[發(fā)明專利]基于激光原位熱處理的功能梯度材料擠出成形制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710613626.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107685440B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田小永;羅盟;李滌塵;朱興隆
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/194;B33Y30/00;B29K71/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于激光原位熱處理的功能梯度材料擠出成形制造方法，采用現(xiàn)場激光原位輔助制造，通過改變激光功率實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，通過溫度調(diào)節(jié)實現(xiàn)材料結(jié)晶度的改變，再通過結(jié)晶度與預實現(xiàn)功能之間的對應關(guān)系，最終實現(xiàn)對結(jié)晶態(tài)高分子材料打印過程中的功能梯度分布的實現(xiàn)；同時，通過激光原位熱處理，也能較好的提升擠出成形過程中層與層間的結(jié)合性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料擠出成形3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光原位熱處理的功能梯度材料擠出成形制造方法。

背景技術(shù)

材料擠出成形作為3D打印的一個重要分支，因其可制備材料范圍廣、可實現(xiàn)輕質(zhì)量高強度的制造等特點目前已被廣泛的應用于航空航天、國防軍事、醫(yī)療救護、工業(yè)現(xiàn)場等多個領(lǐng)域。截至目前，越來越多的高性能高分子材料應用于材料擠出成形工藝實踐中，而其中許多高分子材料都呈現(xiàn)為結(jié)晶態(tài)，如目前被廣泛應用于航空、航天及醫(yī)療等諸多領(lǐng)域的聚醚醚酮(PEEK)，然而在材料擠出成形的過程中冷卻速度較快，材料無法順利完成結(jié)晶過程，導致結(jié)晶度較低，從而對材料擠出成形零件的力學性能如強度、模量等都產(chǎn)生了較大的影響，而在高環(huán)境溫度下，雖然打印工藝可以實現(xiàn)結(jié)晶，但結(jié)晶過程往往帶來較大翹曲變形，且長時間高溫工作對設(shè)備要求較高。

與此同時，在許多的復雜應用場合里，為了提高打印件的使用壽命，往往不僅僅只是要求成形件的尺寸復合要求，更是需要具備一定類似于變剛度分布的功能梯度要求，即在成形件不同空間區(qū)域內(nèi)要實現(xiàn)強度、模量等多種性能的非均勻可控分布，然而傳統(tǒng)的材料擠出3D打印工藝與后處理相結(jié)合的方法尚難以實現(xiàn)這一功能要求。

因此，針對各種具有復雜功能梯度要求的材料擠出成形件的制造來說，依然存在著一些難點及問題：傳統(tǒng)的為了提高成形件的結(jié)晶度和整體力學性能，常常采用類似于熱烘箱保溫等的后處理方法，但無法實現(xiàn)同一個制件的梯度功能需求；為了獲得同一制件內(nèi)的功能梯度分布，包含多噴頭打印在內(nèi)的多種打印方法，雖然一定程度上能通過多種材料組合分布實現(xiàn)功能梯度，但也存在著線間的結(jié)合性能差等既有缺陷，因此也一定程度上束縛了成形件的整體性能提升。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光原位熱處理的功能梯度材料擠出成形制造方法，能夠在擠出成形多種結(jié)晶態(tài)材料的前提下，并且在保證了層間結(jié)合性能的情況下，從材料性質(zhì)上通過不同溫度的原位熱處理方法去改變成形材料的結(jié)晶度，也從而實現(xiàn)對于功能梯度要求的結(jié)構(gòu)件的擠出成形制造。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于激光原位熱處理的功能梯度材料擠出成形制造方法，包括以下步驟：

1)組裝打印裝置，將激光器3、打印噴頭2依次通過激光器固定孔5和噴頭固定孔4固定在固定塊1上，激光器3和打印噴頭2工作指示由計算機軟件集成控制；

2)將激光器3所發(fā)出激光的照射范圍與打印噴頭2間距離L進行測量，建立激光器3和打印噴頭2的絕對坐標補償量，保證打印過程中二者坐標的準確輸出；

3)對打印件通過軟件輔助進行三維模型的建立，并生成擠出成形代碼；同時通過力學分析或者依據(jù)打印件功能梯度分布要求，對打印件劃分不同成形功能的空間區(qū)域，從而得到功能梯度分布需求的空間坐標范圍；

4)分析功能梯度分布需求，匹配用于原位熱處理進行功能梯度調(diào)節(jié)的材料；

5)根據(jù)功能梯度分布的空間坐標數(shù)據(jù)及材料性質(zhì)，按照功能-結(jié)晶度-溫度-功率四者的匹配對應關(guān)系生成含激光控制代碼的復合打印打碼；

6)在打印過程中，當激光器3的激光落點坐標滿足功能梯度分布需求的空間坐標范圍的情況下，計算機控制打開激光器3，激光器3發(fā)射出對應激光功率η的激光進行同步打??；