本發(fā)明涉及材料擠出成形的3d打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)是指打印頭在程序控制下，按照當(dāng)前層的截面信息進(jìn)行材料填充制造，然后再通過(guò)層層累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意復(fù)雜零件以及擁有較好的打印自由度，在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中越來(lái)越具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

可擠出成形材料的3d打印作為3d打印領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，目前越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，因其具備可制備材料范圍廣、部分材料可回收再制造的節(jié)能性、部分輕質(zhì)量高強(qiáng)度的材料特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于包括航空航天、國(guó)防軍事、醫(yī)療行業(yè)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及機(jī)器人、服務(wù)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。目前，為了提高可擠出成形材料的3d打印，國(guó)內(nèi)外就打印材料本身進(jìn)行了多方面的性能改進(jìn)，除過(guò)對(duì)于新材料的不斷發(fā)掘和更新，更是利用短纖維、連續(xù)纖維等多種強(qiáng)化材料通過(guò)復(fù)合材料的3d打印來(lái)實(shí)現(xiàn)打印件在各個(gè)方向上的強(qiáng)度提升，至此，按規(guī)劃路徑打印后的材料每單層內(nèi)各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)都有了極大的提升。

但是依然存在以下問(wèn)題：

一、層間力學(xué)性能較差是制約該領(lǐng)域3d打印發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，雖然無(wú)論是通過(guò)短纖維預(yù)浸漬還是連續(xù)纖維增強(qiáng)，都只是在明顯提升著單層的打印強(qiáng)度，而對(duì)于層間的力學(xué)性能提升依舊微乎其微，因此在較長(zhǎng)的打印時(shí)長(zhǎng)下，進(jìn)行層間性能的提升尤為重要。

二、3d打印噴頭本身對(duì)成形表面壓力比較小，嚴(yán)重影響制件的體積密度和介-微-納三重界面性能，因此提高制件的體積密度與多重界面性能，保證3d打印材料擠出成形制件的使用性能是另外一個(gè)必須克服的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法，可以更好的將可擠出成形材料在打印過(guò)程中的層間力學(xué)性能進(jìn)行提升。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭，包括連接在固定件2上的3d打印送料噴頭1，和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進(jìn)行配合打印的激光器3固定在固定件2上，和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進(jìn)行配合打印的熱滾壓筒5通過(guò)連接件4固定在固定件2上；

所述的熱滾壓筒5包括熱滾壓筒中心軸501，熱滾壓筒中心軸501一端通過(guò)兩個(gè)小軸承503連接在熱滾壓筒外殼504內(nèi)，熱滾壓筒中心軸501另一端通過(guò)大軸承507連接在熱滾壓筒外殼504內(nèi)，熱滾壓筒中心軸501中部粘貼有恒溫加熱片505，恒溫加熱片505通過(guò)恒溫加熱片導(dǎo)線506穿過(guò)熱滾壓筒中心軸501上的兩個(gè)小孔外接電源，熱滾壓筒中心軸501的端頭設(shè)有熱滾壓筒固定孔502。

所述的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭的使用方法，包括下列步驟：

1)將3d打印送料噴頭1、激光器3連接在固定件2上，將熱滾壓筒5通過(guò)連接件4連接在固定件2上；

2)將固定件2安裝到3d打印機(jī)上，并在3d打印送料噴頭1中填裝入可擠壓成形的打印材料，對(duì)3d打印送料噴頭1內(nèi)的加熱裝置及傳感器、激光器3、熱滾壓筒5中的恒溫加熱片505提供相應(yīng)電源；

3)在3d打印送料噴頭1打印第一層基底材料結(jié)束之后，激光器3啟動(dòng)，按照不同材料所需激光頻率進(jìn)行提前設(shè)定，設(shè)置好的激光在3d打印送料噴頭1打印前段小范圍適度燒融上一層已打印材料；

4)熱滾壓筒5與3d打印送料噴頭1同步工作，按照不同材料設(shè)置恒溫加熱片505的輸出溫度，適度熱滾壓打印后表面；

6)以此類(lèi)推，按照3d打印機(jī)打印過(guò)程打印成形所需打印件。

本發(fā)明的有益效果為：

采用本發(fā)明的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法，可以很好的利用激光預(yù)熱及打印后熱滾壓打印表面在一定程度上滿(mǎn)足了提升層內(nèi)各項(xiàng)性能的同時(shí)，有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能，而如果再借助更加精確的傳感反饋技術(shù)對(duì)激光器及熱滾壓設(shè)備進(jìn)行溫度均勻性及與材料參數(shù)的高度匹配的情況下，更是對(duì)于可擠出成形材料的3d打印意義非凡。

