[發明專利]一種熔融層積成型3D打印的溫度控制系統及方法

在審

• 申請號: 202110623957.1
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113370532A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 彭愷寧;隋天一;杜朋雨;王皓吉;李欣然;張津碩;鄭佳奧;王潤東
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B29C64/295
• 分類號: B29C64/295;B29C64/364;B29C64/30;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y40/10
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 程小艷

本發明公開一種熔融層積成型3D打印的溫度控制系統及方法，主要由3D打印機，設置有打印室、打印平臺、打印系統，溫度控制系統組成，所述溫度控制系統包括控溫液池、控溫液體、加熱系統、溫控系統、攪拌系統以及液面控制系統。同時還公開溫度控制方法。本發明精確控制已擠出打印材料的溫度，消除快速冷卻成型時產生的形變，從而提高3D打印成型精度。3D打印制件在打印完成后緩慢降溫成型，緩解材料內部的熱應力集聚現象，從而改善打印制件的物理性能，延長打印制件的使用壽命，可避免再次加熱后打印制件二次形變等問題的發生。

技術領域

本發明涉及3D打印機技術領域，更具體地說，是涉及一種熔融層積成型3D打印的溫度控制系統以及方法。并在此基礎上，涉及一種應用該溫度控制系統實現多種材料3D打印的設備。

背景技術

3D打印技術使用逐層附加制造的思想，將所需制造的零件使用切片軟件切片，得到零件3D打印所需的運動控制代碼，再通過3D打印機逐層打印，堆疊成型。這種零件制造方式可以簡化生產制造步驟，避免使用模具以及后續的機械加工過程，實現零件的快速制造。

熔融層積成型技術，也稱FDM技術，是3D打印技術中較為常見的一種技術。它通過將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在程序控制下，根據截面輪廓將材料選擇性噴涂在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面，逐層成型，最終形成整個實體造型。

在3D打印技術領域，打印制件的溫度控制非常重要。在FDM技術打印過程中，具有較高溫度的打印耗材直接成型于溫度較低工作臺上，打印耗材與工作臺之間較大的溫差容易導致打印件內部堆積大量無法釋放的內應力。集聚的內應力將加速零件老化，當零件置于較高溫度的環境下時，集聚的內應力還可能造成零件二次變形，極大地縮短零件的使用壽命。

現有技術主要是通過將3D打印機與恒溫箱結合，在打印完成后使用專用烤箱退火處理來達到釋放堆積內應力的目的。該技術主要通過二次加熱釋放打印件內部堆積的內應力，步驟較為繁瑣，在退火處理中仍可能造成二次變形，且該方法制作的產品邊緣仍有分層沉積產生的“臺階效應”，較難達到所見即所得的3D打印效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的熔融層積成型3D打印溫度控制方法，并在此基礎上設計一種應用此方法實現多種材料增材制造的設備。本發明實現包含ABS材料、PLA材料、PEEK材料在內的多種可熔融層積成型的材料的高效、高精度、高強度的增材制造，減小打印制件內部集聚的應力，提高打印制件的使用壽命。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種熔融層積成型3D打印的溫度控制系統，主要由3D打印機、打印室、打印平臺、打印系統以及溫度控制系統組成，所述溫度控制系統，包括：

控溫液池，設置于打印平臺正下方，用于容納下述加熱系統、溫控系統、攪拌系統、液面控制系統及控溫液體；

控溫液體，容納于控溫液池內，用于在3D打印過程中精確控制3D打印模型溫度；

加熱系統，設置于控溫液池內，由若干單頭加熱管組成且所述單頭加熱管均勻分布于控溫液池內壁，用于加熱控溫液體；

溫控系統，設置于控溫液池內，由若干溫度傳感器組成且所述溫度傳感器均勻分布于控溫液池內壁，用于實時反饋溫度，形成閉環控制，精確調節控溫液體溫度；

攪拌系統，設置于控溫液池內，由電機及其控制的螺旋槳組成，用于攪拌控溫液體，使控溫液體內部溫度均勻；

液面控制系統，設置于控溫液池內，主要由針筒及位移傳感器組成，用于在3D打印過程中調節液面高度，保證液面上表面高度恒定。

進一步，所述控溫液體依打印耗材材質確定，所述控溫液體為丙二醇、二甘醇或甘油。