[發(fā)明專利]一種熔絲沉積成型三維打印材料打印適用性評價(jià)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510623604.6
• 申請日: 2015-09-28
• 公開（公告）號: CN105150540B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李錦春;陶慶忠;張鑫;陳群;何明陽
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B29C64/30
• 分類號: B29C64/30;B29C64/118;B33Y40/00
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種適用于FDM 3D打印的適用性評價(jià)方法，是一種針對性的判別3D打印原料適用性的評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

熔絲沉積成形（FDM）三維打印技術(shù)最早由Stratasys 公司于上世紀(jì)80年代末期推出，是采用熱能加熱熱塑性材料，并從擠出頭擠出熔融材料從而逐層堆積出原型件的一種工藝。雖然相比其他幾種三維打印技術(shù)，F(xiàn)DM的打印精度、打印速度和制品性能都沒有特別的優(yōu)勢，但是由于其擁有低成本、易操作、辦公友好等眾多優(yōu)點(diǎn)，越來越多的人開始可以容易的接觸到這種親民的三維打印技術(shù)，這使得FDM成為了近年來發(fā)展最為迅速的三維打印技術(shù)。有調(diào)查報(bào)告顯示，2014年FDM型三維打印機(jī)出貨量穩(wěn)居世界三維打印市場首位，大眾認(rèn)知度也最高。隨著不同的FDM開源項(xiàng)目如3D打印機(jī)（Reprap）等硬件/軟件支持，現(xiàn)在國內(nèi)市場上活躍的熔絲沉積三維打印機(jī)生產(chǎn)廠家有數(shù)十家，機(jī)型包括各類企業(yè)自行優(yōu)化結(jié)構(gòu)和功能的產(chǎn)品和國外開源機(jī)構(gòu)分享技術(shù)的產(chǎn)品，大眾花費(fèi)1000至數(shù)千人民幣即可在各類網(wǎng)站上買到一臺屬于自己的FDM三維打印機(jī)。

熔絲沉積成型工藝對成型材料的要求主要有以下幾點(diǎn)，第一：材料的熔融溫度低，這樣可以方便加熱。第二：粘度低，粘接性好，這樣使得材料的流動(dòng)性好，阻力小，有利于順利出絲。第三：收縮率小，因?yàn)槭湛s率會(huì)直接影響到最終成型制品的質(zhì)量。目前可以用來制作絲材或線材的材料主要有石蠟，塑料，尼龍絲等低熔點(diǎn)材料和低熔點(diǎn)金屬陶瓷等。現(xiàn)在市場上使用的最普遍的是聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）這兩種熱塑性材料。

對于熔絲材料的質(zhì)量等級劃分至今沒有一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)，一般都是根據(jù)實(shí)際的打印情況而定，比如我們現(xiàn)在所用的PLA，即使是新買的材料，在包裝上也找不到任何有關(guān)于PLA的信息，包括分子量的大小，粘度區(qū)間，以及熔融溫度和分解溫度等。對所有打印材料最基本的評判標(biāo)準(zhǔn)就是進(jìn)行打印試驗(yàn)，看是否可以順利出絲以及制品的穩(wěn)定性是否可以得到保證。所以現(xiàn)有的評價(jià)唯一方法就是對材料進(jìn)行打印試驗(yàn)。

從聚合物的流變?nèi)廴谛袨閬砜?，每種聚合物材料的粘彈行為都是有著自個(gè)特點(diǎn)的。在某個(gè)溫度的區(qū)間內(nèi)，均會(huì)有一個(gè)粘度值與之相對應(yīng)。這樣通過溫度掃描的流變試驗(yàn)可以測出溫度和粘度的變化區(qū)間。從現(xiàn)有的可打印材料出發(fā)，找出一個(gè)打印的區(qū)間范圍。在確定了一個(gè)打印區(qū)間后，只需對每種材料的溫度和粘度區(qū)間進(jìn)行判別就可以很方便的去評價(jià)材料的打印性。此方法可操作性強(qiáng)，具有普遍的適用性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有聚合物材料規(guī)范性的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以量化的簡易模型，設(shè)計(jì)一種FDM 3D打印材料適用性評價(jià)方法。是一種容易實(shí)現(xiàn)，操作簡便的判別聚合物材料是否適合3D打印的評價(jià)方法。同時(shí)為現(xiàn)有的可打印材料的溫度和粘度區(qū)間提供參考。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種FDM 3D打印材料打印適用性評價(jià)方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行：

（1），該適用性評價(jià)方法由溫度、粘度兩個(gè)評價(jià)指標(biāo)，升溫、降溫兩個(gè)評價(jià)過程構(gòu)成評價(jià)總體框架。

（2），在特定的剪切速率下利用旋轉(zhuǎn)流變儀對現(xiàn)有的可打印材料進(jìn)行升溫和降溫的流變測試，模擬打印過程中的擠出和凝固過程。

（3），由（2）中的旋轉(zhuǎn)流變測試得出的溫度—粘度特性曲線構(gòu)成一個(gè)總體框架，作為打印材料適用性的評價(jià)方法。

（4），框架模型如下所示：框架模型如圖1所示，在圖1所述的框架中，是根據(jù)打印材料的溫度和粘度變化而構(gòu)建的。因?yàn)閷τ诳纱蛴〔牧蟻碚f在打印過程中當(dāng)溫度過低時(shí)，會(huì)造成堵絲的現(xiàn)象，而溫度過高時(shí)則容易使得材料制品不穩(wěn)定。與此同時(shí)對于材料的粘度而言也是一樣，當(dāng)粘度過高時(shí)，會(huì)使得材料容易堵絲，粘度過低時(shí)，則會(huì)使制品穩(wěn)定性下降。由此可見，每一種材料都會(huì)有一個(gè)可打印的溫度區(qū)間和粘度區(qū)間。

（6），根據(jù)步驟（5）框架模型，對于打印機(jī)可以設(shè)定這樣一個(gè)框架，這樣在了解每一種材料的特性后，只需要判斷材料的溫度和粘度特性是否在這個(gè)曲線內(nèi)就可判別其是否可作用于這種機(jī)器。

與已有的評價(jià)方法相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1，本發(fā)明基于3D打印的基本原理，將打印過程簡化，形成一個(gè)框架模型，對FDM 3D打印材料具有適用性；

2，該發(fā)明方法簡便，直觀，高效，可操作性強(qiáng)；

3，該發(fā)明構(gòu)建了打印材料溫度粘度變化的范圍，使得每一種材料都可以通過最簡便的方式來判別打印的可行性。

以下通過具體實(shí)踐方式，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的框架模型；