一種塑料3d打印設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種塑料3D打印設(shè)備，包括控制系統(tǒng)、塑料供應(yīng)裝置、連接所述塑料供應(yīng)裝置的熱噴嘴以及位于所述熱噴嘴下方的接收基底，所述塑料供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述熱噴嘴供應(yīng)塑料，所述塑料通過熱噴嘴時(shí)被加熱到熔融狀態(tài)噴出并沉積到所述接收基底上，還包括處理劑供應(yīng)裝置和連接所述處理劑供應(yīng)裝置的微孔噴頭，所述處理劑供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述微孔噴頭供應(yīng)能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑，所述處理劑通過所述微孔噴頭噴射到在所述接收基底上沉積的塑料上，并作用于所述沉積的塑料而在其表面形成微孔。使用本實(shí)用新型的設(shè)備進(jìn)行塑料3D打印，能夠顯著提高3D打印部件的層間結(jié)合力。
【專利說明】
一種塑料3D打印設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種塑料3D打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002 ]熔融擠出成型(FDM)是一種用于制備塑料3D部件的最常見的技術(shù)。其所使用的材料一般是絲狀的熱塑性材料，如PLA、ABS、PC、尼龍等。首先，絲狀材料通過噴頭時(shí)被加熱熔化。噴頭按照零件三維圖檔的截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擠出熔化的材料，材料與周圍的材料粘結(jié)并固化，然后在已固化的材料上再進(jìn)行另外一層的沉積。以此逐層疊加的方式最終形成三維的部件。這種工藝不使用激光，維護(hù)簡單，成本低，多用于對(duì)精度和物理化學(xué)特性要求不高的模型設(shè)計(jì)和制造。目前市場上多數(shù)的桌面型3D打印機(jī)多采用這種工藝。
[0003]熔融擠出成型(FDM)工藝的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是材料是通過逐層疊加形成的，層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度不高，導(dǎo)致部件的抗沖擊能力不好，這也是限制其作為結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的一個(gè)主要原因。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種塑料3D打印設(shè)備，使打印出的三維部件相對(duì)之下具有較高的層間結(jié)合力，提高其沖擊強(qiáng)度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種塑料3D打印設(shè)備，包括控制系統(tǒng)、塑料供應(yīng)裝置、連接所述塑料供應(yīng)裝置的熱噴嘴以及位于所述熱噴嘴下方的接收基底，所述塑料供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述熱噴嘴供應(yīng)塑料，所述塑料通過熱噴嘴時(shí)被加熱到熔融狀態(tài)噴出并沉積到所述接收基底上，還包括處理劑供應(yīng)裝置和連接所述處理劑供應(yīng)裝置的微孔噴頭，所述處理劑供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述微孔噴頭供應(yīng)能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑，所述處理劑通過所述微孔噴頭噴射到在所述接收基底上沉積的塑料上，并作用于所述沉積的塑料而在其表面形成微孔，其中所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。
[0007]進(jìn)一步地:
[0008]還包括運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述熱噴嘴安裝到所述運(yùn)動(dòng)控制裝置上。
[0009]所述熱噴嘴與所述微孔噴頭一同固定在所述運(yùn)動(dòng)控制裝置上，通過所述運(yùn)動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)同步X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)，其中X、Y方向定義水平面，Z方向定義豎直方向。
[0010]所述處理劑供應(yīng)裝置包括液體容器及推進(jìn)裝置，所述液體容器及推進(jìn)裝置通過導(dǎo)管連接所述微孔噴頭。
[0011]所述塑料供應(yīng)裝置包括絲狀材料固定及輸送裝置，所述絲狀材料固定及輸送裝置用于固定呈絲狀的塑料并將其向所述熱噴嘴輸送。
