CN107914390A - 一种大面积大厚度尼龙材料结构3d打印方法 - Google Patents

一种大面积大厚度尼龙材料结构3d打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，包括设备预制，尼龙原料预制，原料上料，成型作业及定型作业等五个步骤。本发明一方面可有效的提高尼龙材料工件通过3D打印作业的成型作业效率和加工精度，另一方面可有效的消除尼龙材料3D打印作业中各层尼龙材料间易产生空隙、气泡的缺陷，提高尼龙工件材料结构的致密性和结构均匀性，同时有效的杜绝了因尼龙材料在因3D打印加工时间长，工件面积及厚度大而造成尼龙材料成型过程中受热不均现象，从而达到克服大面积、大厚度尼龙工件易发生开裂、翘边现象，从而有效的提高尼龙工件产品质量的可靠性和稳定性。

Description

一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法
技术领域
本发明涉及一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，属3D打印技术领域。
背景技术
尼龙材料在当前进行3D打印成型作业中使用量十分巨大，且尼龙材质工件在生产、生活中均有着极为广泛的应用，但在对尼龙工件进行打印成型作业中，随着工件表面积和厚度的增加，一方面易导致在尼龙工件成型作业中出现受热不均现象，从而导致尼龙工件极易发生开裂、翘边现象，另一方面在尼龙工件成型过程中，3D打印设备在进行逐层喷涂作业时，各层尼龙材料件易产生间隙、气泡等缺陷，从而造成尼龙工件产品中存在严重的缺陷，并最终导致工件的尼龙材料结构强度、韧性受到严重影响，并造成尼龙产品质量稳定性相对较差的现状，因此针对这一问题，迫切需要开发一种针对尼龙材料的全新的3D打印成型方法，以满足实际使用的需要。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足，提供一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，包括以下步骤：
第一步，设备预制，首先在3D打印设备承载台上安装成型托盘，并将成像托盘中点与3D打印设备工作台的原点位置对应，然后在成型托盘外表面均布至少两个加热装置，然后将3D打印设备的加热装置调置水平，并将3D打印设备的打印喷头调节到3D打印设备工作台原点正上方，并与成型托盘上表面间间距为1—2.5毫米作为打印喷头与打印工作面的作业间隙，然后定位备用；
第二步，尼龙原料预制，在完成第一步作业后，将需要参与3D打印成型作业的尼龙材料在惰性气体保护环境下，在45℃—100℃恒温环境下连续加热干燥2—10小时，然后在惰性气体保护环境下自然冷却至45℃—150℃备用；
第三步，原料上料，首先将3D打印设备的加热装置升温至80℃—150℃，然后在成型托盘上表面均匀涂布粘接剂，并在完成粘接剂涂布后将打印喷头调节到粘接剂上表面1—2.5毫米位置处待机，同时通过成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度预热至60℃—100℃，最后将第二步中处理过的尼龙原料安装到3D打印设备的上料机构上备用，从而完成原料上料作业；
第四步，成型作业，将第三步后，通过打印设备的加热装置对尼龙原料加热至熔融态，然后通过打印喷头将熔融态的尼龙原料按照工件加工程序喷涂到成型托盘上表面的粘接层上，然后按照工件加工程序逐层进行尼龙材料喷涂沉积作业，直至完成工件打印成型为止，在打印喷头进行喷涂成型加工时，打印喷头与喷涂成型的工件成型作业面间距保持1—2.5毫米不变，同时由成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度加热至80℃—120℃；
第五步，定型作业，在完成第四步工件成型作业后，停止3D打印设备喷涂作业及加热装置加热作业，然后由成型托盘外表面的加热装置对成型托盘和成型托盘内的工件进行保温10—30分钟，然后自然冷却至常温即可得到成品尼龙材质工件。
