CN108264756A - 一种三维激光沉积成型的3d打印材料及设备 - Google Patents

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Abstract

一种三维激光沉积成型的3D打印材料及设备。本发明涉及3D打印领域。它解决了现有设备满足不了打印速度快、打印精度高、打印大型制品、打印设备简单和打印模型建模难的问题。本发明将无机填料与聚合物混合，配制成适当粘度的打印稠液；然后通过挤压设备将无机填料打印粘稠液挤出打印头，在打印过程中通过高强度激光将粘稠液光固化成型。本发明综合了立体平版印刷以及熔融沉积造型的优点，在二者的基础上创新而来，是一种创新的3D打印技术。具有打印速度快、打印精度高、可打印大型制品、打印设备简单和打印模型易建的优点。

Description

一种三维激光沉积成型的3D打印材料及设备
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种三维激光沉积成型的3D打印材料及设备。
背景技术
目前，3D打印技术的正式名称为“增材制造”，又称为“快速成型技术”，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术(增材制造)，与传统的去除材料加工技术(减材制造)不同，因此又称为添加制造，其综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。现今，3D打印技术还不能取代传统制造业，但两者形成了良性互补。3D打印具有如下特点：一、易用性高；二、工艺周期短、精度高；三、成本低。历经30多年的发展，3D打印的工艺方法逐渐被发展起来，至今主要有以下几种：1、熔融层积成型技术；2、光固化成型技术；3、选择性激光烧结技术；4、直接金属粉末激光烧结技术；5、激光叠层制造技术；6、电子束熔融技术；7、3维打印技术。然而，针对高含量无机填料的打印，现有的3D打印技术无法满足打印速度快、打印精度高、可打印大型制品、打印设备简单和打印模型不易建模的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的3D打印针对高含量无机填料的打印，3D打印技术无法满足打印速度快、打印精度高、打印大型制品、打印设备简单和打印模型不易建模的问题，本发明提供了一种三维激光沉积成型的3D打印材料及设备，解决该问题的具体技术方案如下：
本发明的一种三维激光沉积成型的3D打印材料，由铝粉、二氧化硅、聚氨酯丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦组成，按质量比铝粉:二氧化硅为3:15～20、聚氨酯丙烯酸酯:乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯1～4:1，在将粉体和树脂体系按质量比为1～5:1加入到盛有粉体和树脂体系总质量为3～10％的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的烧杯中，经搅拌均匀即制备成无机填料与聚合物混合的打印液。
本发明的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，由供料装置、光固化装置和三维运动平台组成，
所述的供料装置包含气泵、料筒、压力控制器、针头、料筒盖和支架组成，气泵的输出端与压力控制器的输入端采用塑料管相连，压力控制器的输出端由塑料管与料筒连通，针头的上端与料筒下端采用内螺纹扣连接，料筒盖与料筒采用螺纹扣相连，料筒固定在支架上，支架下端固定在三维运动平台架体上；
所述的光固化装置采用紫外光发射器，波长为200～400nm，可调且稳定的紫外光；紫外光发射器发出的光束与针头的夹角为四十度，紫外光发射器发出的光束与R轴旋转台的夹角为五十度，紫外光的中心位于针头正后方5～8mm处。
所述的三维运动平台由三个轴的位移传感器、R轴旋转台和驱动电机组成，三个轴的位移传感器、R轴旋转台和驱动电机的输入端与运动控制卡连接，驱动电机的运转受运动控制卡上的电机控制器控制，R轴旋转台固定在Z轴上，步进电机的转动与R轴旋转台底部齿轮啮合带动R轴旋转台。
本发明的一种三维激光沉积成型的3D打印材料及设备，综合了立体平版印刷(Stereo lithography Appearance，SLA)以及熔融沉积造型(Fused DepositionModeling，FDM)的优点，在二者的基础上创新而来，是一种创新的3D打印技术。具有打印速度快、打印精度高、可打印大型制品、打印设备简单和打印模型易建的优点。广泛用于高含量无机填料的成型打印以及陶瓷制品行业。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是图1中供料装置的结构示意图，图3是图1中三维运动平台的结构示意图，图4是紫外光发射器示意图，图5、图6是制品打印过程图，图7是成品样件。图中3-3是x轴3-4是y轴。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的材料由铝粉、二氧化硅、聚氨酯丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦组成，按质量比铝粉:二氧化硅为3:15～20、聚氨酯丙烯酸酯:乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯1～4:1，在将粉体和树脂体系按质量比为1～5:1加入到盛有粉体和树脂体系总质量为3～10％的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的烧杯中，经搅拌均匀即制备成无机填料与聚合物混合的打印材料。
具体实施方式二：本实施方式所述的按质量铝粉为23.29g、二氧化硅为132g、聚氨酯丙烯酸酯为132g和乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯为15.52g加入到盛有3.104g的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的烧杯中，经搅拌均匀后放置0.5～2小时，即制备成无机填料与聚合物混合的适当粘稠度的打印液。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的三维激光沉积成型的3D打印设备，由供料装置、光固化装置和三维运动平台组成，
所述的供料装置包含气泵1-1、料筒1-2、压力控制器1-3、针头1-4、料筒盖1-5和支架1-6组成，气泵1-1的输出端与压力控制器1-3的输入端采用塑料管相连，压力控制器1-3的输出端由塑料管与料筒1-2连通，针头1-4的上端与料筒1-2下端采用内螺纹扣连接，料筒盖1-5与料筒1-2采用螺纹扣相连，料筒1-2固定在支架1-6上，支架1-6下端固定在三维运动平台的架体上；
所述的光固化装置采用紫外光发射器2，波长为200～400nm，可调且稳定的紫外光；紫外光发射器2发出的光束与针头1-4的夹角为四十度，紫外光发射器2发出的光束与R轴旋转台3-1的夹角为五十度，紫外光的中心位于针头1-4正后方5～8mm处；
所述的三维运动平台由三个轴的位移传感器、R轴旋转台3-1和驱动电机组成，三个轴的位移传感器、R轴旋转台和驱动电机的输入端与运动控制卡连接，驱动电机的运转受运动控制卡上的电机控制器控制，R轴旋转台3-1固定在Z轴3-2上，步进电机3-5的转动与旋转台底部齿轮啮合带动旋转台。
具体实施方式四：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式所述的料筒盖1-5与料筒1-2之间设有内垫胶圈，胶圈起到密封作用。
具体实施方式五：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式所述的气泵提供压缩空气的压力为0.7～0.75MPa。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的打印液采用气压、螺杆或注射方式挤出。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的通过电脑程序调节料筒针头1-4到R轴旋转台3-1的高度为1～1.5mm。
具体实施方式八：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式所述的针头1-4下端尖的尺寸的大小决定了打印的精度，针头尺寸选择为0.9～1.2mm，针头1-4的尖端越小，打印精度越高。
具体实施方式九：结合图5、图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述的是采用本发明打印的空心圆柱体样件，输入打印相关参数外径为30mm，内径为14mm，层高为10mm，单击打印按钮，将料筒1-2内无机填料打印液挤出打印头，经高强度激光将打印液光固化成型为空心圆柱体样件。
料筒1-2起到固定针头1-4和打印液存储的作用；压力控制器1-3能准确控制打印液的出液速度。
工作原理：
将打印液放入料筒1-2内，拧紧料筒盖1-5，将料筒1-2放入支架1-6上，将3D打印机回零操作，调节x、y轴位置使得料筒针头1-4处在R轴旋转台的中心位置，通过电脑程序调节料筒针头1-4到R轴旋转台3-1的高度为1～1.5mm，开启紫外光控制器开关，通过电脑运行打印程序，打开运动控制卡开关，连接压力控制器，将旋钮调至数控，打开气泵1-1开关，泵入空气，调节压力控制器上的分压阀门泵入空气，调节分压阀门，输入打印相关制品的参数，单击打印按钮，将料筒1-2内无机填料打印液挤出打印头，经高强度激光将打印液光固化成型所打制品。
本发明的三维激光沉积成型技术，通过建立稳定的、可扩展的3D打印设备，进一部探索三维激光沉积成型技术中紫外光强、打印速度、打印精度和打印方式等因素对一体化打印的固体火箭发动机性能的影响。

