本實(shí)用新型涉及新型裝備制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)(也稱“3D打印”)是基于計(jì)算機(jī)三維CAD模型，采用逐層堆積的方式直接制造三維物理實(shí)體的方法。增材制造技術(shù)可以在一臺設(shè)備上快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的零部件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”。與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，增材制造可降低加工成本20％-40％以上，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期約80％。近20年來，增材制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，形成了多種成型技術(shù)和裝備。這些技術(shù)面向航空航天、武器裝備、汽車、模具以及生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域，直接制造三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)，解決傳統(tǒng)制造工藝難以甚至無法加工的制造難題。增材制造作為一項(xiàng)前瞻性、戰(zhàn)略性技術(shù)，其工程應(yīng)用性很強(qiáng)，領(lǐng)域跨度大，對未來制造業(yè)，尤其是高端制造的發(fā)展十分重要。其中熔融沉積快速原型制造(FDM)是一種將各種熱熔性的絲狀/粉體材料加熱熔化擠出成型技術(shù)，它具有設(shè)備簡單、工藝干凈、運(yùn)行成本低且不產(chǎn)生垃圾，可以快速構(gòu)建中空零件等優(yōu)點(diǎn)。相比于針對軍工的選擇性激光融化設(shè)備(SLM)，F(xiàn)DM打印機(jī)價(jià)格低廉，易于推廣并盡快應(yīng)用于工藝品、模具、汽車零部件直接制造等民用工業(yè)。但現(xiàn)有的FDM成型設(shè)備受固件及控制組件的限制，成型室最高只能達(dá)到120℃，擠出頭溫度最高可達(dá)280℃。這些限制導(dǎo)致目前可用于FDM打印的主要是ABS和PLA兩種材料。隨著技術(shù)的的進(jìn)步及3d打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，尼龍、PEEK和聚酰亞胺等高強(qiáng)度耐高溫的高性能工程塑料的打印必然是一種趨勢。與之配套的打印耗材的研發(fā)也迫在眉睫。

目前，國內(nèi)3D打印耗材還在采用傳統(tǒng)的擠出、冷卻、繞絲工藝。由于3d打印耗材對絲材的線徑要求很嚴(yán)格。目前市面上大多采用1.75±0.02mm的規(guī)格。如此高的精度要求，需要保證收縮的均勻性和不同批次產(chǎn)品的一致性。特別是對于高溫?zé)崴苄圆牧?，為保證精度，整個設(shè)備尺寸較大或者加工速度非常緩慢，不便于用作實(shí)驗(yàn)室研發(fā)設(shè)備。而且對于FDM用一定半結(jié)晶或者非晶耗材難以制備。受到材料收縮率不同的限制，每種材料都需要一種特定孔徑的模具與之對應(yīng)，通用性較差。

綜上所述，目前需要一種使用方便，通用性好的3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備，所述的3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備體積更加小巧、加工速度更快、均勻性更好，對于半結(jié)晶、非晶材料的制備液更加方便，且對不同材料的通用性較好。

在本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備，所述設(shè)備包括：機(jī)架20；和依次設(shè)置于所述的機(jī)架上的：強(qiáng)制冷卻區(qū)4，所述強(qiáng)制冷卻區(qū)包括：強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩6，和位于所述強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩外的一個或數(shù)個用于冷卻原絲的強(qiáng)制冷卻裝置5；退火拔絲區(qū)7，所述退火拔絲區(qū)包括：拔絲孔板8、9，和設(shè)置于所述拔絲孔板上的加熱器10；緩冷區(qū)12，所述緩冷區(qū)包括：緩冷風(fēng)罩14、位于所述緩冷風(fēng)罩外的一個或數(shù)個緩冷裝置13、和滑動風(fēng)擋15；和控制器19，所述的控制器用于控制所述的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩為表面具有一個或多個風(fēng)罩孔的筒狀結(jié)構(gòu)，且所述筒狀結(jié)構(gòu)中心具有空隙，用于通過原絲。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩表面為具有多個風(fēng)罩孔的多孔結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述風(fēng)罩孔為方形孔。

