表示为：
三维成型制造模块1、数字化超声辅助***2、可控气压输料模块3及计算机控制***4；
材料挤出模块11、三维运动硬件***12；
机械运动装置111、材料挤出筒112、横向振动结构113；
超声波发生器21、超声波换能22、超声波变幅杆23；
压缩气源设备31及压缩气源接入部32。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明要解决现有技术中的没有提出面向有序梯度多孔材料在实际的工程应用时缺乏有效地技术手段的技术问题，具体的技术方案请参阅图1所示，面向有序梯度多孔材料的3D打印***，包括：三维成型制造模块1，其用以将内含梯度有序增强颗粒的材料体系，从材料挤出模块挤出，然后控制材料挤出模块在X、Y、Z三维空间内运动，实现内含梯度有序增强颗粒的挤出单道的累积成型；
数字化超声辅助***2，其用以在材料挤出模块11辅加超声辅助***，促使基质材料内增强颗粒呈现一定模式的有序分布；
可控气压输料模块3，其用以控制压缩空气的输出，进而调节材料挤出模块11内所述材料***的挤出时间、挤出速度及挤出量；
计算机控制***4，其基于预定义内含打印程序的三维模型，并将所述可打印模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至所述三维成型制造模块1、数字化超声辅助***2及可控气压输料模块3，以使所述三维成型制造模块能够获得输出材料挤出模块11的移动轨迹、数字化超声辅助***2获得输出材料挤出模块11的横向振动振幅与频率、可控气压输料模块3获得输出材料挤出模块11的材料挤出时间、挤出速度与挤出量；
进一步地，所述三维成型制造模块1包括：
材料挤出模块11，其设置在三维运动硬件***的中间部位，与数字化超声辅助***2、可控气压输料模块3及计算机控制***4直接相连；
三维运动硬件***12，其用于控制材料挤出模块11的空间内的运动。
进一步地，所述材料挤出模块11包括：
机械运动装置111，其与三维运动硬件***直接相连，接收三维运动硬件***输出的运动信号，控制材料挤出模块11的空间运动；
材料挤出筒112，其与可控气压输料模块直接相连，接收可控气压输料模块的气压信号，实现材料***定时、定点、定量的输出；
横向振动结构113，其与数字化超声辅助***直接相连，接收数字化超声辅助***输出的机械振动信号，促使材料挤出筒横向、小幅、高频振动；
进一步地，所述数字化超声辅助***2包括：
超声波发生器21；
超声波换能器22；
超声波变幅杆23，其与三维运动硬件***中的横向振动结构直接相连，将有超声换能器输出的较小振幅的机械振动信号转化成较大振幅的机械振动信号，传输到材料挤出模块11，进一步控制材料***内增强颗粒的分布；
进一步地，所述可控气压输料模块3包括：
压缩气源设备31，其能够产生可调节流量的所述输出气源；
压缩气源接入部32，其一端连接至所述压缩气源设备31，其另一端能够连通至所述材料挤出筒112，用以控制材料***的挤出；
进一步地，所述计算机控制***4包括：
增材组件，其用以提供所述打印空间以及为所述三维成型制造模块1提供可移动的三坐标参数；
预定义模块，其用以设定一体成型打印体的外形参数、构筑打印体过程的压缩气源参数及超声辅助参数；
所述打印程序基于三坐标参数、外形参数、气源参数和超声辅助参数向各执行模块输出打印信息。
面向有序梯度多孔材料的3D打印方法，包括：
S101，材料制备
基质材料：聚合物基或陶瓷基中的一种前驱体打印浆料；
牺牲模板颗粒：造孔剂、聚乙烯醇纤维、糖等可作为牺牲模板的颗粒；
其中，所述基质材料为陶瓷基或聚合物基中的一种前驱体打印浆料；
其中，所述陶瓷基基质材料由49-65vol％磷酸钙骨水泥和35-51vol％NaH2PO4溶液(0.2-0.5ml/g)组成；
其中，所述聚合物基基质材料由41-70vol％聚乳酸和30-59vol％二氯甲烷组成；
