本發(fā)明屬于3d打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺。

背景技術(shù)：

fdm型3d打印機是一種常見的3d打印機類型，其中的fdm是指“fuseddepositionmodeling”，即為熔融沉積成型。fdm型3d打印機打印的材料一般是熱塑性材料，如蠟、abs、尼龍等。它以絲狀供料，材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化成液態(tài)，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出。隨后，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)形成一層截面。一層成型之后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)，再成型下一層，直至形成整個實體造型。除了fdm型3d打印機，現(xiàn)在還有sls型(selectivelasersintering，粉末材料選擇性激光燒結(jié))和sla型(stereolithographyapparatus，光敏樹脂選擇性固化)3d打印機。其中，sls型3d打印機將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升到熔化點，進行燒結(jié)并與下面已成型的部分實現(xiàn)粘結(jié)。一層完成后，工作臺下降一層厚度，鋪料輥在上面再鋪上一層均勻密實粉末，進行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個模型。而sla型3d打印機在液槽中放置滿的液態(tài)光敏樹脂，其在激光器所發(fā)射的紫外激光束照射下，會快速固化(sla與sls所用的激光不同，sla用的是紫外激光，而sls用的是紅外激光)。在成型開始時，可升降工作臺處于液面以下，剛好一個截面層厚的高度。通過透鏡聚焦后的激光束，按照機器指令將截面輪廓沿液面進行掃描，掃描區(qū)域的樹脂快速固化，從而完成一層截面的加工過程，得到一層塑料薄片，然后工作臺下降一層截面層厚的高度，再固化另一層截面，這樣層層疊加構(gòu)成建構(gòu)三維實體。

fdm型3d打印機在打印過程中，是通過分層式進行的，打印頭把材料擠出并粘在下層材料上面后，材料在風(fēng)扇的作用下迅速降溫并固化在下層材料上。可是，上層材料與下層材料之間通過面接觸，兩層材料之間僅依靠材料的分子間作用力連接，打印品沿水平方向的力學(xué)強度較弱，當(dāng)在外表面沿水平方向施加力時，由于僅依靠分子間作用力連接，打印品容易沿水平面出現(xiàn)整層分離的情況，另外，成型件的表面有較明顯的條紋，較粗糙，不適合高精度精細(xì)小零件的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中的打印機一般采用平頭擠出頭，在熔融的塑料擠出時，通過擠出頭前部的小平面把未凝固的塑料及時壓平，現(xiàn)在也有了新方案，利用的是尖頭擠出頭，使擠出頭對擠出的塑料沒有壓平效果，材料在迅速凝固后沿豎直方向出現(xiàn)輕微的波紋狀。也正是由于這些波紋狀的微觀結(jié)構(gòu)存在，增強了打印品的力學(xué)性能，然而，在打印對力學(xué)性能要求更高的產(chǎn)品時，尖頭噴頭的波紋狀微觀結(jié)構(gòu)還不能滿足要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，不僅能夠增加打印品的波紋狀微觀結(jié)構(gòu)，使力學(xué)性能更強，而且使打印層之間結(jié)合更加致密，降低打印品表面粗糙度。

本發(fā)明提供的一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，包括設(shè)置在支撐板上的熱床，所述支撐板的下部固定有超聲換能器，用于在3d打印時使所述熱床產(chǎn)生超聲振動，所述超聲換能器利用變幅桿上的法蘭固定于固定板上。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的數(shù)量為一個、三個或四個。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的數(shù)量為一個，且設(shè)置于所述固定板的重心位置。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的數(shù)量為三個，且以所述固定板的重心為圓點呈圓周分布。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的數(shù)量為四個，且在所述固定板上呈矩形分布，所述矩形的重心與所述固定板的重心重合。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的振動頻率范圍為20khz至35khz。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器的振幅范圍為2微米至10微米。

優(yōu)選的，在上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中，所述超聲換能器為縱振式超聲換能器或彎曲振動式超聲換能器。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的上述超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，由于所述支撐板的下部固定有超聲換能器，用于在3d打印時使所述熱床產(chǎn)生超聲振動，所述超聲換能器利用變幅桿上的法蘭固定于固定板上，因此，不僅能夠增加打印品的波紋狀微觀結(jié)構(gòu)，使力學(xué)性能更強，而且使打印層之間結(jié)合更加致密，降低打印品表面粗糙度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提供的第一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的示意圖；