[0012]還包括支撐架和基座，所述塑料供應(yīng)裝置和所述處理劑供應(yīng)裝置安裝在所述支撐架上，所述支撐架和所述接收基底固定在所述基座上。
[0013]所述微孔噴頭的材質(zhì)為不銹鋼。
[0014]所述微孔噴頭的微孔的直徑在100微米以上。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型提出的3D打印設(shè)備，當(dāng)塑料絲材通過熱噴嘴時(shí)，被加熱到熔融狀態(tài)并被沉積到接收基底上，形成一層圖案，然后由計(jì)算機(jī)控制通過微孔噴頭噴射液態(tài)處理劑到已沉積的材料上，在材料表面溶解或腐蝕出微孔，然后在這層材料之上再進(jìn)行一層或多層熔融狀態(tài)塑料的沉積，之后再進(jìn)行溶劑噴射。可以在多層沉積材料中的至少一層的表面上形成有微孔，且具有微孔的層的上方的上層沉積材料經(jīng)沉積進(jìn)入到微孔之中，增加了兩層材料之間的接觸面積，從而固化之后形成更為牢固的結(jié)合，提高3D打印部件的層間結(jié)合力。與傳統(tǒng)的熔融擠出成型產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型能夠顯著增強(qiáng)3D打印產(chǎn)品尤其是較大尺寸部件的3D打印材料層之間的結(jié)合力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的塑料3D打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為采用圖1所示的塑料3D打印設(shè)備制造的塑料產(chǎn)品示意圖；
[0019]圖3為圖2所示的產(chǎn)品的A-A截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0021 ]參閱圖1，在一種實(shí)施例中，一種塑料3D打印設(shè)備，包括控制系統(tǒng)、塑料供應(yīng)裝置、連接所述塑料供應(yīng)裝置的熱噴嘴101以及位于所述熱噴嘴101下方的接收基底110，所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)111，所述塑料供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述熱噴嘴101供應(yīng)塑料，所述塑料通過熱噴嘴101時(shí)被加熱到熔融狀態(tài)噴出并沉積到所述接收基底110上，還包括處理劑供應(yīng)裝置和連接所述處理劑供應(yīng)裝置的微孔噴頭102，所述處理劑供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述微孔噴頭102供應(yīng)能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑，所述處理劑通過所述微孔噴頭102噴射到在所述接收基底110上沉積的塑料上，并作用于所述沉積的塑料而在其表面形成微孔。
[0022]在優(yōu)選的實(shí)施例中，塑料3D打印設(shè)備還包括運(yùn)動(dòng)控制裝置103，所述熱噴嘴101安裝到所述運(yùn)動(dòng)控制裝置103上。
[0023]在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱噴嘴101與所述微孔噴頭102—同固定在所述運(yùn)動(dòng)控制裝置103上，通過所述運(yùn)動(dòng)控制裝置103實(shí)現(xiàn)同步X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)，其中X、Y方向定義水平面，Z方向定義豎直方向。
[0024]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述處理劑供應(yīng)裝置包括液體容器及推進(jìn)裝置106，所述液體容器及推進(jìn)裝置106通過導(dǎo)管連接所述微孔噴頭102。液體容器中的處理劑如塑料溶劑在推進(jìn)裝置作用下通過導(dǎo)管，經(jīng)由微孔噴頭102噴射出，噴射到接收基底110上已沉積的材料上。
[0025]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述塑料供應(yīng)裝置包括絲狀材料固定及輸送裝置105，所述絲狀材料固定及輸送裝置105用于固定呈絲狀的塑料并將其向所述熱噴嘴101輸送。
[0026]在優(yōu)選的實(shí)施例中，塑料3D打印設(shè)備還包括支撐架104和基座109，所述塑料供應(yīng)裝置和所述處理劑供應(yīng)裝置安裝在所述支撐架104上，所述支撐架104和所述接收基底110固定在所述基座109上。
[0027]所述微孔噴頭102的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼。
[0028]所述微孔噴頭102的微孔的直徑優(yōu)選在100微米以上。
