一種多材料零件3d打印裝置及其打印方法
【技術(shù)領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及3D打印領域，特別涉及一種多材料零件3D打印裝置及其打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年，3D打印的迅猛發(fā)展，已引起社會的廣泛關注，特別是金屬的3D打印，金屬3D打印作為整個3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，現(xiàn)有金屬3D打印多數(shù)都停留在單材均質(zhì)加工方面，不能實現(xiàn)多材料3D成型打印技術(shù)，缺少多材料零件3D打印裝置，無法實現(xiàn)金屬、陶瓷等混合材料的梯度零件成型，無法制備金屬與陶瓷多材料的梯度零件，而且打印工藝設備及材料昂貴，打印方法復雜，成型速度慢，不能直接成型。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有3D打印技術(shù)缺少多材料零件3D打印裝置，不能實現(xiàn)多材料3D成型打印技術(shù)，無法實現(xiàn)金屬、陶瓷等混合材料的梯度零件成型，無法制備金屬與陶瓷多材料梯度零件等問題，而提供一種多材料零件3D打印裝置及其打印方法。
[0004]本發(fā)明之多材料零件3D打印裝置是由支架裝置、可控攪拌擠出頭裝置、數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)、工作平臺和控制器組成，可控攪拌擠出頭和控制器固定設置在支架裝置上，數(shù)字化材料供應系統(tǒng)固定設置在數(shù)個可控攪拌擠出頭下方，工作平臺設置在支架裝置內(nèi)；可控攪拌擠出頭裝置上具有打印頭和攪拌器，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)具有出料控制器。
[0005]本發(fā)明的多材料零件3D打印裝置的打印方法如下:
[0006]—:混合漿料的配制，將金屬或陶瓷粉末與高分子粘結(jié)劑均勻混合后加熱，混合漿料在160?200°C時熔化，在室溫情況下會快速固化，根據(jù)需要可制成數(shù)種混合漿料，將不同的混合漿料分別倒入對應的數(shù)字化材料供應系統(tǒng)內(nèi)；
[0007]所述混合漿料的組成成分及質(zhì)量百分比如下:
[0008]金屬或陶瓷粉末55-75%，高分子粘結(jié)劑25-45% ;
[0009]高分子粘結(jié)劑的組成成分及質(zhì)量百分比如下:
[0010]石蠟65-72%，乙烯-醋酸乙烯共聚物7-11%，聚丙烯18-22%，硬脂酸1-5% ；
[0011]二:數(shù)據(jù)建模處理，利用三維軟件建立模型，然后進行切片處理，層片的厚度為0.08-0.26mm，建立零件的三維數(shù)據(jù)模型，根據(jù)所需功能零件設置相應的填充路線；
[0012]三:多材料打印成型:利用熔融沉積成型工藝進行打印成型，在進行截面打印或是層層打印時，控制器控制本發(fā)明的裝置正常運行，根據(jù)所需的混合漿料組成，每個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)的出料控制器可單獨控制出料，數(shù)種混合漿料分別由數(shù)字化材料供應系統(tǒng)送至可控攪拌擠出頭裝置內(nèi)，數(shù)種混合漿料進入可控攪拌擠出頭裝置后，攪拌器進行攪拌，并在打印頭中加熱至熔融狀態(tài)，然后選擇性地擠出沉積在工作平臺上，快速冷卻后形成加工工件截面輪廓，當成型完成后，工作平臺下降一截面層的高度，再根據(jù)下一層混合漿料的需要，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)將所需要的混合漿料送至可控攪拌擠出頭裝置內(nèi)，打印頭再進行下一層的打印，如此循環(huán)，最終形成產(chǎn)品；
[0013]四:將坯體內(nèi)的高分子粘結(jié)劑進行脫除，采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝。脫脂溶劑選擇的是正庚烷、正己烷、三氯乙烯和二氯甲烷4種常用試劑的一種，溫度為30_50°C，時間為5_8h，溶劑脫脂是為了溶解脫除掉所有可溶性粘結(jié)劑材料，在坯體表面及內(nèi)部形成連通孔隙，為熱脫脂環(huán)節(jié)剩余粘結(jié)劑組元受熱揮發(fā)排除坯體外提供通道，熱脫脂工藝采用真空氣氛爐進行，升溫速度為2-5°C/min，最終溫度為480-580°C，保溫時間為5-6h;
