一種提高聚合物材料3d打印強(qiáng)度的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，包括框架、激光熱源和加壓輥，激光熱源和加壓輥分別通過激光支撐臂和加壓輥支撐臂安裝在框架的下端面滑槽中，框架上安裝能使其沿X、Y和Z三個方向運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，加壓輥與經(jīng)過激光熱源加熱熔融未硬化的聚合物材料垂直接觸后壓過聚合物材料，在高度方向?qū)θ廴谖从不木酆衔锊牧鲜┘訅毫Α１緦嵱眯滦筒捎眉訅狠?，在每層聚合物材料熔融過程中增加了受壓步驟，可有效減少產(chǎn)品內(nèi)部的氣泡、孔隙、弱粘接等缺陷，提高層間材料的強(qiáng)度和剛度，特別適合對于有顆粒填料或短纖維增強(qiáng)的聚合物材料在3D設(shè)備上使用。
【專利說明】一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，屬于3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱為“快速成型技術(shù)”，也被稱為“增材技術(shù)”、“堆積技術(shù)”，是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的一項先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印技術(shù)是以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，采用離散堆積原理，按照一定厚度將三維數(shù)字模型進(jìn)行分層離散，形成一系列二維平面模型數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入工藝參數(shù)，形成數(shù)控程序，在數(shù)控系統(tǒng)控制下以平面加工方式連續(xù)加工出每個薄層，并使之粘結(jié)而成型。
[0003]對于使用聚合物材料進(jìn)行3D打印加工，采用薄層鋪粉方式的熔融沉積成型(Fused Deposit1n Modeling, FDM)由材料自身完成粘結(jié)實現(xiàn)立體成形的方法已較為成熟，但遇到的主要問題是由于每一層材料堆積粘接以依靠樹脂自身重力熔融浸潤底層表面的原理實現(xiàn)形狀增長，在浸潤層疊過程中容易形成夾雜氣泡、孔隙等弱連接，造成制件產(chǎn)品的材料韌性和強(qiáng)度都不足。
[0004]CN201320511128.5提出了一種壓合裝置，可對3D打印擠出的聚合物材料施加壓力，但該方法使用的壓板對施力的表面有較大的側(cè)向摩擦力，容易造成材料破裂和脫落。CN201410002890.X采用高壓室和高壓泵對打印產(chǎn)品施加無間斷高壓來獲得致密材料，但材料堆疊形成的孔隙容易由于壓力平衡而不能消除，因此對于鋪粉成型的熔融沉積成型并不適用。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種改善材料的層疊方向的致密度、有效克服氣泡、孔隙等缺陷、提高3D打印聚合物材料強(qiáng)度的裝置。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案:一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，包括框架、激光熱源和加壓輥，激光熱源和加壓輥分別通過激光支撐臂和加壓輥支撐臂安裝在框架的下端面滑槽中，框架上安裝能使其沿X、Y和Z三個方向運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，加壓輥與經(jīng)過激光熱源加熱熔融未硬化的聚合物材料垂直接觸后壓過聚合物材料，在高度方向?qū)θ廴谖从不木酆衔锊牧鲜┘訅毫Α?br> [0007]所述的激光支撐臂可在框架的下端面滑槽中沿X方向移動，并在垂直方向上高度可調(diào)。
[0008]所述的加壓輥支撐臂可在框架的下端面滑槽中沿X方向移動，并在垂直方向上高度可調(diào)。
[0009]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0010](I)本實用新型采用加壓輥，在每層聚合物材料熔融過程中增加了受壓步驟，可有效減少產(chǎn)品內(nèi)部的氣泡、孔隙、弱粘接等缺陷，提高層間材料的強(qiáng)度和剛度，特別適合對于有顆粒填料或短纖維增強(qiáng)的聚合物材料在3D設(shè)備上使用；
[0011](2)本實用新型的激光熱源和加壓輥之間距離可調(diào)，且垂直高度可調(diào)，可以根據(jù)要成型的聚合物材料和形狀調(diào)整合適位置，適應(yīng)性強(qiáng)；
