本實用新型涉及一種高強度聚合物3D打印設備，屬于3D打印領域。

背景技術：

3D打印技術是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來制造三維實體的技術，跟傳統(tǒng)的去除材料加工技術是不一樣的，所以又被成為增材制造(AM，Additive Manufacturing)。3D打印技術現(xiàn)階段主要應用領域有模具制造、藝術創(chuàng)作、產品模型生物工程與醫(yī)學等等，通過3D打印技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精細加工工藝。

3D打印技術目前已經取得了長足的進步，并可以實現(xiàn)彩印。比較出名的3D打印機制造商為美國3D Systems和Stratasys這兩家公司，現(xiàn)階段3D打印正處于迅速發(fā)展及整合階段。國內的3D打印起步較慢，發(fā)展速度較慢，僅有部分企業(yè)開始了3D打印機的生產和銷售。但是國產的3D打印機的產品相對技術含量較低，在打印速度、打印精度以及打印規(guī)模等方面很難滿足商業(yè)需求。3D打印要想進一步擴展，仍面臨著很多問題：一是成本方面，現(xiàn)在市面所售的3D打印機價格昂貴，對3D打印普及造成一定的困擾。二是打印的材料目前大多都是化學聚合物，制品的局限性較大，而且產品的機械性能較差，安全方面也存在風險。三是在打印速度和精度以及打印效率方面的最優(yōu)化還沒有解決，提高打印速度就會降低打印精度，從而影響產品合格率，但提高打印精度會導致打印速度降低，從而無法去大規(guī)模生產，這兩者之間存在嚴重沖突。

目前能滿足提高打印速度和打印制品強度需求的制備工藝和裝置的文獻和專利報道較少。

本實用新型中使用的聚合物納米疊層裝置,借鑒的是一項發(fā)明專利200910237622.5,將n層高分子熔體疊加，并經過雙向拉伸形成一層具有高度結晶取向的納米疊層薄膜,該納米疊層薄膜具有良好力學性能,對3D打印制品的強度提升起到重要幫助。

本實用新型基于聚合物納米疊層裝置與3D打印中的薄片分層堆層成型法，通過設計實現(xiàn)聚合物納米疊層薄膜逐層裁剪堆疊，從而獲得高強度制品，同時提高了打印速度，為3D打印在更多領域應用提供了條件。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型涉及一種高強度聚合物3D打印設備，將疊層裝置與3D打印裝置結合起來，通過3D打印裝置的激光切割器對疊層裝置生產的納米疊層薄膜進行切割來堆疊，提高了打印速度，減少了冷卻時間，每層薄膜在切割前都會噴涂一層與薄膜材質相同的溶液粘結劑，通過一個壓板將切割后的材料進行壓實，使層與層之間能夠緊密粘結，疊層裝置生產的納米疊層薄膜經疊層和雙向拉伸后其力學性能顯著提高，因此制品具有較高的力學性能。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其主要組成有：擠出機、料斗、加熱裝置、疊層器、薄膜定型裝置、張緊輪、薄膜固定裝置、靜電噴膠裝置、激光切割器、壓板、廢膜收集器和打印平臺，其中擠出機與疊層器相連，疊層器往后的裝置依次是薄膜定型裝置、張緊輪、薄膜固定裝置、靜電噴膠裝置、激光切割器以及廢膜收集器，激光切割器的下方是一個可以伸縮的壓板，壓板的下方是打印平臺；薄膜定型裝置、張緊輪、薄膜固定裝置放置在一起，薄膜定型裝置、薄膜固定裝置以及廢膜收集器在將薄膜設定在同一水平面內，薄膜處在同一高度的有疊層器出口、薄膜定型裝置進口，薄膜定型裝置出口、薄膜固定裝置進出口、接收平臺以及廢膜收集器滾輪等與薄膜接觸的部位，疊層器的擠出速度與薄膜定型裝置的運行速度、張緊輪工作時的上升速度、薄膜固定裝置工作時的速度以及廢膜收集器的速度要保持一致，打印平臺在每次切割結束后都會先上升一段距離，使得制品經過壓板擠壓粘結后再下移一定距離。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其中擠出機與聯(lián)軸器通過四個螺栓進行軸向定位，疊層器與聯(lián)軸器通過四個螺栓進行軸向定位連接，將供給的聚合物熔體制造成具有結晶取向的納米疊層薄膜，該納米疊層薄膜具有高力學性能，加強了3D打印制品的強度。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，擠出機的電機為步進電機，通過485通訊接口與顯示屏相連接，通過控制擠出機螺桿轉速達到控制層疊擠出片材的速度。薄膜定型裝置為三輥擠壓機，用來調節(jié)制備的納米疊層薄膜厚度，使擠出的片材達到所需厚度。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其打印方法步驟為：