[0014]五:燒結(jié)，將預燒結(jié)坯體放在真空氣氛爐內(nèi)繼續(xù)加溫，升溫速度可控制在4_8°C/min，保溫時間3-6h，具體的溫度和時間與燒結(jié)的金屬、陶瓷材料的熔點有關，燒結(jié)完成后，得到所需的多材料梯度零件。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明通過數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)控制各種材料的進給量，進而控制混合材料的成分比例，使其隨著空間位置的不同材料的成分及比例不同，脫脂燒結(jié)后可得到隨著位置不同材料組分不斷變化的零件，實現(xiàn)金屬、陶瓷等混合材料的梯度零件成型，工藝簡單，成本低，節(jié)省材料。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明之多材料零件3D打印裝置的立體示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明組合材料零件的成形過程示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明復合材料零件的成形過程示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明梯度材料零件的成形過程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明之多材料零件3D打印裝置是由支架裝置1、可控攪拌擠出頭裝置2、數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3、工作平臺4和控制器5組成，可控攪拌擠出頭2和控制器5固定設置在支架裝置I上，數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3固定設置在數(shù)個可控攪拌擠出頭2下方，工作平臺4設置在支架裝置I內(nèi)；可控攪拌擠出頭裝置2上具有打印頭21和攪拌器22，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3具有出料控制器31。
[0022]本發(fā)明的多材料零件3D打印裝置的打印方法如下:
[0023]—:混合漿料的配制，將金屬或陶瓷粉末與高分子粘結(jié)劑均勻混合后加熱，混合漿料在180°C時熔化，在室溫情況下會快速固化，根據(jù)需要可制成數(shù)種混合漿料，將不同的混合漿料分別倒入對應的數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3內(nèi)；
[0024]所述混合漿料的組成成分及質(zhì)量百分比如下:
[0025]金屬或陶瓷粉末60%，高分子粘結(jié)劑40% ;
[0026]高分子粘結(jié)劑的組成成分及質(zhì)量百分比如下:
[0027]石蠟70%，乙烯-醋酸乙烯共聚物8%，聚丙烯20%，硬脂酸2% ;
[0028]二:數(shù)據(jù)建模處理，利用三維軟件建立模型，然后進行切片處理，層片的厚度為0.16mm，建立零件的三維數(shù)據(jù)模型，根據(jù)所需功能零件設置相應的填充路線；
[0029]三:多材料打印成型:利用熔融沉積成型工藝進行打印成型，在進行截面打印或是層層打印時，控制器5控制本發(fā)明的裝置正常運行，根據(jù)所需的混合漿料組成，每個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3的出料控制器31可單獨控制出料，數(shù)種混合漿料分別由數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3送至可控攪拌擠出頭裝置2內(nèi)，數(shù)種混合漿料進入可控攪拌擠出頭裝置2后，攪拌器22進行攪拌，并在打印頭21中加熱至熔融狀態(tài)，然后選擇性地擠出沉積在工作平臺4上，快速冷卻后形成加工工件截面輪廓，當成型完成后，工作平臺4下降一截面層的高度，再根據(jù)下一層混合漿料的需要，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)3將所需要的混合漿料送至可控攪拌擠出頭裝置2內(nèi)，打印頭21再進行下一層的打印，如此循環(huán)，最終形成產(chǎn)品；
[0030]四:將坯體內(nèi)的高分子粘結(jié)劑進行脫除，采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝，脫脂溶劑選擇的是正庚烷、正己烷、三氯乙烯和二氯甲烷4種常用試劑的一種，溫度為50°C，時間為6h，溶劑脫脂是為了溶解脫除掉所有可溶性粘結(jié)劑材料，在坯體表面及內(nèi)部形成連通孔隙，為熱脫脂環(huán)節(jié)剩余粘結(jié)劑組元受熱揮發(fā)排除坯體外提供通道，熱脫脂工藝采用真空氣氛爐進行，升溫速度為3 °C /min，最終溫度為500 V，保溫時間為5h;
[0031 ]五:燒結(jié)，將預燒結(jié)坯體放在真空氣氛爐內(nèi)繼續(xù)加溫，升溫速度可控制在6 0C/min，保溫時間4.5h，具體的溫度和時間與燒結(jié)的金屬、陶瓷材料的熔點有關，燒結(jié)完成后，得到所需的多材料梯度零件。
【主權(quán)項】
