[發明專利]一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備及打印方法

有效

• 申請號: 201710582485.3
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107283819B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王永信;趙蒙;梁晉;侯熙碩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/209;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y70/00;B29K83/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種面向高分子量硅橡膠的3D打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)3D打印數據處理：將需打印的數字三維模型處理為分層數據、路徑規劃數據、光-熱固化處理數據，將處理后的數據導入3D打印機控制箱(2)中，并將數據發送至3D打印頭系統(1)、光固化控制器(3)、熱固化控制器(4)、三維移動平臺系統(6)；

2)3D打印實驗材料準備：選擇分子量為10萬-100萬的高粘彈性聚硅氧烷材料，并加入補強材料、光固化劑，將打印材料通過硅橡膠進料口(11)裝入3D打印頭系統(1)的螺桿擠出腔(10)中；

3)百微米級微孔擠出工藝：3D打印頭系統(1)中的直線電機(13)帶動螺桿(9)對3D打印材料進行螺旋剪切，硅橡膠材料受到擠壓力而通過百微米級微孔噴嘴(8)，3D打印機控制箱(2)進行微孔擠出工藝參數和打印精度的控制，在打印過程中，冷卻箱(12)對3D打印頭系統(1)進行實時冷卻；

4)光-熱二階固化工藝：通過光固化控制器(3)和熱固化控制器(4)對3D打印頭系統(1)擠出的硅橡膠流體進行光-熱二階固化，3D打印機控制箱(2)進行光-熱二階固化工藝參數和固化精度的控制；

5)3D打印機基板(5)協調運動：3D打印機控制箱(2)通過協調3D打印頭系統(1)、3D打印機基板(5)和三維移動平臺系統(6)三者的相對位置，逐漸分層累積出所需打印模型；

6)重復步驟3)-步驟5)，直至零件分層制造完成。

2.根據權利要求1所述的3D打印方法采用的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：包括3D打印機機架(7)上連接的三維移動平臺系統(6)，三維移動平臺系統(6)上安裝有3D打印機基板(5)，3D打印機基板(5)的上方設有3D打印頭系統(1)、光固化控制器(3)和熱固化控制器(4)，3D打印頭系統(1)、光固化控制器(3)、熱固化控制器(4)和三維移動平臺系統(6)和3D打印機控制箱(2)連接；

所述的3D打印頭系統(1)具有100μm-150μm百微米級的噴嘴微孔結構，實現高分子量高粘度高分子硅橡膠的擠出功能。

3.根據權利要求2所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的3D打印機控制箱(2)采用PID控制技術實現精確的微擠出過程控制、運動控制、溫度控制和光-熱二階固化控制、宏觀尺寸的精確補償和控制。

4.根據權利要求2所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的光固化控制器(3)對打印后的硅橡膠材料進行快速光固化交聯作用；所述的熱固化控制器(4)對打印后的硅橡膠材料進行快速熱固化交聯作用。

5.根據權利要求2所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的3D打印機基板(5)的材料表面具有潤濕性，微擠出物在3D打印機基板(5)上能夠支撐自身重量。

6.根據權利要求2所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的3D打印頭系統(1)包括百微米級微孔噴嘴(8)，百微米級微孔噴嘴(8)連接在螺桿擠出腔(10)的一端，螺桿擠出腔(10)的內部設有螺桿(9)，螺桿擠出腔(10)的另一端和硅橡膠材料進料口(11)連接，螺桿(9)的動力輸入端和直線電機(13)連接，螺桿(9)和直線電機(13)連接處外部設有冷卻箱(12)。

7.根據權利要求6所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的百微米級微孔噴嘴(8)微孔直徑為100μm-150μm。

8.根據權利要求6所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的螺桿(9)直徑為20mm，長徑比為20:1。

9.根據權利要求6所述的一種面向高分子量硅橡膠的3D打印設備，其特征在于：所述的直線電機(13)提供功率為2.2KW，擠出壓力為150MPa的動力。