进一步的，所述的第一步中的成型托盘为横截面呈“凵”字型槽状结构，成型托盘外表面的加热装置为电阻加热装置、辐照加热装置中的任意一种或两种共用。
进一步的，所述的第二步中的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种，且干燥时惰性气体压力1—2.5倍标准大气压。
进一步的，所述的第三步中，粘接剂层厚度为0.3—1毫米并均布在成型托盘上表面。
进一步的，所述的第四步中，打印喷头每层喷涂厚度为0.1—0.5毫米，每分钟喷涂3—5层，且每层喷涂作业中，打印喷头水平方向上运行速度为20—500mm/s。
进一步的，所述的第四步中，在打印喷头进行尼龙工件进行打印成型作业时，尼龙工件与成型托盘侧表面间间距为3—20毫米。
进一步的，所述的第四步喷涂作业时，每完成3—5层尼龙工件喷涂成型作业后，通过与尼龙工件喷涂表面平行的压板进行挤压塑形，且挤压塑形压力方向与成型托盘上表面垂直分布，压力为尼龙工件承压强度的70%—90%。
进一步的，所述的第五步中，在保温作业过程中，对成型托盘下表面通过超声波振荡装置进行震荡作业，振荡频率为80—500kHz，振荡方向与成型托盘下表面呈30°—90°夹角。
本发明一方面可有效的提高尼龙材料工件通过3D打印作业的成型作业效率和加工精度，另一方面可有效的消除尼龙材料3D打印作业中各层尼龙材料间易产生空隙、气泡的缺陷，提高尼龙工件材料结构的致密性和结构均匀性，同时有效的杜绝了因尼龙材料在因3D打印加工时间长，工件面积及厚度大而造成尼龙材料成型过程中受热不均现象，从而达到克服大面积、大厚度尼龙工件易发生开裂、翘边现象，从而有效的提高尼龙工件产品质量的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发加工方法流程图；
图2为成型托盘结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，包括以下步骤：
第一步，设备预制，首先在3D打印设备承载台上安装成型托盘，并将成像托盘中点与3D打印设备工作台的原点位置对应，然后在成型托盘外表面均布至少两个加热装置，然后将3D打印设备的加热装置调置水平，并将3D打印设备的打印喷头调节到3D打印设备工作台原点正上方，并与成型托盘上表面间间距为1.5毫米作为打印喷头与打印工作面的作业间隙，然后定位备用；
第二步，尼龙原料预制，在完成第一步作业后，将需要参与3D打印成型作业的尼龙材料在1.5倍标准大气压的氮气保护环境下，在100℃恒温环境下连续加热干燥10小时，然后在惰性气体保护环境下自然冷却至80℃备用；
第三步，原料上料，首先将3D打印设备的加热装置升温至120℃，然后在成型托盘上表面均匀涂布厚度为0.5毫米粘接剂，并在完成粘接剂涂布后将打印喷头调节到粘接剂上表面1.5毫米位置处待机，同时通过成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度预热至80℃，最后将第二步中处理过的尼龙原料安装到3D打印设备的上料机构上备用，从而完成原料上料作业；
第四步，成型作业，将第三步后，通过打印设备的加热装置对尼龙原料加热至熔融态，然后通过打印喷头将熔融态的尼龙原料按照工件加工程序喷涂到成型托盘上表面的粘接层上，然后按照工件加工程序逐层进行尼龙材料喷涂沉积作业，直至完成工件打印成型为止，在打印喷头进行喷涂成型加工时，打印喷头与喷涂成型的工件成型作业面间距保持1.5毫米不变，同时由成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度加热至120℃，其中打印喷头每层喷涂厚度为0.4毫米，每分钟喷涂3层，且每层喷涂作业中，打印喷头水平方向上运行速度为300mm/s，且；
第五步，定型作业，在完成第四步工件成型作业后，停止3D打印设备喷涂作业及加热装置加热作业，然后由成型托盘外表面的加热装置对成型托盘和成型托盘内的工件进行保温10—30分钟，然后自然冷却至常温即可得到成品尼龙材质工件。
