CN108016032A - 一种提高打印件强度韧性的3d打印成型工艺方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法和装置，通过包括插针、挤出头、挤出头座及加热器、3D打印耗材送丝机的3D打印装置，在3D打印挤出送丝过程中，同步进行高速插针运动，利用插针刺穿打印层及打印底层，所述打印层及所述打印底层在插针位置形成凹状压卯结构。本发明相较传统3D打印成型挤出装置可有效提高成型构件的抗疲劳性、强度及韧性，使打印件更稳定稳固；同时该装置可模块化替换现有熔融沉积3D打印机挤出系统。

Description

一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法和装置
技术领域
本发明主要涉及3D打印成型领域，尤其涉及一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法和装置。
背景技术
采用熔融沉积工艺形式进行3D打印时，发现一般成型样件存在层与层粘附强度不足，并且整体抗拉性能及韧性相较注塑件有较大距离。因此严重限制该成型工艺技术的3D打印机在实际生产中的使用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：3D打印件中层与层间粘接强度不足，使用过程中层与层易产生应力集中，在层与层位置产生剥离现象。为解决该技术问题，本发明提供一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法和装置，是一种在打印过程中可同步实施的可显著提高打印件强度韧性的打印件增强处理工艺装置。
本发明的目的是通过如下技术装置实现的：
一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法，其特征在于，在3D打印挤出送丝过程中，同步进行高速插针运动，通过插针刺穿打印层及打印底层，所述打印层及所述打印底层在插针位置形成凹状压卯结构。
为实现上述工艺方法，本发明还提供了一种提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括插针、挤出头、挤出头座及加热器、3D打印耗材送丝机；
所述插针从所述挤出头座及加热器上方进入所述挤出头座及加热器内，经所述挤出头座及加热器进入所述挤出头的挤出口中，所述插针上下运动，能够向下伸出所述挤出头；所述挤出头座及加热器为通腔结构，分别与所述挤出头和所述3D打印耗材送丝机内腔相通；所述挤出头固定于所述挤出头座及加热器底端；所述3D打印耗材送丝机设置在所述挤出头座及加热器上方，3D打印耗材由所述3D打印耗材送丝机驱动，进入所述挤出头座及加热器中，受热融化后，由所述挤出头挤出。
进一步地，所述3D打印结构中还包括高速直流马达，所述高速直流马达的输出轴与所述插针相连，所述高速直流马达带动所述插针上下运动。
进一步地，所述3D打印结构中还包括插针铰链，所述高速直流马达的输出轴通过所述插针铰链与所述插针相连。
进一步地，所述挤出头座及加热器的通腔结构包括竖直腔、进料腔和挤出腔，所述竖直腔和所述进料腔分别位于所述挤出腔上方；所述插针穿过竖直腔和挤出腔进入所述挤出头挤出口中；所述3D打印耗材送丝机的出料孔与所述挤出头座及加热器的进料腔相通；所述挤出头的内腔与所述挤出头座及加热器的挤出腔相通。
进一步地，所述3D打印耗材送丝机为多个，多种所述3D打印耗材分别经所述3D打印耗材送丝机驱动同时或单独进入所述挤出头座及加热器的挤出腔中。
进一步地，所述挤出头座及加热器设有多个相应的进料腔，分别与所述3D打印耗材送丝机的出料孔相通。
进一步地，所述插针为多个，多个所述插针根据所述挤出头的挤出口形状分布，同时上下运动。
本发明的有益效果：
本发明通过插针刺穿打印层及打印底层，在插针位置形成凹状压卯结构，该凹状压卯结构增加了打印件中层与层的接触面积，增加粘结强度；在刺穿过程中，使两层材料形成部分混合，提高了结合处的强度，使其在受外力时，其应力可有效经过该系列凹状压卯微观结构向打印样件的上层及其下层分散，改善应力集中。
本发明相较传统3D打印成型挤出装置，尤其在大件的3D打印中，可有效提高成型构件的抗疲劳性、强度及韧性，使打印件更稳定稳固；同时该装置可模块化替换现有熔融沉积3D打印机挤出系统。
附图说明
图1为本发明提高打印件强度韧性的3D打印装置的结构示意图；
图2为本发明打印凹状压卯微观成型结构示意图。
其中：101-高速直流马达、102-插针铰链、103-插针、104-挤出头、105-挤出头座及加热器、106-3D打印耗材、107-3D打印耗材送丝机、108-打印层、109-打印底层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术装置，以下将通过实施例并结合附图对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本实施例记载了一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法，该方法是在3D打印挤出送丝过程中，同步进行高速插针运动，通过插针刺穿打印层及打印底层，打印层及打印底层在插针位置形成凹状压卯结构。该凹状压卯结构可有效增加层与层的粘附面积，并改善打印样件在受力时的应力传递分布，使其应力更加均衡。
为实现该工艺方法，3D打印装置中包括高速直流马达101、插针铰链102、插针103、挤出头104、挤出头座及加热器105、3D打印耗材送丝机107，如图1所示。