[0012](3)本實用新型利用沿X、Y和Z三個方向運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以任意調(diào)整加熱和加壓位置，操作簡單，可以適于連續(xù)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和實例本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]本實用新型如圖1所示，包括框架1、激光熱源2和加壓輥3，激光熱源2和加壓輥3分別通過激光支撐臂6和加壓輥支撐臂安裝7在框架I的下端面滑槽中，框架I上安裝能使其沿X、Y和Z三個方向運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，加壓輥3與經(jīng)過激光熱源2加熱熔融未硬化的聚合物材料4垂直接觸后壓過聚合物材料4，在高度方向?qū)θ廴谖从不木酆衔锊牧?施加壓力。
[0016]激光支撐臂6和加壓輥支撐臂7可在框架的下端面滑槽中沿X方向移動，使激光熱源2和加壓輥3之間的水平距離可調(diào)，激光支撐臂6和加壓輥支撐臂7在垂直方向上高度可調(diào)，可以根據(jù)要成型的聚合物材料和形狀調(diào)整合適位置。
[0017]本實用新型原理:
[0018]將聚合物材料制成細(xì)粉，使用3D打印設(shè)備在工件成型載體表面形成均勻薄層(聚合物材料4)。利用激光熱源2對選定區(qū)域5進(jìn)行加熱，使選定區(qū)域5內(nèi)的聚合物材料4熔融，浸潤下層的載體表面，然后移走激光熱源2，在聚合物材料4仍保持熔融未硬化時，以加壓輥3壓過該選定區(qū)域5，擠走氣泡，使所選定區(qū)域5的材料內(nèi)部致密。循環(huán)操作可使3D打印成型的聚合物材料4層間強(qiáng)度得到顯著提高。
[0019]本實用新型工作流程:
[0020]準(zhǔn)備聚合物材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺等單獨(dú)或混合的聚合物材料以及摻雜了無機(jī)顆粒、無機(jī)纖維或碳纖維的聚合物材料的細(xì)粉，細(xì)粉的粒度應(yīng)不影響薄層的鋪展。使用3D打印設(shè)備在工件成型載體表面形成均勻薄層。利用熱源(如激光)對選定區(qū)域進(jìn)行加熱，控制加熱時間及功率使選定區(qū)域內(nèi)的聚合物材料層熔融但不硬化，聚合物的流動性應(yīng)保證浸潤下層的載體表面。然后加熱熱源移向下一個加熱選定區(qū)域，同時加壓輥與熱源同向運(yùn)動，加壓輥本身可提供一定范圍可調(diào)的碾壓力，并可沿固定軸軸向旋轉(zhuǎn)，在聚合物層仍保持熔融未硬化時，使用加壓輥壓過該區(qū)域，擠走氣泡。加壓輥高度可調(diào)，通過高度方向調(diào)節(jié)，使熔融層的高度可根據(jù)需要壓縮為原有的
0-90%，使所壓區(qū)域的材料內(nèi)部致密。通過此操作，將細(xì)粉在工件成型表面形成新的均勻薄層。利用熱源對選定區(qū)域進(jìn)行加熱，使選定區(qū)域內(nèi)的聚合物層熔融，浸潤下層的載體表面，然后在聚合物仍保持熔融未硬化時，加壓輥壓過該區(qū)域，擠走氣泡，使所壓區(qū)域的材料內(nèi)部致密。循環(huán)使用就能實現(xiàn)3D成型的聚合物材料層與層間有良好的接觸和粘接，提高制品的強(qiáng)度。
[0021]本實用新型未詳細(xì)說明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，其特征在于:包括框架(I)、激光熱源(2)和加壓輥(3)，激光熱源(2)和加壓輥(3)分別通過激光支撐臂(6)和加壓輥支撐臂(7)安裝在框架(I)的下端面滑槽中，框架(I)上安裝能使其沿X、Y和Z三個方向運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，加壓輥(3)與經(jīng)過激光熱源(2)加熱熔融未硬化的聚合物材料(4)垂直接觸后壓過聚合物材料(4)，在高度方向?qū)θ廴谖从不木酆衔锊牧?4)施加壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，其特征在于:所述的激光支撐臂(6)可在框架(I)的下端面滑槽中沿X方向移動，并在垂直方向上高度可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高聚合物材料3D打印強(qiáng)度的裝置，其特征在于:所述的加壓輥支撐臂(7)可在框架(I)的下端面滑槽中沿X方向移動，并在垂直方向上高度可調(diào)。
【文檔編號】B29C67/00GK203945693SQ201420347438
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李洪深, 唐培毅, 雷雨, 張?zhí)煜? 趙英民 申請人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所