圖2為本申請實施例提供的第三種具有一個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖；

圖3為本申請實施例提供的第四種具有三個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖；

圖4為本申請實施例提供的第五種具有四個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖；

圖5為縱振式復(fù)合換能器的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心思想在于提供一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，不僅能夠增加打印品的波紋狀微觀結(jié)構(gòu)，使力學(xué)性能更強，而且使打印層之間結(jié)合更加致密，降低打印品表面粗糙度。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本申請實施例提供的第一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺如圖1所示，圖1為本申請實施例提供的第一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的示意圖，該平臺包括設(shè)置在支撐板2上的熱床1，所述支撐板2的下部固定有超聲換能器3，用于在3d打印時使所述熱床1產(chǎn)生超聲振動，所述超聲換能器3利用變幅桿上的法蘭固定于固定板4上。在這種情況下，超聲換能器的法蘭部分的振幅為0，把法蘭固定于固定板4上，支撐板2固定于超聲換能器3的末端上，超聲換能器3法蘭部分與固定板4、超聲換能器3與固定板2以及固定板2與熱床1之間均可以但不限于通過螺釘連接，固定板4與滾珠絲桿以及直線軸承連接，在z軸上移動。

需要說明的是，超聲波換能器能夠?qū)⑤斎氲碾姽β兽D(zhuǎn)換成機械功率(即超聲波)再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。超聲換能器的分布形式可以依據(jù)底板形狀而定，3d打印機的z軸通過控制兩條滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)帶動平臺移動，在熱床下方加入超聲換能器，使平臺在打印時發(fā)生一定程度的超聲振動，使打印出來的物質(zhì)產(chǎn)生一些波紋狀微觀結(jié)構(gòu)，使打印件力學(xué)性能更好。另外，在3d打印時，是通過層層堆疊的形式進行打印的，在打印首層時或前幾層時，由于需要與底板進行粘合，為了能和底板進行平滑粘合，此時應(yīng)該不產(chǎn)生振動，可見超聲換能器在打印過程中為非連續(xù)性振動。

通過上述描述可知，本申請實施例提供的第一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，由于所述支撐板的下部固定有超聲換能器，用于在3d打印時使所述熱床產(chǎn)生超聲振動，所述超聲換能器利用變幅桿上的法蘭固定于固定板上，因此，不僅使得打印過程中熔融的材料與上層凝固材料之間出現(xiàn)更多輕微的波紋狀的微觀結(jié)構(gòu)，使力學(xué)性能更強，而且使打印層之間結(jié)合更加致密，降低打印品表面粗糙度。

本申請實施例提供的第二種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第一種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述超聲換能器的數(shù)量為一個、三個或四個。

需要說明的是，為了保證振動的穩(wěn)定性，無論超聲換能器的數(shù)量為多少，都要保證所有的超聲換能器的中心位于固定板的重心位置。

本申請實施例提供的第三種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第二種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

參考圖2，圖2為本申請實施例提供的第三種具有一個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖，所述超聲換能器3的數(shù)量為一個，且設(shè)置于所述固定板4的重心位置。

本申請實施例提供的第四種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第二種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

參考圖3，圖3為本申請實施例提供的第四種具有三個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖，所述超聲換能器3的數(shù)量為三個，且以所述固定板4的重心為圓點呈圓周分布。

本申請實施例提供的第五種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第二種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

參考圖4，圖4為本申請實施例提供的第五種具有四個超聲換能器的超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺示意圖，所述超聲換能器3的數(shù)量為四個，且在所述固定板4上呈矩形分布，所述矩形的重心與所述固定板的重心重合，這樣可以使熱床產(chǎn)生平穩(wěn)的縱振。

本申請實施例提供的第六種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第一種至第五種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中任一種的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述超聲換能器的振動頻率范圍為20khz至35khz，利用這種高頻振動可以產(chǎn)生盡可能多的表面波紋狀結(jié)構(gòu)，增強打印件力學(xué)性能。

本申請實施例提供的第七種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第六種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述超聲換能器的振幅范圍為2微米至10微米，振幅波動范圍為30％這種超聲換能器的制作成本較低。

本申請實施例提供的第八種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺，在上述第一種至第五種超聲輔助振動的fdm型3d打印平臺中任一種的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述超聲換能器為縱振式超聲換能器或彎曲振動式超聲換能器。

以縱振式復(fù)合換能器為例，如圖5所示，圖5為縱振式復(fù)合換能器的示意圖，由變幅桿301、后金屬蓋板304、壓電陶瓷堆302、預(yù)應(yīng)力螺桿305、電極片303和絕緣管(圖上未標(biāo)出，套于預(yù)應(yīng)力螺桿外，且與壓電陶瓷堆內(nèi)圓周面接觸)組成。壓電陶瓷堆由若干壓電陶瓷環(huán)片組成，壓電陶瓷環(huán)片間及壓電片與金屬蓋板之間通常用彈性及導(dǎo)電良好的銅片隔開并作為電極。相鄰兩片的極化方向相反，電端并聯(lián)連接，使得縱向振動同相疊加。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。