CN105538718A - 一种熔融沉积成型3d打印方法 - Google Patents

一种熔融沉积成型3d打印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105538718A
CN105538718A CN201610027447.7A CN201610027447A CN105538718A CN 105538718 A CN105538718 A CN 105538718A CN 201610027447 A CN201610027447 A CN 201610027447A CN 105538718 A CN105538718 A CN 105538718A
Authority
CN
China
Prior art keywords
extruder head
extruded
printing
fuse
prior
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610027447.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105538718B (zh
Inventor
宋正义
刘庆萍
任露泉
刘慧力
赵彻
周雪莉
刘清荣
李卓识
李冰倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201610027447.7A priority Critical patent/CN105538718B/zh
Publication of CN105538718A publication Critical patent/CN105538718A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105538718B publication Critical patent/CN105538718B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2055/00—Use of specific polymers obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of main groups B29K2023/00 - B29K2049/00, e.g. having a vinyl group, as moulding material
    • B29K2055/02—ABS polymers, i.e. acrylonitrile-butadiene-styrene polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2067/00—Use of polyesters or derivatives thereof, as moulding material
    • B29K2067/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids
    • B29K2067/046—PLA, i.e. polylactic acid or polylactide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2077/00—Use of PA, i.e. polyamides, e.g. polyesteramides or derivatives thereof, as moulding material

Abstract

本发明公开了一种熔融沉积成型3D打印方法，该方法是将热塑性塑料线材通过送丝机构输送到挤出头，通过挤出头挤出成半熔融状态的熔丝，材料挤出后不直接成型，挤出的半熔融状态的熔丝先受到拉伸，挤出的熔丝经过拉伸变细后在成型室内进行沉积成型3D打印。本发明提高了材料挤出速度，从而提高了沉积成型速度，使3D打印效率提高，相同精度条件下，制造效率提高4倍以上。本发明沉积的熔丝宽度最小可以达到0.03mm，比现有技术提高3倍以上。本发明使用的材料与装置与现有技术相近，设备成本与材料成本与现有技术相当，由于生产效率提高，使用成本降低。