在另一優(yōu)選例中，所述風(fēng)罩孔為圓形孔。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩為圓筒形結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述的風(fēng)罩為金屬風(fēng)罩、塑料風(fēng)罩、外面包裹塑料的金屬風(fēng)罩。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻裝置和所述的緩冷裝置位于所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩的外周，且使所述的強(qiáng)制冷卻裝置和所述的緩冷裝置垂直于原絲前進(jìn)方向的截面各處溫度基本均勻。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩表面的風(fēng)罩孔的孔面積沿原絲前進(jìn)方向逐漸增大，或所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩和緩冷風(fēng)罩表面的風(fēng)罩孔的孔密度沿原絲前進(jìn)方向逐漸增大。

在另一優(yōu)選例中，沿原絲前進(jìn)方向，所述的強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩中的溫度逐漸下降。

在另一優(yōu)選例中，沿原絲前進(jìn)方向，所述的緩冷風(fēng)罩中的溫度逐漸下降。

在另一優(yōu)選例中，所述拔絲孔板上設(shè)置有不同孔徑的一組或多組拔絲孔。

在另一優(yōu)選例中，所述的機(jī)架上還固定有：位于所述的強(qiáng)制冷卻區(qū)前端的擠出裝置，其中，所述的擠出裝置包括：料斗1、擠出機(jī)2、擠出頭3；位于所述的緩冷區(qū)后端的繞絲裝置，其中，所述的繞絲裝置包括：繞絲輪16、繞絲機(jī)17，和線軸18。

在另一優(yōu)選例中，所述的繞絲裝置具有數(shù)個交錯分布的繞絲輪。

在另一優(yōu)選例中，所述的強(qiáng)制冷卻裝置是冷卻風(fēng)扇；和/或所述的緩冷裝置是冷卻風(fēng)扇。

在另一優(yōu)選例中，所述的退火拔絲區(qū)還包括設(shè)置于所述的拔絲孔板上的溫度傳感器11。

在另一優(yōu)選例中，所述的加熱器為嵌于所述的拔絲孔板表面的電熱絲。

在本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種3D打印用高溫耗材拉絲方法，所述的方法包括步驟：

(1)在所述的擠出裝置中加入打印原料，運(yùn)行所述的擠出裝置，使所述的擠出裝置擠出高溫原絲；

(2)使所述的高溫原絲通過強(qiáng)制冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，得到中溫原絲；

(3)使所述的中溫原絲通過所述的拔絲孔板，從而得到特定孔徑的半成型原絲；

(4)使所述的半成型原絲通過所述的緩冷區(qū)，從而得到冷卻成型原絲；

(5)運(yùn)行所述的繞絲裝置，使所述的成型原絲繞于所述的線軸上。

在另一優(yōu)選例中，所述的方法還包括，通過所述的控制器，調(diào)節(jié)所述設(shè)備各區(qū)域的溫度。

在另一優(yōu)選例中，在所述的步驟(3)之前，開啟所述的加熱器，使所述的拔絲孔板處于高溫狀態(tài)。

在另一優(yōu)選例中，所述的方法還包括，通過所述的線軸轉(zhuǎn)動引導(dǎo)所述的原絲前進(jìn)。

在另一優(yōu)選例中，所述的方法還包括，通過所述的控制器，調(diào)節(jié)所述線軸的轉(zhuǎn)動速度。

在另一優(yōu)選例中，所述的打印原料是熱塑性樹脂。

在另一優(yōu)選例中，所述方法還包括：在所述的擠出機(jī)中對所述的打印原料進(jìn)行加熱熔融。

應(yīng)理解，在本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中耗材拉絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型所述設(shè)備的強(qiáng)制冷卻區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖之一，A為前視圖，B為頂視圖，C為左視圖；

圖3為本實(shí)用新型所述設(shè)備的強(qiáng)制冷卻區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖之二,A為前視圖，B為頂視圖，C為左視圖；

圖4為本實(shí)用新型所述設(shè)備的退火拔絲區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖,A為前視圖，B為頂視圖，C為左視圖；

圖5為本實(shí)用新型所述設(shè)備的緩冷區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖,A為前視圖，B為頂視圖，C為左視圖；

