CN108819220B - 一种fdm打印机的高温加热装置、打印机以及打印工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FDM打印机的高温加热装置、打印机以及打印工艺，其中，FDM打印机的高温加热装置包括沿着进料方向依次设置的用于将打印丝材从玻璃态加热至高弹态的第一加热模块和用于将打印丝材从高弹态加热至粘液态的第二加热模块，其中，所述第一加热模块内设有用于打印丝材运动的第一打印丝材输送通道，第二加热模块内设有用于打印丝材继续运动的第二打印丝材输送通道，所述第一打印丝材输送通道的一端与打印丝材进给装置连接，第一打印丝材输送通道的另一端通过喉管与所述第二打印丝材输送通道的一端连通，所述第二打印丝材输送通道的另一端与喷咀连通。该高温加热装置能够对高熔点的打印丝材进行加热，且具有打印精度高、打印效果好的优点。

Description

一种FDM打印机的高温加热装置、打印机以及打印工艺
技术领域
本发明涉及一种加热装置，具体涉及一种FDM打印机的高温加热装置、打印机以及打印工艺。
背景技术
熔融沉积打印技术(FDM)是目前3D打印领域应用最为广泛的技术之一，以热塑性打印丝材为原料，打印丝材经过打印机加热熔融形成具有一定流动性的熔体，熔体流出喷咀后冷却凝固，逐层叠加打印成型，是通过将电脑数据转换为三维物体的制造过程。
FDM打印机的主要构件为一个包括了加热热塑性打印丝材和牵引驱动材料功能的挤压头装置，在电脑程序的控制下，通过控制挤压头的立体位置和挤出打印丝材的速度和体积实现三维图形的精准控制成型。然而，目前大部分FDM 打印机只能完成较低温度材料的熔融打印(一般低于280℃)，主要原因是未进入FDM打印机加热装置的线材本身处于较低的温度(一般室温环境)，与材料熔点存在较大的温度差，大部分FDM打印机的加热装置不能短时间内完全熔融诸如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚砜树脂(PPSU)等高熔点3D打印丝材，温度差越大，熔融效果越差，导致FDM打印出的三维物体出现表面不光滑、分层，甚至出现错位的缺陷。
现有FDM打印机的加热装置一般都只有一个加热模块，若采用提高FDM 打印温度的方法改善熔融程度，势必造成加热装置过热，加速老化，甚至发生着火燃烧危险，不利于安全生产。授权公告号为CN 205467379 U的实用新型专利授权公告了一种3D打印机加热装置及一种3D打印机，其中，3D打印机加热装置的圆周方向上增设多个陶瓷加热管，多个陶瓷加热管能够产生大量的热量，能够使喷嘴在短时间内获得较高的温度，达到快速熔融打印丝材的目的。但FDM 打印时间一般都很长，若热量聚集在长度极短的挤压头处，未进入挤压头和进入挤压头后的两处丝材温度差过大，不利于材料的温度供给，并容易导致挤压打印出来的丝材收缩无规律，不利于打印速度的调整和材料热应力的释放，降低FDM打印的精度，因此降低了打印效果。
发明内容
本发明的第一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种FDM打印机的高温加热装置，该高温加热装置能够对高熔点的打印丝材进行加热，且在加热过程中不会出现挤压头前后两处打印丝材温度差过大而导致的温度供给不均衡、打印丝材收缩无规律等问题，具有打印精度高、打印效果好的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种FDM打印机。
本发明的第三个目的在于提供一种FDM打印工艺。
一种FDM打印机的高温加热装置，包括沿着进料方向依次设置的用于将打印丝材从玻璃态加热至高弹态的第一加热模块和用于将打印丝材从高弹态加热至粘液态的第二加热模块，其中，所述第一加热模块内设有用于打印丝材运动的第一打印丝材输送通道，第二加热模块内设有用于打印丝材继续运动的第二打印丝材输送通道，所述第一打印丝材输送通道的一端与打印丝材进给装置连接，第一打印丝材输送通道的另一端通过喉管与所述第二打印丝材输送通道的一端连通，所述第二打印丝材输送通道的另一端与喷咀连通。