其中，所述基质材料粘度为3000-100000cP；
其中，所述牺牲模板颗粒为易去除材料(易溶解、易熔化/易分解)，例如棒状谷氨酸钠晶体、糖颗粒、盐颗粒、碘颗粒、聚乙烯醇纤维及常用陶瓷造孔剂(淀粉、碳粉、碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚苯乙烯微球)，通过后处理工艺(加热、浸泡等)可去除；
其中，所述牺牲模板颗粒在几何特征方面分为两种类型，包括类球形及类棒状，其中类球形颗粒粒径范围5-200μm；类棒状颗粒的直径范围为5-150μm，长径比为10-30；
其中，所述牺牲模板颗粒尺寸可分为多种规格，也可为同一种规格；
将10-70vol％的牺牲模板颗粒与基质材料进行混合，搅拌均匀，备用；
S102，梯度有序增强材料的增材制造，具体包括：
步骤1三维模型的构建，基于梯度有序增强材料的预定义几何模型和内部增强颗粒的有序梯度分布模式，建立相关三维模型，随后对三维模型进行离散化处理；
步骤2梯度有序增强材料的运动编程，基于预定义材料模型中的增强颗粒的梯度有序分布模式，确定3D打印***中三维成型制造模块1中三维运动组件的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号；
步骤3将掺有牺牲模板颗粒的材料***装入材料挤出模块11的挤出筒内，接通可控气压输料模块3；
步骤4梯度有序增强材料的增材成型，按照步骤2中获得三维成型制造模块1的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号，实时控制材料***内牺牲模板增强颗粒的分布模式。将内含丰富增强颗粒分布的材料***沉积在成型平台上。
其中，所述数字化超声辅助***2输出振动频率为20～130KHz；
S103，后处理步骤，将打印体内牺牲模板颗粒根据各自特点进行去除，之后对成形样件进行后处理(固化、烧结等)。
其中，所述牺牲模板颗粒的去除条件需根据牺牲模板物理特性进行溶解/熔化/分解等；
其中，所述成形样件的后处理，分为两部分：若基质材料为聚合物基质，则把成形样件放置在40-60℃真空干燥箱内5-24h；若基质材料为陶瓷基材料，则将成形样件放入烧结炉内，升温速度为3-15℃/min，烧结温度设置在Tm-15℃≦Tm(材料熔融温度)≦Tm+50℃；
涉及本申请的方法的更为优选的第一实施例一则，具体如下：
基质材料制备：将65vol％粉末状磷酸钙骨水泥与35vol％NaH2PO4溶液
(0.3ml/g)混合均匀；增强相颗粒：将等量三种规格的聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA，15μm/100μm)混合均匀；将牺牲模板颗粒分三次加入到基质材料内混合均匀后，备用；
基于梯度有序增强材料的预定义几何模型和内部增强颗粒的有序梯度分布模式，建立相关三维模型，随后对三维模型进行离散化处理；
基于预定义材料模型中的增强颗粒的梯度有序分布模式，确定3D打印***中三维成型制造模块1中三维运动组件的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号；
将掺有PMMA微球的复合材料***装入材料挤出模块11的挤出筒内，接通可控气压输料模块；
按照获得的三维成型制造模块1的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号(振动频率为40KHz)，实时控制复合材料***内PMMA微球的分布模式(如图2-图3)。将内含PMMA微球分布模式的复合材料***沉积在成型平台上。
3D打印体后处理，将打印体放置在60℃的干燥箱内，24h后取出，将材料PMMA微球颗粒去除。随后将打印体置于高温电炉内，600℃煅烧3h，实现内含丰富孔隙结构的仿生骨结构。
涉及本申请的方法的更为优选的第二实施例一则，具体如下：