高速直流马达101和3D打印耗材送丝机107分别设置在挤出头座及加热器105上方；挤出头座及加热器105为通腔结构，通腔结构包括竖直腔、进料腔和挤出腔，竖直腔和进料腔分别位于挤出腔上方；挤出头104固定于挤出头座及加热器105底端，其内腔与挤出头座及加热器105挤出腔相通。
高速直流马达101的输出轴通过插针铰链102与插针103相连，插针103下端穿过挤出头座及加热器105的竖直腔和挤出腔进入挤出头104的挤出口中，插针103末端为针状结构，挤出头座及加热器105的竖直腔与插针103形状相适配。通过高速直流马达101的输出轴旋转，经插针铰链102带动插针103上下运动，在上下运动过程中，插针103可向下伸出挤出头104的挤出口。3D打印耗材送丝机107的出料孔与挤出头座及加热器105的进料腔相通，3D打印耗材106由3D打印耗材送丝机107驱动，经挤出头座及加热器105进料腔进入挤出腔中，受热融化后，由挤出头104挤出。
此外为防止在插针103上下运动过程中3D打印耗材106进入竖直腔，在竖直腔底端可设置密封塞，插针103穿过密封塞进入挤出头座及加热器105的进料腔。
在工作时，3D打印耗材106经3D打印耗材送丝机107驱动，进入挤出头座及加热器105，3D打印耗材106在挤出头座及加热器105中受热融化，经挤出头104挤出。同时高速直流马达101带动插针铰链102链接插针103做高速往返运动，刺穿打印层108及打印底层109，如图2所示。打印层108及打印底层109在插针位置形成凹状压卯结构。
在打印件上形成的凹状压卯结构具有以下几个特点：
1、增加了打印件中层与层的接触面积，增加粘结强度。
2、刺穿过程中，使两层材料形成部分混合，提高结合强度。
3、压卯结构使打印机受外力时，其应力可有效经过该系列微观结构向打印件的上层及其下层分散，改善应力集中。
另外，在其他实施例中，大面积打印时，为加快打印效率，选用的挤出头104的挤出口可能较大，可根据挤出头104的挤出口形状分布多个插针103，由高速直流马达101带动同时上下运动，以便在加快打印效率的同时保证凹状压卯结构的效力及均匀分布。
此外3D打印耗材送丝机107可为多个，在挤出头座及加热器105上可设置多个相应的进料腔，分别与3D打印耗材送丝机107的出料孔相通。多种3D打印耗材106可分别经3D打印耗材送丝机107驱动同时或单独进入挤出头座及加热器105的挤出腔中。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术装置的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高打印件强度韧性的3D打印成型工艺方法，其特征在于，在3D打印挤出送丝过程中，同步进行高速插针运动，通过插针刺穿打印层及打印底层，所述打印层及所述打印底层在插针位置形成凹状压卯结构。
2.一种提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括插针(103)、挤出头(104)、挤出头座及加热器(105)、3D打印耗材送丝机(107)；
所述插针(103)从所述挤出头座及加热器(105)上方进入所述挤出头座及加热器(105)内，经所述挤出头座及加热器(105)进入所述挤出头(104)的挤出口中，所述插针(103)上下运动，能够向下伸出所述挤出头(104)；所述挤出头座及加热器(105)为通腔结构，分别与所述挤出头(104)和所述3D打印耗材送丝机(107)内腔相通；所述挤出头(104)固定于所述挤出头座及加热器(105)底端；所述3D打印耗材送丝机(107)设置在所述挤出头座及加热器(105)上方，3D打印耗材(106)由所述3D打印耗材送丝机(107)驱动，进入所述挤出头座及加热器(105)中，受热融化后，由所述挤出头(104)挤出。
3.根据权利要求2所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印结构中还包括高速直流马达(101)，所述高速直流马达(101)的输出轴与所述插针(103)相连，所述高速直流马达(101)带动所述插针(103)上下运动。
4.根据权利要求3所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印结构中还包括插针铰链(102)，所述高速直流马达(101)的输出轴通过所述插针铰链(102)与所述插针(103)相连。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述挤出头座及加热器(105)的通腔结构包括竖直腔、进料腔和挤出腔，所述竖直腔和所述进料腔分别位于所述挤出腔上方；所述插针(103)穿过竖直腔和挤出腔进入所述挤出头(104)挤出口中；所述3D打印耗材送丝机(107)的出料孔与所述挤出头座及加热器(105)的进料腔相通；所述挤出头(104)的内腔与所述挤出头座及加热器(105)的挤出腔相通。
6.根据权利要求5所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印耗材送丝机(107)为多个，多种所述3D打印耗材(106)分别经所述3D打印耗材送丝机(107)驱动同时或单独进入所述挤出头座及加热器(105)的挤出腔中。
7.根据权利要求6所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述挤出头座及加热器(105)设有多个相应的进料腔，分别与所述3D打印耗材送丝机(107)的出料孔相通。
8.根据权利要求2所述的提高打印件强度韧性的3D打印装置，其特征在于，所述插针(103)为多个，多个所述插针(103)根据所述挤出头(104)的挤出口形状分布，同时上下运动。
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