优选地，所述第一加热模块包括第一陶瓷加热管和与第一陶瓷加热管连通的第二陶瓷加热管，所述第二加热模块包括第三陶瓷加热管，所述喉管连接在第二陶瓷加热管和第三陶瓷加热管之间。工作前，先对三个陶瓷加热管的温度进行设定，设定前，先计算出各陶瓷加热管的温度值。具体的计算原理为：将第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管的温度值分别记为T1、 T2、T3，对应地，3D打印材料的玻璃化转变温度和熔融温度记为Tg和Tm；其中，T1和T2的数值是根据材料采用动态热机械分析(DMA)分析测试的结果确定，DMA分析测试的条件为：将材料切粒后注塑成60毫米×6毫米×3毫米的长方体矩形样条，采用三点弯曲模式，测试频率为1～2Hz，升温速率为1～3℃/ 分钟，在空气气氛之下从30℃扫描到220℃；经DMA分析测试后，得出损耗角正切tanδ～温度曲线变化图，其中，T1取该图中的起始温度值，T2取该图中的峰值温度值；T3的取值范围为Tm～Tm+20℃。完成计算任务后，得出T1、T2、 T3的温度值范围，然后对应地将各陶瓷加热管的加热参数调至温度值范围内，通过将该高温加热装置预热半小时即能使各加热管达到设定的温度值范围。至此，即完成了FDM打印前的准备工作，接着进行打印工作。打印时，在丝料进给装置的推送下，打印丝料进入到第一陶瓷加热管中进行加热，由于第一陶瓷加热管的温度设置为损耗角正切tanδ的起始温度，该起始温度值交底，因此丝料上未进入第一陶瓷加热管和进入加热管的两处打印丝材温度差较小，从而打印丝材能够持续且顺利地进入到第一陶瓷加热管中，不会出现背景技术中提到的因打印丝材温度骤变导致的供给不顺畅的情况；接着打印丝材继续向下运动至第二陶瓷加热管内继续进行加热，该第二陶瓷加热管的温度为损耗角正切tan δ的峰值温度，由于该峰值温度接近打印丝材的玻璃化转变温度，因此打印丝材在该温度条件下逐渐从玻璃态转变为高弹态，流动性能大大增加；最后打印丝材继续向下运动至第三陶瓷加热管内继续进行加热，由于第三陶瓷加热管内的温度值达到打印丝材的熔融温度，通过调节该温度值后，能够改变熔融流体的黏度和熔体强度，使得从喷咀喷出的熔融打印丝材的黏度强、熔体强度高，从而提高3D打印精度。此外，通过对第三陶瓷加热管加热温度的调节，还能够使高分子打印材料改性助剂在FDM打印过程中出现析出的缺陷得到改善。
优选地，所述第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管、第三陶瓷加热管分别由第一加热棒和第一陶瓷导热管、第二加热棒和第二陶瓷导热管、第三加热棒和第三陶瓷导热管构成，所述第一加热棒、第二加热棒、第三加热棒分别横向设置在第一陶瓷导热管、第二陶瓷导热管、第一陶瓷导热管的中间，其中，第一陶瓷导热管和第二陶瓷加热管的内腔构成所述第一打印丝材输送通道，第三陶瓷导热管的内腔构成所述第二打印丝材输送通道，所述第一陶瓷导热管和第二陶瓷导热管之间还设有加热间距。工作时，导热棒通电发热，将热量传递给陶瓷导热管，陶瓷导热管再将热量传递给管内的打印丝材，其中，将导热棒设置的陶瓷导热管的中间位置处，能够使导热棒的两端的受热比较均匀；而通过设置所述加热距离，能够减少第一陶瓷导热管和第二陶瓷导热管之间进行的热量交换，减少两陶瓷导热管之间的相互干扰，从而使得加热温度得到更加精准的控制，从而极大提高了整个加热装置的加热效果。
优选地，所述第一加热模块还包括套设在第一陶瓷加热管和第二陶瓷加热管上的用于对第一陶瓷加热管和第二陶瓷加热管起到保温作用的第一陶瓷保温装置，第二加热模块还包括套设在第三陶瓷加热管上的第二陶瓷保温装置。通过设置所述第一陶瓷保温装置和第二陶瓷保温装置，能够对陶瓷加热管进行保温，减少其热量的散失，从而使得陶瓷加热管内维持相对稳定的温度，便于对温度的控制。
