增加高分子材料熔融沉积成形件致密度的装置的制造方法

本发明涉及一种熔融沉积3D制造技术，特别涉及一种用于高分子材料的熔融沉积成形装置。

背景技术：
高分子材料增材制造技术是发展最早的增材制造技术之一，相对比其它材料的增材制造技术而言，高分子材料增材制造技术已实现市场推广及产业化。与其它材料的增材制造技术相比，高分子材料增材制造技术发展的相对较为成熟，但对于高分子材料的熔融沉积成形(FDM技术)而言，还存在一些缺陷没有克服。熔融沉积成形，是靠对丝材加热使丝材融化到熔融状态，然后把熔融的高分子材料挤出堆积成形，挤出的融化高分子材料是依靠重力向下堆积，使融化的高分子材料与基板或前一层固化的高分子材料粘结固化成形，但由于重力作用微弱，挤出的熔融高分子材料粘结往往不牢固，并存在空隙，使成形出来的高分子零件致密性不足，对生产出来的高分子材料零件的性能产生很大影响，因此致密性问题是提高高分子材料熔融挤出沉积成形件性能首先要解决的关键性问题。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高分子材料熔融沉积成形装置，可有效增加挤出沉积成形零件的致密度。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：一种增加高分子材料熔融沉积成形件致密度的装置，包括电极板、固定在电极板上的成形托板，可在成形托板上方三维运动的喷头模块；其特征在于，所述电极板与直流高压电源相连，在喷头模块下方、成形托板上方形成电场；所述喷头模块中设有电荷施加器。上述方案中，所述的喷头模块包括一个安装座，其下方连接挤出喷头，所述电荷施加器为一个微型电子发射枪，通过一个与安装座相连的侧板固定在挤出喷头的腰部。所述挤出喷头的下端连接一个喷头压块。与现有技术相比，本发明的优点是：采用新原理来提高高分子材料熔融沉积成形的质量，用电场力结合挤压方式，使成形出来的高分子材料的成形件致密性得到有效提高，其原理简单易懂，操作实现容易，应用范围较广。附图说明图1是本发明装置的剖开三维结构图。图2是图1中喷头模块4的三维结构图。图3是喷头压块三维图。图1-图3中：1、电极板；2、成形托板；3、滑块；4、喷头模块。5、微型电子发射枪；6、侧板；7、安装座；8、挤出喷头；9、喷头压块；10、梯形槽。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。参考图1，一种增加高分子材料熔融沉积成形件致密度的装置，包括电极板1、成形托板2、滑块3、喷头模块4。其中喷头模块4由微型电子发射枪5、侧板6、安装座7、挤出喷头8、喷头压块9组成(图2)。成形托板固定在电极板上面，电极板与直流高压电源相连，可在喷头模块下方、成形托板上方形成电场。喷头模块4置于两个滑块3的纵向连杆之间，可沿y方向运动；滑块3置于两个角块的横向连杆(前、后各一)间，可在x方向运动；四个角块可在四个立柱上作z方向运动，最终使挤出喷头8在成形托板上方实现三维运动。参考图2，挤出喷头8为一个带通孔的圆柱零件，贯穿于安装座上下，微型电子发射枪5通过一个与安装座相连的侧板6固定在挤出喷头的腰部，挤出喷头下端连接喷头压块9.电子枪发射电子，使喷头挤出的熔融状态的高分子材料携带负电荷。参考图3，喷头压块下端设有一个梯形槽10，挤出喷头8挤出熔融高分子材料，梯形槽10两边凸出部分对熔融的高分子材料进行挤压，使熔融高分子材料粘牢在已固化的高分子材料上面。装置工作时，电极板1连接直流高压电源(5-20万伏特)，在电极板上方形成电场；高分子材料丝材在喷头8内被加热到熔融状态，同时微型电子发射枪5工作，对熔融状态的高分子材料发出电子，使熔融状态的高分子材料携带负电荷，携带负电荷的熔融状态的高分子材料被喷头8挤出，挤出的高分子材料因携带负电荷，在电场中受到电场力作用，使熔融挤出的状态的高分子材料受到向下的力，电场力与重力叠加，使熔融状态的高分子材料牢固地粘结在成形托板2上；随着成形过程的进行，后续挤出的熔融状态的高分子材料牢固地凝结在下一层凝固的高分子材料层上。在成形过程中，挤出的熔融的高分子材料靠重力和静电力粘结固化在前一层(或成形板)上，每道粘结材料之间仍存在空隙，为进一步获得高致密度高分子材料零件，采用在喷头8上加装喷头压块9，对挤出粘结在前一层上的未凝固的高分子材料进行挤压，使挤出的高分子材料在未凝固状态下压紧，使空隙被高分子材料填满，达到消除空隙，获得完全致密的高分子材料零件。本发明装置的工作原理是：(1)采用电场力的方法，带电物体在电场中受到电场力作用，在成形托板上加装高压电极板，使其形成空间电场，通过静电力使挤出的熔融状态的高分子材料在电场力作用下向下被吸紧粘结在已固化层，以提高分子成形件的致密性，从而提高高分子材料成形零件的综合性能。(2)进一步的，采用喷头压块对挤出熔融状态的高分子材料的压迫，使空隙被高分子材料填满，从而获得完全致密的高分子材料成形件。