附圖說(shuō)明

圖1是使用本發(fā)明多功能3d打印頭的打印示意圖。

圖2是本發(fā)明多功能3d打印頭的各模塊拆分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(a)是熱滾壓筒5的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)為圖3(a)的剖面圖。

圖4是熱滾壓筒5的各零部件拆分示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1和圖2，一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭，包括連接在固定件2上的3d打印送料噴頭1，其中3d打印送料噴頭1通過(guò)送料噴頭卡位孔203確定固定位置，并借助送料噴頭固定螺孔204用螺栓頂住3d打印送料噴頭1的平面，以實(shí)現(xiàn)在噴頭固定件2上的固定；和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進(jìn)行配合打印的激光器3固定在固定件2上，激光器3由激光器上激光器固定螺孔301和固定件上激光器固定螺孔202對(duì)齊固定在噴頭固定件2上；和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進(jìn)行配合打印的熱滾壓筒5通過(guò)連接件4固定在固定件2上，熱滾壓筒5與連接件4通過(guò)熱滾壓筒固定孔502與熱滾壓筒固定軸402進(jìn)行配合連接，而固定件2與連接件4則通過(guò)連接件上熱壓件固定螺孔401與熱壓件固定螺孔201對(duì)齊用螺栓連接。

參照?qǐng)D3和圖4，所述的熱滾壓筒5包括熱滾壓筒中心軸501，熱滾壓筒中心軸501一端通過(guò)兩個(gè)小軸承503連接在熱滾壓筒外殼504內(nèi)，熱滾壓筒中心軸501另一端通過(guò)大軸承507連接在熱滾壓筒外殼504內(nèi)，熱滾壓筒中心軸501中部粘貼有恒溫加熱片505，恒溫加熱片505通過(guò)恒溫加熱片導(dǎo)線506穿過(guò)熱滾壓筒中心軸501上的兩個(gè)小孔外接電源，熱滾壓筒中心軸501的端頭設(shè)有熱滾壓筒固定孔502。

所述的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭的使用方法，包括下列步驟：

1)參照?qǐng)D1、圖2，將3d打印送料噴頭1、激光器3連接在固定件2上，將熱滾壓筒5通過(guò)連接件4連接在固定件2上；

2)將固定件2安裝到3d打印機(jī)上，并在3d打印送料噴頭1中填裝入可擠壓成形的打印材料，對(duì)3d打印送料噴頭1內(nèi)的加熱裝置及傳感器、激光器3、熱滾壓筒5中的恒溫加熱片505提供相應(yīng)電源；

3)在3d打印送料噴頭1打印第一層基底材料結(jié)束之后，激光器3啟動(dòng)，按照不同材料所需激光頻率進(jìn)行提前設(shè)定，設(shè)置好的激光在3d打印送料噴頭1打印前段小范圍適度燒融上一層已打印材料；

4)熱滾壓筒5與3d打印送料噴頭1同步工作，按照不同材料設(shè)置恒溫加熱片505的輸出溫度，適度熱滾壓打印后表面；

6)以此類(lèi)推，按照3d打印機(jī)打印過(guò)程打印成形所需打印件。

本發(fā)明可以很好的利用激光預(yù)熱及打印后熱滾壓打印表面，使得在一定程度上既滿(mǎn)足了提升層內(nèi)各項(xiàng)性能的同時(shí)，更是有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能，再借助更加精確的傳感反饋技術(shù)對(duì)激光器及熱滾壓設(shè)備進(jìn)行溫度均勻性及與材料參數(shù)的高度匹配的情況下，對(duì)于更加有效的提升打印件的層間力學(xué)性能意義巨大。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種用于材料擠出成形的多功能3D打印頭及使用方法，多功能3D打印頭包括連接在固定件上的3D打印送料噴頭，和3D打印送料噴頭的噴嘴進(jìn)行配合打印的激光器固定在固定件上，和3D打印送料噴頭的噴嘴進(jìn)行配合打印的熱滾壓筒通過(guò)連接件固定在固定件上；熱滾壓筒包括熱滾壓筒中心軸，熱滾壓筒中心軸一端通過(guò)兩個(gè)小軸承連接在熱滾壓筒外殼內(nèi)，熱滾壓筒中心軸另一端通過(guò)大軸承連接在熱滾壓筒外殼內(nèi)，熱滾壓筒中心軸中部粘貼有恒溫加熱片，使用方法利用激光預(yù)熱及打印后熱滾壓打印表面在一定程度上滿(mǎn)足了提升層內(nèi)各項(xiàng)性能的同時(shí)，有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能。

技術(shù)研發(fā)人員：田小永;羅盟;侯章浩;李滌塵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.02
技術(shù)公布日：2017.07.07