[發明專利]一種基于多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置

有效

• 申請號: 201810736161.5
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108908932B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 于寧;黎靜;孫小勇;高霞;張代軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/295;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明屬于3D打印領域，涉及一種基于多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置，該多區間連續控溫輔熱系統由連續控溫區間構成，可完成連續控溫功能，該連續控溫區間中間形成貫穿的物料通道，多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置隨著打印頭同步運動，完成連續控溫，該裝置可以有效解決制備成型件打印過程中的翹曲問題，并顯著提高成型件的力學強度，控溫范圍廣，適用于不同打印方式、物料和形狀的3D打印，也可適用于其他需要連續控溫輔熱的技術領域。

技術領域

本發明屬于3D打印領域，涉及一種基于多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置。

背景技術

3D打印技術是一種增材制造的快速成型技術，包括熔融沉積技術、選區激光燒結技術、選擇性激光熔化技術、立體光固化成型法和分層實體制造法等。以熔融沉積技術(FDM-fused Deposition Modeling)為例，FDM技術的打印過程是利用加熱的打印噴頭融化固相材料，打印噴頭根據成型模型的打印路徑運動，將熔體噴涂在工作臺上，實現層狀堆積，最終形成產品。FDM打印噴頭的作用是將固體材料加熱成為熔融態，為了使熔融材料具有良好的粘性，需要保證擠出噴嘴的溫度提高到材料的玻璃化溫度以上，然而，對于剛打印成型部件的過快的冷卻速度，導致了其與新的打印層面的粘性下降、層間大的溫度差，造成了打印制品的翹曲和開裂。因此，打印噴頭及其打印區域的溫度控制，對于打印制品的質量、力學強度至關重要。據我們目前查閱的資料與文獻報道，目前還沒有一種簡便、經濟的多區間連續控溫技術，來實現FDM打印區域溫度的有效控制，避免打印制品的翹曲和開裂。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置，利用連續控溫技術避免打印制品的翹曲和開裂，實現對溫度的精確控制。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于多區間連續控溫的3D打印機輔熱裝置，隨3D打印機的打印頭同步運動，包括兩端貫通的物料通道以及環繞設置在物料通道外側用于加熱物料的連續控溫區間；所述連續控溫區間的外側邊線與軸線呈一定傾角。

可選地，所述連續溫控區間為粘流態加熱區、高彈態加熱區、以及玻璃態加熱區中一種或幾種組合所形成的組。

可選地，所述粘流態加熱區的外側邊線與軸線之間夾角為α、所述高彈態加熱區的外側邊線與軸線之間夾角為β、所述玻璃態加熱區的外側邊線與軸線之間的夾角為γ。

可選地，所述連續控溫區間沿遠離物料通道的方向依次為粘流態加熱區、高彈態加熱區、以及玻璃態加熱區，粘流態加熱區、高彈態加熱區、以及玻璃態加熱區依次嵌套并緊密貼合。

可選地，所述連續控溫區間的加熱方式為熱電偶、熱風、熱輻射、激光、紅外中的一種或幾種組合所形成的組。

可選地，所述物料通道的最大截面直徑為d0、所述粘流態加熱區的最大底面直徑為d1、所述高彈態加熱區的最大底面直徑為d2、所述玻璃態加熱區的最大底面直徑為d3，d0≤d1≤d2≤d3。

可選地，0°＜α＜180°、0°＜β＜180°、0°＜γ＜180°。

可選地，所述物料通道用于高分子材料或其復合材料等物料的輸送與流通，所述物料種類包括絲材、粉體、粒料、熔融物中的一種或幾種組合所形成的組。

可選地，所述物料通道的加熱方式為熱電偶、熱風、熱輻射、激光、紅外中的一種或幾種組合所形成的組。

本發明的有益效果在于：

熔融沉積技術制備的3D打印品包含兩個過程，一個是打印噴頭在機床的軸平面內運動，另一個是打印頭沿縱向逐層完成打印，在打印過程中無論是橫向平面，還是縱向層堆積都產生大的溫度差，導致了產品出現翹曲和開裂。

本發明所采用的連續控溫方法，通過對聚合物流變性能的控制，從聚合物本身的粘流態、高彈態和玻璃態出發，具有兩大作用：