1.一種多材料零件3D打印裝置，其特征在于:是由支架裝置(I)、可控攪拌擠出頭裝置(2)、數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)、工作平臺(4)和控制器(5)組成，可控攪拌擠出頭(2)和控制器(5)固定設置在支架裝置(I)上，數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)固定設置在數(shù)個可控攪拌擠出頭(2)下方，工作平臺(4)設置在支架裝置(I)內(nèi)；可控攪拌擠出頭裝置(2)上具有打印頭(21)和攪拌器(22)，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)具有出料控制器(31)。2.權(quán)利要求1所述一種多材料零件3D打印裝置的打印方法，該方法的步驟如下: 一:混合漿料的配制，將金屬或陶瓷粉末與高分子粘結(jié)劑均勻混合后加熱，混合漿料在160?200°C時熔化，在室溫情況下會快速固化，根據(jù)需要可制成數(shù)種混合漿料，將不同的混合漿料分別倒入對應的數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)內(nèi)； 所述混合漿料的組成成分及質(zhì)量百分比如下: 金屬或陶瓷粉末55-75%，高分子粘結(jié)劑25-45% ; 高分子粘結(jié)劑的組成成分及質(zhì)量百分比如下: 石蠟65-72%，乙烯-醋酸乙烯共聚物7-11%，聚丙烯18-22%，硬脂酸1-5% ； 二:數(shù)據(jù)建模處理，利用三維軟件建立模型，然后進行切片處理，層片的厚度為0.08-.0.26mm，建立零件的三維數(shù)據(jù)模型，根據(jù)所需功能零件設置相應的填充路線； 三:多材料打印成型:利用熔融沉積成型工藝進行打印成型，在進行截面打印或是層層打印時，控制器(5)控制本發(fā)明的裝置正常運行，根據(jù)所需的混合漿料組成，每個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)的出料控制器(31)可單獨控制出料，數(shù)種混合漿料分別由數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)送至可控攪拌擠出頭裝置(2)內(nèi)，數(shù)種混合漿料進入可控攪拌擠出頭裝置(2)后，攪拌器(22)進行攪拌，并在打印頭中加熱至熔融狀態(tài)，然后選擇性地擠出沉積在工作平臺(4)上，快速冷卻后形成加工工件截面輪廓，當成型完成后，工作平臺(4)下降一截面層的高度，再根據(jù)下一層混合漿料的需要，數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)(3)將所需要的混合漿料送至可控攪拌擠出頭裝置(2)內(nèi)，打印頭(21)再進行下一層的打印，如此循環(huán)，最終形成產(chǎn)品； 四:將坯體內(nèi)的高分子粘結(jié)劑進行脫除，采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝，脫脂溶劑選擇的是正庚烷、正己烷、三氯乙烯和二氯甲烷4種常用試劑的一種，溫度為30-50 °C，時間為5-8h，溶劑脫脂是為了溶解脫除掉所有可溶性粘結(jié)劑材料，在坯體表面及內(nèi)部形成連通孔隙，為熱脫脂環(huán)節(jié)剩余粘結(jié)劑組元受熱揮發(fā)排除坯體外提供通道，熱脫脂工藝采用真空氣氛爐進行，升溫速度為2-5°C/min，最終溫度為480-580°C，保溫時間為5-6h; 五:燒結(jié)，將預燒結(jié)坯體放在真空氣氛爐內(nèi)繼續(xù)加溫，升溫速度可控制在4_8°C/min，保溫時間3-6h，燒結(jié)完成后，得到所需的多材料梯度零件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多材料零件3D打印裝置及其打印方法，本裝置是由支架裝置、可控攪拌擠出頭裝置、數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)、工作平臺和控制器組成，可控攪拌擠出頭和控制器固定設置在支架裝置上，數(shù)字化材料供應系統(tǒng)固定設置在數(shù)個可控攪拌擠出頭下方，工作平臺設置在支架裝置內(nèi)；打印方法依次為：混合漿料的配制，數(shù)據(jù)建模處理，多材料打印成型，將坯體內(nèi)的高分子粘結(jié)劑進行脫除，燒結(jié)；本發(fā)明通過數(shù)個數(shù)字化材料供應系統(tǒng)控制各種材料的進給量，進而控制混合材料的成分比例，使其隨著空間位置的不同材料的成分及比例不同，脫脂燒結(jié)后可得到隨著位置不同材料組分不斷變化的零件，工藝簡單，成本低，節(jié)省材料。
【IPC分類】B29C67/00
【公開號】CN105584045
【申請?zhí)枴緾N201510990147
【發(fā)明人】周雪莉, 劉慶萍, 任露泉, 趙徹, 宋正義, 劉清榮, 李卓識, 劉慧力, 李冰倩, 于征磊
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月25日