Claims (10)

1.一种三维激光沉积成型的3D打印材料，由铝粉、二氧化硅、聚氨酯丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦组成，其特征在于：按质量比铝粉:二氧化硅为3:15～20、聚氨酯丙烯酸酯:乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯1～4:1，在将粉体和树脂体系按质量比为1～5:1加入到盛有粉体和树脂体系总质量为3～10％的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的烧杯中，经搅拌均匀即制备成无机填料与聚合物混合的打印材料。
2.根据权利要求1所述的一种三维激光沉积成型的3D打印材料，按质量铝粉为23.29g、二氧化硅为132g、聚氨酯丙烯酸酯为132g和乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯为15.52g加入到盛有3.104g的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的烧杯中，经搅拌均匀后放置0.5～2小时，即制备成无机填料与聚合物混合的打印液。
3.依据权利要求1所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，由供料装置、光固化装置和三维运动平台组成，其特征在于：
所述的供料装置包含气泵、料筒、压力控制器、针头、料筒盖和支架组成，气泵的输出端与压力控制器的输入端采用塑料管相连，压力控制器的输出端由塑料管与料筒连通，针头的上端与料筒下端采用内螺纹扣连接，料筒盖与料筒采用螺纹扣相连，料筒固定在支架上，支架下端固定在三维运动平台的架体上；
所述的光固化装置采用紫外光发射器，波长为200～400nm，紫外光发射器发出的光束与针头的夹角为四十度，紫外光发射器发出的光束与R轴旋转台的夹角为五十度，紫外光的中心位于针头正后方5～8mm处；
所述的三维运动平台由三个轴的位移传感器、R轴旋转台和驱动电机组成，三个轴的位移传感器、R轴旋转台和驱动电机的输入端与运动控制卡连接，驱动电机的运转受运动控制卡上的电机控制器控制，R轴旋转台固定在Z轴上，步进电机的转动与R轴旋转台底部齿轮啮合带动R轴旋转台。
4.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：所述的料筒盖与料筒之间设有内垫胶圈，胶圈起到密封作用。
5.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：所述的气泵提供压缩空气的压力为0.7～0.75MPa。
6.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：所述的打印液采用气压、螺杆和注射方式挤出。
7.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：所述的针头尖端到R轴旋转台的高度为1～1.5mm。
8.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：所述的针头下端尖的尺寸为0.9～1.2mm。
9.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：紫外光发射器的波长为200～400nm。
10.根据权利要求3所述的一种三维激光沉积成型的3D打印设备，其特征在于：打印初始针头处在R轴旋转台的中心位置。
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