Description

一种熔融沉积成型3D打印方法
技术领域
本发明属于机械制造领域的3D打印技术，具体涉及到一种熔融沉积成型3D打印方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，与传统的去除材料加工的方法不同，它是通过逐层堆积材料的方式直接制造产品。3D打印技术利用三维CAD模型在一台设备上可快速而精确地制造出复杂结构零件，从而实现“自由制造”，解决传统工艺难加工或无法加工的局限，并大大缩短了加工周期。
熔融沉积成型工艺，在3D打印技术应用中占有相当大的比例，现有技术是将热塑性塑料线材(一般直径为1.75或3mm，常用材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯ABS、聚乳酸PLA和尼龙PA等)推入带有加热功能的挤出头，塑料线材在挤出头内受热熔化，由于后续材料不断推入，将熔融状态材料挤出，材料挤出后由于温度的降低凝固成型。
熔融沉积成型工艺的优点在于设备与材料价格低、材料种类多且成型件强度高，可用于制造直接使用的终端零部件。
现有熔融沉积成型技术的精度受到工艺条件限制，挤出头直径最小为0.1mm，加上材料挤出后膨胀影响，其丝材沉积宽度大约0.13mm。
现有技术的沉积速度(挤出头移动速度)与材料挤出速度需要协调，最大沉积速度受到材料挤出速度限制，沉积速度一般低于200mm/s。
现有技术材料挤出速度受限的原因是，由于挤出头直径较小(0.1-0.5mm)，提高挤出速度会使流动阻力大幅上升，挤出是运用步进电机带动齿轮，利用摩擦力推动塑料线材进入挤出头，提供的推力有限，提高推力就要提高摩擦力，提高摩擦力需要提高正压力，塑料线材能够承受的最大压力有限。
如图1所示，为现有技术的材料挤出示意图。材料挤出后未受到拉伸作用，在挤出口发生膨胀。其中：1-挤出头，2-熔融塑料在挤出头内状态，3-熔融材料挤出后膨胀状态，4-膨胀后状态。d1-挤出头直径，d2-为挤出膨胀后熔丝直径。
如图3所示，为现有技术沉积成型示意图，由于材料挤出后的膨胀作用，成型时丝直径d2大于挤出头直径。其中：1-挤出头，2-熔融材料在挤出头内状态，5-成型后材料状态。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种熔融沉积成型3D打印方法。
本发明的方法是：
将热塑性塑料线材通过送丝机构输送到挤出头，通过挤出头挤出成半熔融状态的熔丝，材料挤出后不直接成型，挤出的半熔融状态的熔丝先受到拉伸，挤出的熔丝经过拉伸变细后在成型室内进行沉积成型3D打印。
所述的挤出头出口直径为1-2.2mm，挤出速度为50-120mm/s，挤出头的温度为190-270℃；所述成型室内温度为50-75℃，沉积速度为300-900m/s，层厚度最低为0.03mm。
所述的热塑性塑料线材的直径为1.75mm或3mm。
所述的热塑性塑料线材为ABS或PLA或PA。
本发明的挤出头出口直径为1-2.2mm，现有技术是0.1-0.5mm。本发明的挤出头出口直径加大，降低了出口流动阻力，在使用现有挤出装置的条件下可以使挤出速度提高4.5-17.5倍。
本发明挤出头温度是190-270℃，依据材料不同而设置不同的温度，PLA最低，PA最高，现有技术是170-240℃。熔融沉积成型使用的是热塑性塑料，其黏度与温度存在反向关联，材料加热至熔化温度后，材料黏度随温度提高而降低。本发明提高挤出头温度后，熔融材料的黏度下降，导致流动阻力降低，在挤出力相同的条件下，材料挤出速度提高。
本发明成型室温度是50-75℃，现有技术是多为50℃。成型室温度提高后，挤出的材料凝固速度降低，挤出后的熔丝仍保持较好的塑性，可以进行拉伸使其直径变小。提高成型室温度后，由于材料凝固速度降低，可以使拉伸后的熔丝保持黏性，沉积后与已经成型部分进行黏结。
本发明的材料挤出速度(单位时间内原材料输送长度)为50-120mm/s，现有技术低于20mm/s。由于采用加大的挤出头直径和较高的挤出头温度，增加了材料流动性并减小了流动阻力，因此可以实现较大的挤出速度，为高速沉积提供相应的材料进给。
本发明沉积速度是300-700mm/s，现有技术低于200mm/s。现有技术材料挤出速度和挤出头运动速度(与成型平台的相对运动速度)需要协调，挤出头运动速度高材料挤出速度也要高，否则容易发生断丝现象。如前述，现有技术材料挤出速度受限，因此挤出头运动速度也受到限制。本发明由于提高挤出头出口直径、提高挤出头温度，使材料挤出速度提高，材料挤出后由于挤出头的高速运动，可使沉积速度提高，挤出头高速运动同时使熔丝受到拉伸作用变细，提高了成型精度。
本发明的有益效果：
本发明提高了材料挤出速度，从而提高了沉积成型速度，使3D打印效率提高，相同精度条件下，制造效率提高4倍以上。本发明沉积的熔丝宽度最小可以达到0.03mm，比现有技术提高3倍以上。本发明使用的材料与装置与现有技术相近，设备成本与材料成本与现有技术相当，由于生产效率提高，使用成本降低(制造相同的零件时间更短)。
附图说明
图1为现有技术的材料挤出示意图。
图2为本发明的材料挤出示意图。
图3为现有技术沉积成型示意图。
图4为本发明沉积成型示意图。
图5为本发明的熔融挤出装置示意图。挤出丝材在双滚压轮的滚压作用下，进入到加热到指定温度的挤出头中，材料呈半熔融态，在后续线材的挤压作用下从挤出头中挤出，沉积到挤出平台上。图中1为未加热状态下的挤出线材，2为滚压轮，3为加热状态下的挤出头，4为沉积平台，5为材料从挤出头中挤出后状态。
具体实施方式
本发明的方法是：将热塑性塑料线材通过送丝机构输送到挤出头，通过挤出头挤出成半熔融状态的熔丝，材料挤出后不直接成型，挤出的半熔融状态的熔丝先受到拉伸，挤出的熔丝经过拉伸变细后在成型室内进行沉积成型3D打印。
所述的挤出头出口直径为1-2.2mm，挤出速度为50-120mm/s，挤出头的温度为190-270℃；所述成型室内温度为50-75℃，沉积速度为300-900m/s，层厚度最低为0.03mm。
所述的热塑性塑料线材的直径为1.75mm或3mm。
所述的热塑性塑料线材为ABS或PLA或PA。
如图2所示，材料挤出后由于挤出头1的高速运动，使熔丝受到拉伸，产生颈缩现象，熔丝变细。图2中的1为挤出头，2为熔融材料在挤出头内状态，6为挤出后受到拉伸作用产生颈缩现象，7为拉伸后熔丝状态，图中D1为挤出头直径，D2为拉伸后熔丝直径。
如图4所示，由于挤出头1的高速运动，挤出的材料跟不上挤出头1的运动速度，材料受到拉伸作用，出口膨胀现象消失，并且产生颈缩现象，沉积的熔丝直径变小，成型精度提高且效率提高。图4中的1为挤出头，2为熔融材料在挤出头内状态，8为成型后材料状态。
如图5所示，为本发明的熔融挤出装置示意图。挤出丝材9在双滚压轮10的滚压作用下，进入到加热到指定温度的挤出头1中，材料呈半熔融态，在后续线材的挤压作用下从挤出头1中挤出，成拉伸后熔丝状态7，然后沉积到沉积平台11上。