其中，所述的第一步中的成型托盘1为横截面呈“凵”字型槽状结构，成型托盘1外表面的加热装置为电阻加热装置2、辐照加热装置中的任意一种或两种共用。
同时，在第四步中，在打印喷头进行尼龙工件进行打印成型作业时，尼龙工件与成型托盘侧表面间间距为5毫米。
需要指出的，在进行第四步喷涂作业时，每完成5层尼龙工件喷涂成型作业后，通过与尼龙工件喷涂表面平行的压板进行挤压塑形，且挤压塑形压力方向与成型托盘上表面垂直分布，压力为尼龙工件承压强度的80%。
同时所述的第五步中，在保温作业过程中，对成型托盘下表面通过超声波振荡装置3进行震荡作业，振荡频率为100kHz，振荡方向与成型托盘下表面呈45°夹角。
实施例2
如图1所示，一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，包括以下步骤：
第一步，设备预制，首先在3D打印设备承载台上安装成型托盘，并将成像托盘中点与3D打印设备工作台的原点位置对应，然后在成型托盘外表面均布至少两个加热装置，然后将3D打印设备的加热装置调置水平，并将3D打印设备的打印喷头调节到3D打印设备工作台原点正上方，并与成型托盘上表面间间距为1毫米作为打印喷头与打印工作面的作业间隙，然后定位备用；
第二步，尼龙原料预制，在完成第一步作业后，将需要参与3D打印成型作业的尼龙材料在压力为2.5倍标准大气压的氩气保护环境下，在80℃恒温环境下连续加热干燥5小时，然后在惰性气体保护环境下自然冷却至80℃备用；
第三步，原料上料，首先将3D打印设备的加热装置升温至150℃，然后在成型托盘上表面均匀涂布厚度为0.5的粘接剂，并在完成粘接剂涂布后将打印喷头调节到粘接剂上表面1毫米位置处待机，同时通过成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度预热至100℃，最后将第二步中处理过的尼龙原料安装到3D打印设备的上料机构上备用，从而完成原料上料作业；
第四步，成型作业，将第三步后，通过打印设备的加热装置对尼龙原料加热至熔融态，然后通过打印喷头将熔融态的尼龙原料按照工件加工程序喷涂到成型托盘上表面的粘接层上，然后按照工件加工程序逐层进行尼龙材料喷涂沉积作业，直至完成工件打印成型为止，在打印喷头进行喷涂成型加工时，打印喷头与喷涂成型的工件成型作业面间距保持1毫米不变，同时由成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度加热至80℃—120℃，其中打印喷头每层喷涂厚度为0.1毫米，每分钟喷涂5层，且每层喷涂作业中，打印喷头水平方向上运行速度为300mm/s，；
第五步，定型作业，在完成第四步工件成型作业后，停止3D打印设备喷涂作业及加热装置加热作业，然后由成型托盘外表面的加热装置对成型托盘和成型托盘内的工件进行保温30分钟，然后自然冷却至常温即可得到成品尼龙材质工件。
其中，所述的第一步中的成型托盘1为横截面呈“凵”字型槽状结构，成型托盘1外表面的加热装置2为电阻加热装置、辐照加热装置中的任意一种或两种共用。
此外在进行第四步作业时，在打印喷头进行尼龙工件进行打印成型作业时，尼龙工件与成型托盘侧表面间间距为20毫米。
与此同时，在进行第四步作业时，每完成4层尼龙工件喷涂成型作业后，通过与尼龙工件喷涂表面平行的压板进行挤压塑形，且挤压塑形压力方向与成型托盘上表面垂直分布，压力为尼龙工件承压强度的90%，且所述的第五步中，在保温作业过程中，对成型托盘下表面通过超声波振荡装置3进行震荡作业，振荡频率为500kHz，振荡方向与成型托盘下表面呈90°夹角。
本发明一方面可有效的提高尼龙材料工件通过3D打印作业的成型作业效率和加工精度，另一方面可有效的消除尼龙材料3D打印作业中各层尼龙材料间易产生空隙、气泡的缺陷，提高尼龙工件材料结构的致密性和结构均匀性，同时有效的杜绝了因尼龙材料在因3D打印加工时间长，工件面积及厚度大而造成尼龙材料成型过程中受热不均现象，从而达到克服大面积、大厚度尼龙工件易发生开裂、翘边现象，从而有效的提高尼龙工件产品质量的可靠性和稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的大面积大厚度尼龙材料结构3D打印加工方法包括以下步骤：