优选地，所述第一陶瓷保温装置和第二陶瓷保温装置为微孔陶瓷套，该微孔陶瓷套的外表面设有耐高温隔热涂层。这样设置的目的在于，一方面，由微孔陶瓷套构成的陶瓷保温装置具有质量轻的优点，从而提高了整个挤压头在打印运动过程中的灵活性；另一方面，在微孔陶瓷套的外表面设有耐高温隔热涂层能够有效对抑制当微孔陶瓷套处于高温时的热辐射和热量的散失，进一步增强了保温效果。
优选地，所述第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管的内径为0.9～0.95毫米，外径为1.3～1.5毫米，长度为2.0～2.5毫米。由于陶瓷加热管的尺寸直接决定了打印丝材的加热效果，因此对陶瓷加热管尺寸的选择至关重要，本方案中的陶瓷加热管的尺寸都是通过大量实验测试后得到了，因此可靠性高、打印效果好。
优选地，所述喉管通过螺纹结构与所述第二陶瓷加热管和第三陶瓷加热管连接，喉管的长度为20～30毫米。由于喉管的长度影响着打印丝材在整个高温加热装置内的加热时间，进而影响打印丝材的加热效果，因此其大小十分重要。经过多次的实验验证，当喉管长度在20～30毫米范围内时，加热效果最好。
本发明的一种FDM打印机的高温加热装置工作原理为：
本发明的FDM打印机的高温加热装置采用将加热模块线性排列的方式对打印丝材进行加热，工作时，打印丝材在打印丝材进给装置的不断输送下先进入到第一打印丝材输送通道中，经第一加热的模块的加热后，从玻璃态转变为高弹态，然后再通过喉管进入到第二打印丝材输送通道中，经第二加热模块的加热后，从高弹态再转变为粘液态，由于此时处于粘液态的打印丝材黏度强、熔体强度高，达到了打印丝材的3D打印要求，因此从喷咀流出后即能完成3D的打印。
需要说明的是，非晶态高分子材料在整个加热过程中宏观上表现出三种状态，即玻璃态、高弹态以及粘液态，这是高分子材料的固有性质，本发明的高温加热装置结合了高分子的该固有性质，采用第一加热模块和第二加热模块分步加热的方式来完成打印丝材三种状态间的转换，相对于背景技术中采用多个加热管同时加热的方式而言，通过对两个加热模块加热温度的调节，能够使得打印丝材的温度逐渐升高，打印丝材不同状态间的转变是平稳过渡的，不会发生骤变现象，因此打印出来的打印丝材收缩有规律，打印丝材在加热装置中的运动更加柔顺，打印丝材单位时间内从喷咀中的喷出量更加均匀，从而克服了现有技术中存在的因挤压头前后两处打印丝材温度差过大而导致的温度供给不均衡、打印丝材收缩无规律等问题，因此打印精度高、打印效果好。
一种FDM打印机，该打印机包括上述高温加热装置。
一种应用上述高温加热装置实现的FDM打印工艺，该FDM打印工艺包括以下步骤：
(1)选择待打印丝材的材料，确定该材料的玻璃化转变温度和熔融温度，分别记为Tg和Tm：
(2)对材料进行动态热机械分析分析测试：将材料切粒后注塑成60毫米×6毫米×3毫米的长方体矩形样条，采用三点弯曲模式，测试频率为1～2Hz，升温速率为1～3℃/分钟，在空气气氛之下从30℃扫描到220℃，得出损耗角正切tanδ～温度曲线变化图，该温度曲线变化图包含起始温度值和峰值温度；
(3)将第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管的加热温度值分别记为T1、T2、T3，确定T1、T2、T3的数值，其中，T1取损耗角正切tan δ～温度曲线变化图中的起始温度值，T2取损耗角正切tanδ～温度曲线变化图中的峰值温度，T3的取值范围为Tm～Tm+20℃；
(4)将T1、T2、T3的温度值各自输入到三个陶瓷加热管对应的温度设定装置中，并对加热装置进行半小时预热工作；
(5)通过丝料进给装置将打印丝材依次送入到第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管中进行加热，测试加热效果，并根据加热效果对各陶瓷加热管的加热温度进行调试，得出最适加热温度；
(6)在最适加热温度的条件下完成FDM打印工作。