基质材料制备：将50vol％粉末状磷酸钙骨水泥与50vol％NaH2PO4溶液(0.5ml/g)混合均匀；增强相颗粒：选择两种规格的棒状谷氨酸钠晶体颗粒作为造孔剂(长径比均为25，直径为5μm/10μm)；将棒状谷氨酸钠晶体颗粒分三次加入到基质材料内混合均匀后，备用；
基于梯度有序增强材料的预定义几何模型和内部增强颗粒的有序梯度分布模式，建立相关三维模型，随后对三维模型进行离散化处理；
基于预定义材料模型中的增强颗粒的梯度有序分布模式，确定3D打印***中三维成型制造模块1中三维运动组件的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号；
将掺有棒状谷氨酸钠晶体颗粒的复合材料***装入材料挤出模块11的挤出筒内，接通可控气压输料模块3；
按照获得的三维成型制造模块1的运动代码、可控气压输料模块3的气源控制信号及数字化超声辅助***2振动信号(振动频率为30KHz)，实时控制复合材料***内棒状谷氨酸钠晶体颗粒的分布模式(如图4-图5)。将内含棒状谷氨酸钠晶体颗粒分布模式的复合材料***沉积在成型平台上。
3D打印体后处理，将打印体放置在去离子水中，72h后取出，将材料内棒状谷氨酸钠晶体颗粒去除。随后将打印体置于高温电炉内，600℃煅烧3h，实现内含丰富孔隙结构的仿生骨结构。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，包括：
三维成型制造模块(1)，其用以将内含梯度有序增强颗粒的材料体系，从材料挤出模块(11)挤出，然后控制材料挤出模块(11)在X、Y、Z三维空间内运动，实现内含梯度有序增强颗粒的挤出单道的累积成型；
数字化超声辅助***(2)，其用以在材料挤出模块(11)辅加超声辅助***，促使基质材料内增强颗粒呈现一定模式的有序分布；
可控气压输料模块(3)，其用以控制压缩空气的输出，进而调节材料挤出模块(11)内所述材料***的挤出时间、挤出速度及挤出量；
计算机控制***(4)，其基于预定义内含打印程序的三维模型，并将可打印模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至三维成型制造模块(1)、数字化超声辅助***(2)及可控气压输料模块(3)，以使三维成型制造模块(1)能够获得输出材料挤出模块(11)的移动轨迹、数字化超声辅助***(2)获得输出材料挤出模块的横向振动振幅与频率、可控气压输料模块(3)获得输出材料挤出模块的材料挤出时间、挤出速度与挤出量。
2.如权利要求1所述的一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，所述三维成型制造模块(1)包括：
材料挤出模块(11)，其设置在三维运动硬件***的中间部位，与数字化超声辅助***(2)、可控气压输料模块(3)及计算机控制***(4)直接相连；
三维运动硬件***(12)，其用于控制材料挤出模块的空间内的运动。
3.如权利要求1所述的一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，所述材料挤出模块(11)包括：
机械运动装置(111)，其与三维运动硬件系(12)直接相连，接收三维运动硬件***(12)输出的运动信号，控制材料挤出模块的空间运动；
材料挤出筒(112)，其与可控气压输料模块(3)直接相连，接收可控气压输料模块(3)的气压信号，实现材料***定时、定点、定量的输出；
横向振动结构(113)，其与数字化超声辅助***(2)直接相连，接收数字化超声辅助***(2)输出的机械振动信号，促使材料挤出筒横向、小幅、高频振动。
4.如权利要求1所述的一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，所述数字化超声辅助***(2)包括：
超声波发生器(21)；
超声波换能器(22)；