第一步，设备预制，首先在3D打印设备承载台上安装成型托盘，并将成像托盘中点与3D打印设备工作台的原点位置对应，然后在成型托盘外表面均布至少两个加热装置，然后将3D打印设备的加热装置调置水平，并将3D打印设备的打印喷头调节到3D打印设备工作台原点正上方，并与成型托盘上表面间间距为1—2.5毫米作为打印喷头与打印工作面的作业间隙，然后定位备用；
第二步，尼龙原料预制，在完成第一步作业后，将需要参与3D打印成型作业的尼龙材料在惰性气体保护环境下，在45℃—100℃恒温环境下连续加热干燥2—10小时，然后在惰性气体保护环境下自然冷却至45℃—150℃备用；
第三步，原料上料，首先将3D打印设备的加热装置升温至80℃—150℃，然后在成型托盘上表面均匀涂布粘接剂，并在完成粘接剂涂布后将打印喷头调节到粘接剂上表面1—2.5毫米位置处待机，同时通过成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度预热至60℃—100℃，最后将第二步中处理过的尼龙原料安装到3D打印设备的上料机构上备用，从而完成原料上料作业；
第四步，成型作业，将第三步后，通过打印设备的加热装置对尼龙原料加热至熔融态，然后通过打印喷头将熔融态的尼龙原料按照工件加工程序喷涂到成型托盘上表面的粘接层上，然后按照工件加工程序逐层进行尼龙材料喷涂沉积作业，直至完成工件打印成型为止，在打印喷头进行喷涂成型加工时，打印喷头与喷涂成型的工件成型作业面间距保持1—2.5毫米不变，同时由成型托盘外表面的加热装置将成型托盘温度加热至80℃—120℃；
第五步，定型作业，在完成第四步工件成型作业后，停止3D打印设备喷涂作业及加热装置加热作业，然后由成型托盘外表面的加热装置对成型托盘和成型托盘内的工件进行保温10—30分钟，然后自然冷却至常温即可得到成品尼龙材质工件。
2.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第一步中的成型托盘为横截面呈“凵”字型槽状结构，成型托盘外表面的加热装置为电阻加热装置、辐照加热装置中的任意一种或两种共用。
3.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第二步中的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种，且干燥时惰性气体压力1—2.5倍标准大气压。
4.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第三步中，粘接剂层厚度为0.3—1毫米并均布在成型托盘上表面。
5.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第四步中，打印喷头每层喷涂厚度为0.1—0.5毫米，每分钟喷涂3—5层，且每层喷涂作业中，打印喷头水平方向上运行速度为20—500mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第四步中，在打印喷头进行尼龙工件进行打印成型作业时，尼龙工件与成型托盘侧表面间间距为3—20毫米。
7.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第四步喷涂作业时，每完成3—5层尼龙工件喷涂成型作业后，通过与尼龙工件喷涂表面平行的压板进行挤压塑形，且挤压塑形压力方向与成型托盘上表面垂直分布，压力为尼龙工件承压强度的70%—90%。
8.根据权利要求1所述的一种大面积大厚度尼龙材料结构3D打印方法，其特征在于，所述的第五步中，在保温作业过程中，对成型托盘下表面通过超声波振荡装置进行震荡作业，振荡频率为80—500kHz，振荡方向与成型托盘下表面呈30°—90°夹角。
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