[實用新型]一種提高聚合物材料3D打印強度的裝置

有效

• 申請號: 201420347438.2
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN203945693U
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李洪深;唐培毅;雷雨;張天翔;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本實用新型涉及一種提高聚合物材料3D打印強度的裝置，屬于3D打印技術領域。

背景技術

3D打印技術又稱為“快速成型技術”，也被稱為“增材技術”、“堆積技術”，是二十世紀九十年代發展起來的一項先進制造技術。3D打印技術是以三維數字模型為基礎，采用離散堆積原理，按照一定厚度將三維數字模型進行分層離散，形成一系列二維平面模型數據，再將數據進行一定的處理，加入工藝參數，形成數控程序，在數控系統控制下以平面加工方式連續加工出每個薄層，并使之粘結而成型。

對于使用聚合物材料進行3D打印加工，采用薄層鋪粉方式的熔融沉積成型(Fused?Deposition?Modeling，FDM)由材料自身完成粘結實現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，造成制件產品的材料韌性和強度都不足。

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。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術不足，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打印聚合物材料強度的裝置。

本實用新型的技術解決方案：一種提高聚合物材料3D打印強度的裝置，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三個方向運動的驅動機構，加壓輥與經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，在高度方向對熔融未硬化的聚合物材料施加壓力。

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。

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。

本實用新型與現有技術相比的有益效果：

(1)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，可有效減少產品內部的氣泡、孔隙、弱粘接等缺陷，提高層間材料的強度和剛度，特別適合對于有顆粒填料或短纖維增強的聚合物材料在3D設備上使用；

(2)本實用新型的激光熱源和加壓輥之間距離可調，且垂直高度可調，可以根據要成型的聚合物材料和形狀調整合適位置，適應性強；

(3)本實用新型利用沿X、Y和Z三個方向運動的驅動機構可以任意調整加熱和加壓位置，操作簡單，可以適于連續生產。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實例本實用新型進行詳細說明。

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1的下端面滑槽中，框架1上安裝能使其沿X、Y和Z三個方向運動的驅動機構，加壓輥3與經過激光熱源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，在高度方向對熔融未硬化的聚合物材料4施加壓力。

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，激光支撐臂6和加壓輥支撐臂7在垂直方向上高度可調，可以根據要成型的聚合物材料和形狀調整合適位置。

本實用新型原理：

將聚合物材料制成細粉，使用3D打印設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對選定區域5進行加熱，使選定區域5內的聚合物材料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壓過該選定區域5，擠走氣泡，使所選定區域5的材料內部致密。循環操作可使3D打印成型的聚合物材料4層間強度得到顯著提高。

本實用新型工作流程：