Claims (4)

1.一种熔融沉积成型3D打印方法，该方法是：将热塑性塑料线材通过送丝机构输送到挤出头，通过挤出头挤出成半熔融状态的熔丝，材料挤出后不直接成型，挤出的半熔融状态的熔丝先受到拉伸，挤出的熔丝经过拉伸变细后在成型室内进行沉积成型3D打印。
2.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型3D打印方法，其特征在于：所述的挤出头出口直径为1-2.2mm，挤出速度为50-120mm/s，挤出头的温度为190-270℃；所述的成型室内温度为50-75℃，沉积速度为300-900m/s，层厚度最低为0.03mm。
3.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型3D打印方法，其特征在于：所述的热塑性塑料线材的直径为1.75mm或3mm。
4.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型3D打印方法，其特征在于：所述的热塑性塑料线材为ABS或PLA或PA。
CN201610027447.7A 2016-01-15 2016-01-15 一种熔融沉积成型3d打印方法 Active CN105538718B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610027447.7A CN105538718B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种熔融沉积成型3d打印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610027447.7A CN105538718B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种熔融沉积成型3d打印方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105538718A true CN105538718A (zh) 2016-05-04
CN105538718B CN105538718B (zh) 2018-06-15

Family

ID=55818477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610027447.7A Active CN105538718B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种熔融沉积成型3d打印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105538718B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106475521A (zh) * 2016-08-01 2017-03-08 苏州聚复高分子材料有限公司 一种基于3d打印技术的金属铸造件制备方法
CN107322922A (zh) * 2017-08-14 2017-11-07 青岛科技大学 一种双层共挤发泡材料的3d打印方法和装置
CN107782366A (zh) * 2016-08-30 2018-03-09 机械工业办公自动化设备检验所 熔融沉积（fdm）式3d打印机打印品评价方法
CN109770981A (zh) * 2019-02-15 2019-05-21 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种用于手术后切口缝合的金属缝线或皮钉及其制备方法
WO2020087048A3 (en) * 2018-10-25 2020-08-06 Make Composites, Inc. Systems and methods of printing with fiber-reinforced materials
US11883987B2 (en) 2018-07-10 2024-01-30 Desktop Metal, Inc. Systems and methods relating to 3D printing composite structures

