CN106346776A - 一种同质或异质材料的3d打印的叠加打印的结构和方法 - Google Patents

一种同质或异质材料的3d打印的叠加打印的结构和方法 Download PDF

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潘晓霞
卜娟
屈泽华
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体为一种同质或异质材料的3D打印的叠加打印的结构和方法。本发明的打印结构包括：FDM单喷头3D打印机，与3D打印机的熔融挤出喷头并列排放的激光头，用于控制激光光斑大小、温度、输出功率的激光控制器，以及激光防护罩；打印方法包括：对现有制品（熔融沉积的3D打印制品或其他注塑制品）进行预处理，利用激光头对原有制品进行预加热熔融，利用熔融挤出打印喷头进行再次叠加打印。经本发明方法加工的再次打印制品可与原打印制品或其他注塑制品形成有效结合，为现有不可进行再次叠加打印的3D打印机提供新的增强打印方法。

Description

一种同质或异质材料的3D打印的叠加打印的结构和方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种同质或异质材料的3D打印的叠加打印的结构和方法。
背景技术
熔融沉积（FDM）又叫熔丝沉积，主要采用丝状热熔性材料作为原材料，通过加热融化，将液化后的原材料通过一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。原材料被喷出后沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于熔点后开始固化，通过材料的逐层堆积形成最终的成品。
目前，熔融沉积成型技术是研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的成型技术之一。最常用的FDM熔丝线材主要包括ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物，英文名Acrylonitrile Butadiene Styrene）、PLA（生物降解塑料聚乳酸，英文名PolylacticeAcid）、人造橡胶、铸蜡和聚酯性热塑性材料等。
如果，需要对已有3D打印制品或其他注塑制品进行再次叠加打印，直接打印将造成新打印材料同已经完全固化的原打印制品之间的不完全粘结，甚至最终剥离。
发明内容
为了弥补上述现有技术的不足，本发明提供一种新的同质或异质材料的3D打印的再次叠加打印的打印结构和打印方法，用以实现新打印材料同已经完全固化的原打印制品或其他注塑制品之间的有效结合。
本发明提供的同质或异质材料的3D打印的再次叠加打印的打印结构，具体包括：
一台FDM单喷头3D打印机；
一个与3D打印机的熔融挤出喷头并列排放的激光头；
一个激光控制器，激光控制器根据外部输入的指令控制激光光斑大小、温度、输出功率等；该激光用以加热待打印区域；
一个激光防护罩，该激光防护罩可选择性使用；激光防护罩为上部敞口形式。
本发明中，所述激光可以为光纤激光，激光头放置于熔融挤出打印喷头前方。
本发明中，激光光斑通过透镜和光纤，大小尺寸可调，并与打印喷头的大小匹配，激光光斑大小调节范围在2微米到毫米级别，一般为100微米到1毫米。
本发明提供的同质或异质材料的3D打印的再次叠加打印的打印方法，是使用上述打印结构，将激光头对原有制品（包括3D打印制品或其他注塑制品）进行局部的预加热熔融，然后其尾随的熔融挤出打印喷头在上面进行叠加打印，以此提高与原打印制品或其他注塑制品的有效结合。具体步骤为：
（1）对现有制品进行预处理，去除表面油污等；
（2）将激光头对原有制品（包括3D打印制品或其他注塑制品）进行局部的预加热，直至该制品表面温度达到其材料的熔融温度，但不可超过其熔融温度。优选地，针对ABS材料的激光加热温度为203℃，PLA材料的激光加热温度为170℃。（但是各公司材料略有差异，打印前可再次确认其半流动态温度。）；
（3）利用尾随的熔融挤出打印喷头在上面进行叠加打印。
本发明中，激光的波长根据加工的材质选定，根据需要可用不同波长激光，一般可使用红光或红外激光，如中心波长980纳米，激光输出功率为500毫瓦；光斑大小200微米，光斑距离8毫米。
本发明中，在叠加打印时，第一层打印结束后可以选择关闭激光器。
本发明有效解决了对已有3D打印制品或其他注塑制品进行再次叠加打印时新打印制品同已经完全固化的原制品之间的不完全粘结，乃至最终剥离的问题。通过激光头对原制品的预熔融处理，可以有效的提高再次叠加打印的3D打印制品与原制品之间的有效粘结。
附图说明
图1为本发明的设备示意图。
图中标号：1为打印线材，2为热流道，3为激光头，4为熔融挤出打印喷头，5为原打印制品或其他注塑制品，6为打印平台，7为激光防护罩。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
步骤1、首先将现有制品：ABS打印制品或其他注塑制品进行预处理，包括用有机清洁剂去除原制品表面的油污。然后固定于打印平台6之上；
步骤2、优选地，调节激光控制器，使激光波长为980纳米,激光输出功率为500毫瓦；
步骤3、启动打印程序，使与熔融挤出打印喷头4并列排放的激光头3同步移动至现有制品（待打印部位）5上方，暂停打印程序；
步骤4、待原有制品：ABS打印制品或其他注塑制品局部温度达到203 ℃后，重新启动打印程序；
步骤5、待第一层打印结束后，可选择关闭激光控制器。
实施例2：
步骤1、首先将原有制品：PLA打印制品或其他注塑制品进行预处理，包括用有机清洁剂去除原制品表面的油污。然后固定于打印平台之上；
步骤2、优选地，调节激光控制器，使激光波长为980纳米，激光输出功率为500毫瓦；
步骤3、启动打印程序，使与熔融挤出打印喷头4并列排放的激光头3同步移动至待打印部位上方，暂停打印程序；
步骤4、待原有的PLA打印制品或其他注塑制品表面温度达到170 ℃后，重新启动打印程序；
步骤5、待第一层打印结束后，可选择关闭激光控制器。

Claims (7)

1.一种同质或异质材料的3D打印的再次叠加打印的打印结构，其特征在于，包括：
一台FDM单喷头3D打印机；
一个与3D打印机的熔融挤出喷头并列排放的激光头；
一个激光控制器，激光控制器根据外部输入的指令控制激光光斑大小、温度、输出功率；该激光用以加热待打印区域；
一个激光防护罩，该激光防护罩可选择性使用；激光防护罩为上部敞口形式。
2.根据权利要求1所述的打印结构，其特征在于，所述激光为光纤激光，激光头放置于熔融挤出打印喷头前方。
3.根据权利要求2所述的打印结构，其特征在于，激光光斑通过透镜和光纤，大小尺寸可调，并与打印喷头的大小匹配，激光光斑大小调节范围为100微米到1毫米。
4.一种同质或异质材料的3D打印的再次叠加打印的打印方法，使用权利要求1、2或3所述打印结构，其特征在于，具体步骤为：
（1）对现有制品进行预处理，去除表面油污；所述现有制品包括3D打印制品或其他注塑制品；
（2）将激光头对现有制品进行局部的预加热，直至该制品表面温度达到其材料的熔融温度，但不可超过该熔融温度；
（3）利用尾随的熔融挤出打印喷头在上面进行叠加打印。
5.根据权利要求4所述的打印方法，其特征在于，激光的波长根据加工的材质选定。
6.根据权利要求5所述的打印方法，其特征在于，使用红光或红外激光，中心波长为980纳米，光斑大小为200微米，光斑距离为8毫米。
7.根据权利要求5所述的打印方法，其特征在于，在叠加打印时，第一层打印结束后选择关闭激光器。
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