超声波变幅杆(23)，其与三维运动硬件***(12)中的横向振动结构直接相连，将有超声换能器输出的较小振幅的机械振动信号转化成较大振幅的机械振动信号，传输到材料挤出模块，进一步控制材料***内增强颗粒的分布。
5.如权利要求1所述的一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，所述可控气压输料模块(3)包括：
压缩气源设备(31)，其能够产生可调节流量的所述输出气源；
压缩气源接入部(32)，其一端连接至所述压缩气源设备(31)，其另一端能够连通至所述材料挤出筒(112)，用以控制材料***的挤出。
6.如权利要求1所述的一种面向有序梯度多孔材料的3D打印***，其特征在于，所述计算机控制***(4)包括：
增材组件，其用以提供打印空间以及为三维成型制造模块(1)提供可移动的三坐标参数；
预定义模块，其用以设定一体成型打印体的外形参数、构筑打印体过程的压缩气源参数及超声辅助参数；
打印程序基于三坐标参数、外形参数、气源参数和超声辅助参数向各执行模块输出打印信息。
7.面向有序梯度多孔材料的3D打印方法，其特征在于，包括：
S101，材料制备
基质材料：聚合物基或陶瓷基中的一种前驱体打印浆料；
牺牲模板颗粒：造孔剂、聚乙烯醇纤维、糖等可作为牺牲模板的颗粒；
其中，所述基质材料为陶瓷基或聚合物基中的一种前驱体打印浆料；
其中，所述陶瓷基基质材料由49-65vol％磷酸钙骨水泥和35-51vol％NaH2PO4溶液(0.2-0.5ml/g)组成；
其中，所述聚合物基基质材料由41-70vol％聚乳酸和30-59vol％二氯甲烷组成；
其中，所述基质材料粘度为3000-100000cP；
其中，所述牺牲模板颗粒为易去除材料(易溶解、易熔化/易分解)，例如棒状谷氨酸钠晶体、糖颗粒、盐颗粒、碘颗粒、聚乙烯醇纤维及常用陶瓷造孔剂(淀粉、碳粉、碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚苯乙烯微球)，通过后处理工艺(加热、浸泡等)可去除；
其中，所述牺牲模板颗粒在几何特征方面分为两种类型，包括类球形及类棒状，其中类球形颗粒粒径范围5-200μm；类棒状颗粒的直径范围为5-150μm，长径比为10-30；
其中，所述牺牲模板颗粒尺寸可分为多种规格，也可为同一种规格；
将10-70vol％的牺牲模板颗粒与基质材料进行混合，搅拌均匀，备用；
S102，梯度有序增强材料的增材制造，具体包括：
步骤1三维模型的构建，基于梯度有序增强材料的预定义几何模型和内部增强颗粒的有序梯度分布模式，建立相关三维模型，随后对三维模型进行离散化处理；
步骤2梯度有序增强材料的运动编程，基于预定义材料模型中的增强颗粒的梯度有序分布模式，确定3D打印***中三维成型制造模块中三维运动组件的运动代码、可控气压输料模块的气源控制信号及数字化超声辅助***振动信号；
步骤3将掺有牺牲模板颗粒的材料***装入材料挤出模块的挤出筒内，接通可控气压输料模块；
步骤4梯度有序增强材料的增材成型，按照步骤2中获得三维成型制造模块的运动代码、可控气压输料模块的气源控制信号及数字化超声辅助***振动信号，实时控制材料***内牺牲模板增强颗粒的分布模式，将内含丰富增强颗粒分布的材料***沉积在成型平台上；
其中，所述数字化超声辅助***输出振动频率为20～130KHz；
S103，后处理步骤，将打印体内牺牲模板颗粒根据各自特点进行去除，之后对成形样件进行后处理(固化、烧结等)；
其中，所述牺牲模板颗粒的去除条件需根据牺牲模板物理特性进行溶解/熔化/分解等；
其中，所述成形样件的后处理，分为两部分：若基质材料为聚合物基质，则把成形样件放置在40-60℃真空干燥箱内5-24h；若基质材料为陶瓷基材料，则将成形样件放入烧结炉内，升温速度为3-15℃/min，烧结温度设置在Tm-15℃≦Tm(材料熔融温度)≦Tm+50℃。
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