其中，1為料斗，2為擠出機(jī)，3為擠出頭，4為強(qiáng)制冷卻區(qū)，5為強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇，6為強(qiáng)制冷卻風(fēng)罩，7為退火拔絲區(qū)，8和9為不同孔徑的拔絲孔，10為加熱器，11為溫度傳感器，12為緩冷區(qū)，13為緩冷風(fēng)扇，14為緩冷風(fēng)罩，15為滑動風(fēng)擋，16為繞絲輪，17為繞絲機(jī)，18為線軸，19為控制器，20為機(jī)架。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明人經(jīng)過長期而深入的研究，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)3D打印耗材還在采用傳統(tǒng)的擠出、冷卻、繞絲工藝設(shè)備尺寸較大或者加工速度非常緩慢，不便于用作實(shí)驗(yàn)室研發(fā)設(shè)備。而且對于FDM用一定半結(jié)晶或者非晶耗材難以制備。受到材料收縮率不同的限制，每種材料都需要一種特定孔徑的模具與之對應(yīng)，通用性較差。本實(shí)用新型所述的3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備，在擠出機(jī)和繞絲設(shè)備之間依次設(shè)置強(qiáng)制冷卻區(qū)、退火拔絲區(qū)和緩冷區(qū)。強(qiáng)制冷卻區(qū)可以縮短冷卻區(qū)長度，而且方便半結(jié)晶和非晶材料制備，退火拔絲區(qū)采用金屬孔板拉絲的原理，將塑料加熱到一定溫度后使其具有較好的塑性，然后根據(jù)材料的收縮率不同，通過相應(yīng)的拔絲孔。拔絲孔有多組，方便不同種類、不同尺寸規(guī)格耗材的制備。緩冷區(qū)用于降低拔絲加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。相對熔融溫度而言，塑料的熱塑性溫度較低，所以退火拔絲區(qū)的溫度也就較低，緩冷區(qū)的長度也就不用太長。綜上所述，可以實(shí)現(xiàn)減小設(shè)備冷卻區(qū)尺寸，提高設(shè)備通用性及加工速度的目的，從而完成了本實(shí)用新型。

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。需理解，以下的描述僅為本實(shí)用新型的最優(yōu)選實(shí)施方式，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對于本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。在充分理解本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出非本質(zhì)的改動，這樣的改動應(yīng)當(dāng)被視為包括于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中的。

如附圖1，耗材拉絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖所示，本發(fā)明提供了一種3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備，包括擠出機(jī)2、強(qiáng)制冷卻區(qū)4、退火拔絲區(qū)7、緩冷區(qū)12、繞絲機(jī)15、控制器19和機(jī)架20。塑料母粒放入料斗1后，通過擠出機(jī)加熱熔融后經(jīng)傳動螺桿從擠出頭2擠出原絲，經(jīng)過強(qiáng)制冷卻區(qū)4冷卻原絲(詳見圖2和3，強(qiáng)制冷卻區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖)，原絲進(jìn)入退火拔絲區(qū)7后，根據(jù)尺寸要求，選擇合適的拔絲孔(8或9)得到所需要尺寸的絲(詳見圖4，退火拔絲區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖)，經(jīng)過緩冷區(qū)12進(jìn)一步冷卻，緩冷風(fēng)罩14和滑動風(fēng)擋15是同心的雙層結(jié)構(gòu)，上面都有孔隙，當(dāng)兩者孔隙對正時(shí)，風(fēng)量最大，當(dāng)兩者孔隙完全錯位時(shí)，風(fēng)量最小，通過調(diào)節(jié)兩者的孔隙位置可以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小(詳見圖5，緩冷區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖)。在繞絲機(jī)17的作用下，經(jīng)過繞絲輪16后將最終耗材繞在線軸18上，完成整個拉絲工藝。通過控制器，可以控制設(shè)備的運(yùn)行溫度、運(yùn)行速度等參數(shù)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)包括：

與現(xiàn)有3D打印耗材拉絲設(shè)備相比，本實(shí)用新型所述3D打印用高溫耗材拉絲設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)體積更加小巧、加工速度更快、均勻性更好，對于半結(jié)晶、非晶材料的制備液更加方便；

(2)對不同材料的通用性較好，設(shè)置了不同的孔徑可供選擇，避免頻繁更換模具帶來的困擾，可滿足不同用戶，特別是實(shí)驗(yàn)室研發(fā)型客戶的使用需求。

在本實(shí)用新型提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。