[0029]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱噴嘴101噴射塑料和所述微孔噴頭102噴射處理劑的位置和時(shí)間由所述控制系統(tǒng)控制，從而按預(yù)定方式交替噴射沉積材料和處理劑。
[0030]如圖1所示，在一種具體實(shí)施例中，一種塑料3D打印設(shè)備，包括熱噴嘴101、微孔噴頭102、運(yùn)動(dòng)控制裝置103、液體容器及推進(jìn)裝置106、導(dǎo)管107、支撐架104、絲狀材料固定及輸送裝置105、計(jì)算機(jī)111、接收基底110、基座109。所述熱噴嘴101與絲狀材料固定及輸送裝置105相連，絲狀的塑料108通過熱噴嘴時(shí)被加熱到熔融狀態(tài)沉積到接收基底110上，所述液體容器及推進(jìn)裝置106通過導(dǎo)管107與所述微孔噴頭102相連，容器中的液態(tài)溶劑能夠通過微孔噴頭被噴射到接收基底以及沉積的材料上。所述熱噴嘴和微孔噴頭與運(yùn)動(dòng)控制裝置103相連。所述液體容器及推進(jìn)裝置106、絲狀材料固定及輸送裝置105、運(yùn)動(dòng)控制裝置103安裝在支撐架104上，所述接收基底110位于熱噴嘴和微孔噴頭的下方，所述計(jì)算機(jī)111、支撐架104、接收基底110固定在基座109之上。
[0031]使用該3D打印設(shè)備能夠使沉積的材料表面通過噴射溶劑獲得微孔，材料之間通過微孔連接提高接觸面積，從而提高層層之間的結(jié)合力。
[0032]圖2所示為利用上述設(shè)備制備的三維塑料產(chǎn)品的示意圖。圖3所示為三維塑料產(chǎn)品的A-A剖面圖。其中112為多層塑料材質(zhì)的沉積材料，多層沉積材料中的至少一層的表面上形成有微孔113、114，且具有微孔的層的上方的上層沉積材料經(jīng)沉積進(jìn)入到所述微孔113、114之中，從而具有微孔的層的沉積材料與上層沉積材料之間產(chǎn)生緊密連接。
[0033]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述微孔的直徑在100微米以上。
[0034]在優(yōu)選的實(shí)施例中，每層沉積材料上腐蝕出的微孔的總面積不超過每層沉積材料面積的50 %。
[0035]在優(yōu)選的實(shí)施例中，相鄰的具有微孔的表面之間間隔的沉積材料的厚度為I毫米以上。較佳地，相鄰的具有微孔的表面之間間隔的沉積材料的厚度為I毫米或1.5毫米。
[0036]所述塑料可以為聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龍。
[0037]如圖2所示，塑料3D打印產(chǎn)品例如是圓環(huán)狀部件，也可以是其他任意形狀的三維部件。箭頭D表示沉積材料的層疊方向。圖3中，112表示沉積材料，113表示由處理劑在沉積材料表面處理完畢后形成的微孔，114表示已經(jīng)由沉積材料填充的微孔。
[0038]采用本實(shí)用新型的塑料3D打印設(shè)備進(jìn)行3D打印的方法，首先，將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成一層截面輪廓。所使用的塑料可以是聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、尼龍等。然后，將溶劑的微滴噴射到已經(jīng)沉積好的材料表面，腐蝕出微孔。所使用的溶劑包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳等。腐蝕出的微孔的直徑在100微米以上。微孔的面積不超過每層沉積材料面積的50%。之后在這層材料上面再進(jìn)行新一層材料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層的微孔之中，凝固后與下層材料之間產(chǎn)生緊密連接，從而提高層間的結(jié)合力。然后在新沉積的材料上再進(jìn)行噴射溶劑，腐蝕出微孔，并繼續(xù)新一層材料的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得層間結(jié)合力提高的三維部件。
[0039]特別的，根據(jù)分層厚度的不同，當(dāng)沉積的每層材料的厚度在微米量級(jí)時(shí)，為了不破壞材料的整體結(jié)構(gòu)而影響整體強(qiáng)度，先逐層沉積使材料使總的厚度達(dá)到I毫米以上時(shí)再進(jìn)行溶劑微滴的噴射。之后沉積同樣厚度的材料，再進(jìn)行微滴噴射，以此方式構(gòu)成三維的部件。當(dāng)沉積的每層材料的厚度在毫米及以上量級(jí)時(shí)，采用逐層沉積材料、逐層噴射溶劑的方式成型三維部件。與傳統(tǒng)的熔融擠出成型方法相比，采用本實(shí)用新型的設(shè)備制作三維部件，能夠提高材料層之間的結(jié)合力，適用于多種塑料的3D打印，可操作性強(qiáng)，尤其適合較大尺寸部件的3D打印。
[0040]實(shí)例1:
[0041]根據(jù)本實(shí)用新型提出的設(shè)備和方法，利用熔融擠出成型的3D打印設(shè)備制造聚乳酸的樣條，按照GB/T 1843-2008的方法用懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)測試3D打印聚乳酸樣條的沖擊強(qiáng)度，與傳統(tǒng)的熔融擠出成型(不噴射溶劑)制作的樣條進(jìn)行對(duì)比。
[0042]制備參數(shù):制備的長方形樣條尺寸為80*10*4毫米。分層厚度50微米，每次沉積1.5毫米厚的材料時(shí)進(jìn)行溶劑微滴的噴射。溶劑為二甲基甲酰胺，腐蝕的微孔直徑在200-500微米之間。每次噴射腐蝕出的微孔總面積為每層材料總面積的40%。沿著長度方向逐層疊加，制作出長方形的樣條5個(gè)作為一組。用機(jī)械加工的方法銑出V形缺口，缺口深度2毫米。利用懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測試，取平均值。另外采用普通的熔融擠出成型按照上述方法制作同樣尺寸的5個(gè)樣條進(jìn)行測試。采用本實(shí)用新型提出的設(shè)備制作的樣條沖擊強(qiáng)度相對(duì)于傳統(tǒng)方法制作的樣條提高9%.
[0043]實(shí)例2:
[0044]采用上述方法，制作聚乙烯醇的樣條并測試對(duì)比。分層厚度40微米，每次沉積I毫米厚的材料時(shí)進(jìn)行溶劑微滴的噴射。溶劑為二甲基亞砜，微孔直徑在100-300微米之間。樣條的尺寸、形狀、成型方式與實(shí)施例1相同。采用本實(shí)用新型提出的設(shè)備制作的樣條沖擊強(qiáng)度相對(duì)于傳統(tǒng)方法制作的樣條提高7%。
[0045]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種塑料3D打印設(shè)備，包括控制系統(tǒng)、塑料供應(yīng)裝置、連接所述塑料供應(yīng)裝置的熱噴嘴以及位于所述熱噴嘴下方的接收基底，所述塑料供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述熱噴嘴供應(yīng)塑料，所述塑料通過熱噴嘴時(shí)被加熱到熔融狀態(tài)噴出并沉積到所述接收基底上，其特征在于，還包括處理劑供應(yīng)裝置和連接所述處理劑供應(yīng)裝置的微孔噴頭，所述處理劑供應(yīng)裝置由控制系統(tǒng)控制向所述微孔噴頭供應(yīng)能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑，所述處理劑通過所述微孔噴頭噴射到在所述接收基底上沉積的塑料上，并作用于所述沉積的塑料而在其表面形成微孔，其中所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。2.如權(quán)利要求1所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，還包括運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述熱噴嘴安裝到所述運(yùn)動(dòng)控制裝置上。3.如權(quán)利要求2所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，所述熱噴嘴與所述微孔噴頭一同固定在所述運(yùn)動(dòng)控制裝置上，通過所述運(yùn)動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)同步X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)，其中X、Y方向定義水平面，Z方向定義豎直方向。4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，所述處理劑供應(yīng)裝置包括液體容器及推進(jìn)裝置，所述液體容器及推進(jìn)裝置通過導(dǎo)管連接所述微孔噴頭。5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，所述塑料供應(yīng)裝置包括絲狀材料固定及輸送裝置，所述絲狀材料固定及輸送裝置用于固定呈絲狀的塑料并將其向所述熱噴嘴輸送。6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，還包括支撐架和基座，所述塑料供應(yīng)裝置和所述處理劑供應(yīng)裝置安裝在所述支撐架上，所述支撐架和所述接收基底固定在所述基座上。7.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，所述微孔噴頭的材質(zhì)為不銹鋼。8.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印設(shè)備，其特征在于，所述微孔噴頭的微孔的直徑在100微米以上。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK205601177SQ201620335465
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】閆國棟, 王長明
【申請(qǐng)人】東莞勁勝精密組件股份有限公司