第一步，將聚合物材料添加到料筒中，經擠出機塑化成熔體后，熔體流經疊層器及定型裝置后成為n層薄膜，將n層薄膜雙向拉伸后加工制成具有結晶取向的納米疊層薄膜，納米疊層薄膜經過薄膜定型裝置達到需要厚度；第二步，納米疊層薄膜經過靜止的張緊輪到達薄膜固定裝置，此時膜的制備速度與薄膜定型裝置和薄膜固定裝置的速度相同，薄膜固定裝置能夠在納米疊層薄膜經過靜電噴膠裝置時，噴嘴將相同材質的靜電粘合劑溶液噴淋到薄膜上，待薄膜到達打印平臺，此時薄膜固定裝置停止工作，張緊輪開始上升，激光切割器迅速切割打印平臺上的薄膜，待切割結束后，壓板從外側到達打印平臺上方，打印平臺上升一定高度，將打印的制品進行擠壓，然后打印平臺下降一定高度，使制品頂端剛好位于薄膜下方，薄膜固定裝置開始工作，張緊輪下降，廢膜收集器開始收集廢膜，此時三者速度相同并大于疊層擠出速度，如此反復運行直至3D制品被打印出來，然后將制品進行烘干和后處理。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其中張緊輪是在薄膜被切割時進行上升運動，其移動精度為0.01mm，避免前邊產生的納米疊層薄膜堆疊在一起，其上升速度與疊層器產出薄膜的速率相同，被切割的薄膜是靜止的，但是疊層器是連續(xù)工作的，此時制造出來的薄膜需要張緊輪來進行收集，張緊輪將連續(xù)工作與間歇工作連接到了一起。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其中薄膜固定裝置為雙輥擠壓機，在激光器切割納米疊層薄膜時靜止不動，起到固定作用，在切割完后運行速度與三輥擠壓機一致，直至新的未切割的納米疊層薄膜覆蓋整個接收平臺后再次停止運動，廢膜收集器的運動狀況與雙輥擠壓機相同，切割結束后打印平臺先上升將制品壓實再向下平移一個薄膜厚度。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其中層與層之間采用的粘結劑是聚合物材料制備的溶液，使用的溶劑具有較好的揮發(fā)性，在溫控條件下具備揮發(fā)快，粘結性好的特點，提高了3D打印制品整體力學性能。

本實用新型提出了一種高強度聚合物3D打印設備，其中通過切割薄膜來縮減打印冷卻時間，不用每層逐點進行打印冷卻，解決了打印速度慢的問題，顯著提高打印速度。

本實用新型通過將疊層裝置與3D打印裝置結合起來，使得3D打印變得更加便捷，通過疊層器產生的納米疊層薄膜經疊層和拉伸后其力學性能顯著提高，從而使3D打印制品強度增加，而層與層之間通過同材料的溶液粘結劑進行粘結和壓緊，保證制品層與層之間的粘結性，不容易斷開，由于激光切割器直接切割一層，使產品冷卻時間減少，打印速度提高，這種設備及方法明顯提升了打印速度和制品的強度，解決了現(xiàn)在3D打印速度慢，冷卻時間長，制品強度低的缺點，為新技術的應用提供了更多的空間，從而滿足了不同應用領域對3D打印的不同需求。

附圖說明

圖1是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置軸側示意圖；

圖2是本發(fā)明一種高強度聚合物3D打印裝置示意圖；

圖3是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置俯視示意圖；

圖4是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置的薄膜運行軌跡示意圖；

圖5是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置的激光切割部分示意圖；

圖6是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置的壓板在外側時的激光切割部分示意圖；

圖7是本實用新型一種高強度聚合物3D打印裝置的壓板在里側時的激光切割部分示意圖。

1-擠出機，2-料斗，3-加熱裝置，4-疊層器，5-薄膜定型裝置，6-張緊輪，7-薄膜固定裝置，8-靜電噴膠裝置，9-激光切割器，10-壓板，11-廢膜收集器，12-打印平臺。

具體實施方式

本實用新型提出一種高強度聚合物3D打印裝置，其主要組成有：擠出機1、料斗2、加熱裝置3、三個疊層器4、薄膜定型裝置5、張緊輪6、薄膜固定裝置7、靜電噴膠裝置8、激光切割器9、壓板10、廢膜收集器11和打印平臺12，各零部件的位置及連接關系如圖1-圖3所示。根據(jù)本實用新型提出的一種高強度聚合物3D打印方法，將聚合物材料添加到料斗2中，經擠出機1及其加熱裝置3和三個疊層器4，將2層薄膜疊加和雙向拉伸后加工制成128層超薄具有結晶取向的納米疊層薄膜，納米疊層薄膜經過薄膜定型裝置5達到0.5mm的厚度，然后經過靜止的張緊輪6到達薄膜固定裝置7，此時薄膜的制備速度與薄膜定型裝置5和薄膜固定裝置7的速度相同，在納米疊層薄膜經過靜電噴膠裝置8時，噴嘴將相同材質的靜電粘合劑溶液噴淋到薄膜上，然后薄膜到達打印平臺12上方，此時薄膜固定裝置7停止工作，張緊輪6開始上升，激光切割器9迅速切割打印平臺12上方的薄膜，如圖5-圖7所示，待切割結束后，原本停留在外側的壓板10迅速移到內側，打印平臺12先上升一定高度將制品頂?shù)綁喊迳线M行壓實，然后向下移一定高度，使制品頂端位于整個薄膜下方，此時薄膜固定裝置7開始工作，張緊輪6下降，廢膜收集器11開始收集廢膜，此時三者速度相同并大于疊層擠出速度，如此反復運行直至3D制品被打印出來，然后將制品進行烘干和后處理。薄膜運行軌跡示意圖如圖4所示。