随着3D打印技术的快速发展和广泛应用,单一材料的3D打印已经难以满足人们对产品的性能需求。人们对3D打印提出更高的要求:能够实现复合材料、功能梯度材料、变密度非均质材料的多材料多尺度打印;将不同的材料性能整合在同一打印零件中,实现材料、结构、功能部件的一体化设计和制造。多材料多尺度3D打印为可穿戴设备、电子产品和软体机器人带来更多新的可能性。多材料多尺度3D打印代表增材制造技术的前沿和未来发展方向,具有巨大的潜能和广阔的应用前景。针对目前多材料3D打印存在的问题,本文提出一种基于电流体动力学喷印机理的单喷头多材料多尺度3D打印新工艺。本文针对核心功能部件——多材料多尺度主动混合喷头,开展了理论分析、数值模拟和实验验证的系统研究,本文具体研究工作如下:本文对多材料多尺度3D打印机的核心部件——主动混合喷头进行了设计,并详细介绍了各部分的功能。分析了主动混合喷头内部流体的混合过程和流场结构。结合了流体力学控制方程、湍流方程和浓度传输方程,详细介绍了主动混合喷头的混合机理,阐述了叶轮直径、叶轮转速、流体粘度、体积力等因素对混合性能的影响规律。结合理论分析,利用COMSOL仿真软件模拟主动混合喷头的混料过程,通过改变叶轮直径、叶轮转速和流体粘度,观察流体的混合状态,揭示了叶轮直径、叶轮转速、流体粘度对于主动混合喷头混合性能的影响规律,验证了理论分析的正确性。对多材料3D打印实验台进行整体结构设计,详细介绍了多材料3D打印的工艺流程,最终搭建起带有主动混合喷头的多材料3D打印实验平台。最后,利用多材料3D打印实验台制作了变刚度模型、功能梯度结构模型和微尺度模型三个典型实验案例,验证了对于主动混合喷头理论分析和仿真模拟的正确性。同时,证明了多材料3D打印新工艺在多材料多尺度零件制作方面的实用性和可行性。