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120231225A1 (en) * 2010-09-17 2012-09-13 Stratasys, Inc. Core-shell consumable materials for use in extrusion-based additive manufacturing systems
CN103737934A (zh) * 2014-01-22 2014-04-23 黑龙江省科学院自动化研究所 基于熔融沉积快速成型技术的3d打印机及其打印方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120231225A1 (en) * 2010-09-17 2012-09-13 Stratasys, Inc. Core-shell consumable materials for use in extrusion-based additive manufacturing systems
CN103737934A (zh) * 2014-01-22 2014-04-23 黑龙江省科学院自动化研究所 基于熔融沉积快速成型技术的3d打印机及其打印方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG JIANFENG: "PROCESSING PARAMETER OPTIMIZATION OF FDM BASED ON ROBUST DESIGN", 《TRANSACTION OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS & ASTRONAUTICS》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106475521A (zh) * 2016-08-01 2017-03-08 苏州聚复高分子材料有限公司 一种基于3d打印技术的金属铸造件制备方法
CN107782366A (zh) * 2016-08-30 2018-03-09 机械工业办公自动化设备检验所 熔融沉积（fdm）式3d打印机打印品评价方法
CN107782366B (zh) * 2016-08-30 2020-03-13 机械工业办公自动化设备检验所 熔融沉积(fdm)式3d打印机打印品评价方法
CN107322922A (zh) * 2017-08-14 2017-11-07 青岛科技大学 一种双层共挤发泡材料的3d打印方法和装置
US11883987B2 (en) 2018-07-10 2024-01-30 Desktop Metal, Inc. Systems and methods relating to 3D printing composite structures
WO2020087048A3 (en) * 2018-10-25 2020-08-06 Make Composites, Inc. Systems and methods of printing with fiber-reinforced materials
CN109770981A (zh) * 2019-02-15 2019-05-21 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种用于手术后切口缝合的金属缝线或皮钉及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105538718B (zh) 2018-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105538718A (zh) 一种熔融沉积成型3d打印方法
CN103240883B (zh) 基于多段温度控制的熔丝沉积成型3d打印喷头及温控方法
CN100553938C (zh) 一种聚醚醚酮棒材的制备方法
CN105711094A (zh) 一种三维打印方法
CN105252732A (zh) 一种水冷挤塑机及其操作方法
CN104890234A (zh) 基于乙交酯开环聚合的原位聚合挤出三维打印机
CN104139485A (zh) 一种穿线盒底盒的制作工艺
CN108284592B (zh) 一种基于3d打印技术的复合加工装置及方法
JP6514082B2 (ja) 三次元造形物及びその造形方法
CN202911043U (zh) PE-Xa管材牵引履带模具交联定型装置
CN103341961A (zh) 一种新型热熔材料挤出装置
CN210062018U (zh) 多材料梯度成形熔融挤出和颗粒状异质多材料挤出系统
CN101722204A (zh) 一种钛合金异型材的挤压工艺方法
CN104149343A (zh) 一种通过柔性导管将热熔材料挤出装置
CN208993021U (zh) 一种高黏度材料的熔融挤出-流/压延成型装置
CN102285122B (zh) 一种电子元器件承载带成型机及其使用方法
US20160107389A1 (en) Enhanced additive manufacturing with a reciprocating platen
CN203957329U (zh) 一种高效节能塑料制品挤出成型系统
CN103963259B (zh) 一种高效加工abs直齿齿条的塑料挤出成型方法
CN204658901U (zh) 一种塑料挤出模具
CN202241908U (zh) 聚甲醛塑料专用挤出机模头
CN103963264A (zh) 一种高效节能塑料制品挤出成型系统
CN109228220B (zh) 一种高黏度材料的熔融挤出-流/压延成型方法及装置
CN202592709U (zh) 一种单壁波纹管挤出装置
CN208133570U (zh) 挤出热流道系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant