一种提高聚合物材料3d打印强度的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，包括框架、激光热源和加压辊，激光热源和加压辊分别通过激光支撑臂和加压辊支撑臂安装在框架的下端面滑槽中，框架上安装能使其沿X、Y和Z三个方向运动的驱动机构，加压辊与经过激光热源加热熔融未硬化的聚合物材料垂直接触后压过聚合物材料，在高度方向对熔融未硬化的聚合物材料施加压力。本实用新型采用加压辊，在每层聚合物材料熔融过程中增加了受压步骤，可有效减少产品内部的气泡、孔隙、弱粘接等缺陷，提高层间材料的强度和刚度，特别适合对于有颗粒填料或短纤维增强的聚合物材料在3D设备上使用。
【专利说明】一种提高聚合物材料3D打印强度的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，属于3D打印【技术领域】。
【背景技术】
[0002]3D打印技术又称为“快速成型技术”，也被称为“增材技术”、“堆积技术”，是二十世纪九十年代发展起来的一项先进制造技术。3D打印技术是以三维数字模型为基础，采用离散堆积原理，按照一定厚度将三维数字模型进行分层离散，形成一系列二维平面模型数据，再将数据进行一定的处理，加入工艺参数，形成数控程序，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成型。
[0003]对于使用聚合物材料进行3D打印加工，采用薄层铺粉方式的熔融沉积成型(Fused Deposit1n Modeling, FDM)由材料自身完成粘结实现立体成形的方法已较为成熟，但遇到的主要问题是由于每一层材料堆积粘接以依靠树脂自身重力熔融浸润底层表面的原理实现形状增长，在浸润层叠过程中容易形成夹杂气泡、孔隙等弱连接，造成制件产品的材料韧性和强度都不足。
[0004]CN201320511128.5提出了一种压合装置，可对3D打印挤出的聚合物材料施加压力，但该方法使用的压板对施力的表面有较大的侧向摩擦力，容易造成材料破裂和脱落。CN201410002890.X采用高压室和高压泵对打印产品施加无间断高压来获得致密材料，但材料堆叠形成的孔隙容易由于压力平衡而不能消除，因此对于铺粉成型的熔融沉积成型并不适用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供了一种改善材料的层叠方向的致密度、有效克服气泡、孔隙等缺陷、提高3D打印聚合物材料强度的装置。
[0006]本实用新型的技术解决方案:一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，包括框架、激光热源和加压辊，激光热源和加压辊分别通过激光支撑臂和加压辊支撑臂安装在框架的下端面滑槽中，框架上安装能使其沿X、Y和Z三个方向运动的驱动机构，加压辊与经过激光热源加热熔融未硬化的聚合物材料垂直接触后压过聚合物材料，在高度方向对熔融未硬化的聚合物材料施加压力。
[0007]所述的激光支撑臂可在框架的下端面滑槽中沿X方向移动，并在垂直方向上高度可调。
[0008]所述的加压辊支撑臂可在框架的下端面滑槽中沿X方向移动，并在垂直方向上高度可调。
[0009]本实用新型与现有技术相比的有益效果:
[0010](I)本实用新型采用加压辊，在每层聚合物材料熔融过程中增加了受压步骤，可有效减少产品内部的气泡、孔隙、弱粘接等缺陷，提高层间材料的强度和刚度，特别适合对于有颗粒填料或短纤维增强的聚合物材料在3D设备上使用；
[0011](2)本实用新型的激光热源和加压辊之间距离可调，且垂直高度可调，可以根据要成型的聚合物材料和形状调整合适位置，适应性强；
[0012](3)本实用新型利用沿X、Y和Z三个方向运动的驱动机构可以任意调整加热和加压位置，操作简单，可以适于连续生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图和实例本实用新型进行详细说明。
[0015]本实用新型如图1所示，包括框架1、激光热源2和加压辊3，激光热源2和加压辊3分别通过激光支撑臂6和加压辊支撑臂安装7在框架I的下端面滑槽中，框架I上安装能使其沿X、Y和Z三个方向运动的驱动机构，加压辊3与经过激光热源2加热熔融未硬化的聚合物材料4垂直接触后压过聚合物材料4，在高度方向对熔融未硬化的聚合物材料4施加压力。
[0016]激光支撑臂6和加压辊支撑臂7可在框架的下端面滑槽中沿X方向移动，使激光热源2和加压辊3之间的水平距离可调，激光支撑臂6和加压辊支撑臂7在垂直方向上高度可调，可以根据要成型的聚合物材料和形状调整合适位置。
[0017]本实用新型原理:
[0018]将聚合物材料制成细粉，使用3D打印设备在工件成型载体表面形成均匀薄层(聚合物材料4)。利用激光热源2对选定区域5进行加热，使选定区域5内的聚合物材料4熔融，浸润下层的载体表面，然后移走激光热源2，在聚合物材料4仍保持熔融未硬化时，以加压辊3压过该选定区域5，挤走气泡，使所选定区域5的材料内部致密。循环操作可使3D打印成型的聚合物材料4层间强度得到显著提高。
[0019]本实用新型工作流程:
[0020]准备聚合物材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺等单独或混合的聚合物材料以及掺杂了无机颗粒、无机纤维或碳纤维的聚合物材料的细粉，细粉的粒度应不影响薄层的铺展。使用3D打印设备在工件成型载体表面形成均匀薄层。利用热源(如激光)对选定区域进行加热，控制加热时间及功率使选定区域内的聚合物材料层熔融但不硬化，聚合物的流动性应保证浸润下层的载体表面。然后加热热源移向下一个加热选定区域，同时加压辊与热源同向运动，加压辊本身可提供一定范围可调的碾压力，并可沿固定轴轴向旋转，在聚合物层仍保持熔融未硬化时，使用加压辊压过该区域，挤走气泡。加压辊高度可调，通过高度方向调节，使熔融层的高度可根据需要压缩为原有的
0-90%，使所压区域的材料内部致密。通过此操作，将细粉在工件成型表面形成新的均匀薄层。利用热源对选定区域进行加热，使选定区域内的聚合物层熔融，浸润下层的载体表面，然后在聚合物仍保持熔融未硬化时，加压辊压过该区域，挤走气泡，使所压区域的材料内部致密。循环使用就能实现3D成型的聚合物材料层与层间有良好的接触和粘接，提高制品的强度。
[0021]本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
【权利要求】
1.一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，其特征在于:包括框架(I)、激光热源(2)和加压辊(3)，激光热源(2)和加压辊(3)分别通过激光支撑臂(6)和加压辊支撑臂(7)安装在框架(I)的下端面滑槽中，框架(I)上安装能使其沿X、Y和Z三个方向运动的驱动机构，加压辊(3)与经过激光热源(2)加热熔融未硬化的聚合物材料(4)垂直接触后压过聚合物材料(4)，在高度方向对熔融未硬化的聚合物材料(4)施加压力。
2.根据权利要求1所述的一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，其特征在于:所述的激光支撑臂(6)可在框架(I)的下端面滑槽中沿X方向移动，并在垂直方向上高度可调。
3.根据权利要求1所述的一种提高聚合物材料3D打印强度的装置，其特征在于:所述的加压辊支撑臂(7)可在框架(I)的下端面滑槽中沿X方向移动，并在垂直方向上高度可调。
【文档编号】B29C67/00GK203945693SQ201420347438
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】李洪深, 唐培毅, 雷雨, 张天翔, 赵英民 申请人:航天特种材料及工艺技术研究所