优选地，所述FDM打印工艺中的喷咀直径为0.3～0.6毫米，FDM打印工艺中打印丝材的挤出速度为每分钟30～50毫米。
优选地，所述FDM打印工艺中第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管、第三陶瓷加热管以及微孔陶瓷套分别采用聚酰亚胺酸粉末填充后，放入到300～500℃的高温烘烤致其固化完全，然后再将陶瓷加热管和微孔陶瓷粘接在一起。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明的一种FDM高温加热装置结合了高分子的该固有性质，采用第一加热模块和第二加热模块分步加热的方式来完成打印丝材三种状态间的转换，相对于背景技术中采用多个加热管同时加热的方式而言，通过对两个加热模块加热温度的调节，能够使得打印丝材的温度逐渐升高，打印丝材不同状态间的转变是平稳过渡的，不会发生骤变现象，因此打印出来的打印丝材收缩有规律，打印丝材在加热装置中的运动更加柔顺，打印丝材单位时间内从喷咀中的喷出量更加均匀，从而克服了现有技术中存在的因挤压头前后两处打印丝材温度差过大而导致的温度供给不均衡、打印丝材收缩无规律等问题，因此打印精度高、打印效果好。
2、由于非晶态高分子材料从高弹态转变为粘液态时，所吸收的热量较低，对温度较敏感，因此对加热温度的控制要求较高。因此，若采用将第一打印丝材输送通道和第二打印丝材输送通道直接连通的方式设置，第一加热模块和第二加热模块产生的热量会相互辐射，相互影响，从而使得理论上的加热温度与实际的加热温度会有偏差，特别是当两加热模块经长时间的加热后，其温度较高、热辐射量较大，偏差值更大，严重影响了实际加热效果，为了解决该问题，本发明的高温加热装置通过在第一丝材输送通道和第二丝材输送通道之间增设喉管的方式来隔绝两个加热模块之间热量交换，热辐射量会大大降低，从而减少了两加热模块之间的相互干扰，提高了加热温度的控制精度，因此整个加热熔融的效果得到极大的改善。
3、本发明的高温打印装置主要用于打印玻璃化转变温度较高的热塑性3D 打印丝材(该热塑性3D打印丝材的玻璃化转变温度超过100℃)，包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚砜树脂(PPSU)、聚氮杂环丙烷(PEI)、聚酰亚胺(PI)、高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)、聚碳酸酯(PC)和聚苯醚(PPE) 等，而诸如聚乳酸(PLA)和聚乙烯(PE)等熔点、玻璃化转变温度较低的热塑性3D打印耗材，无需增加加热模块亦能实现较好地熔融效果，打印丝材通过的加热区域过长反而会导致打印丝材在一级加热模块内熔体泄露、不利于打印丝材持续稳定输送。为了解决该问题，在生产中，通过采用加快挤出速度和利用第一加热模块和第二加热模块的加热温度值相配合的方式来解决，其中，加快挤出速度能够缩短加热时间，减少打印丝材吸收的热量，利用第一加热模块和第二加热模块的加热温度值相配合的方式能够使各加热温度与挤出速度相配合，保证打印丝材吸收到足够的热量，达到打印时所要求的熔融状态，从而使得本发明的高温打印装置既适用于玻璃化转变温度较高的热塑性3D打印丝材，又适用于玻璃化转变温度较低的热塑性3D打印丝材，因此适用范围广，且同时具备加热效果的优点。
附图说明
图1为本发明的一种FDM打印机的高温加热装置的一个具体实施方式的结构示意图，图中的箭头表示打印丝材的进给方向。
图2为图1的剖视图，图中的箭头表示打印丝材的进给方向。
图3为DMA分析测试所得的损耗角正切tanδ～温度曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1和图2，本发明的一种FDM打印机的高温加热装置包括沿着进料方向依次设置的用于将打印丝材从玻璃态加热至高弹态的第一加热模块1和用于将打印丝材从高弹态加热至粘液态的第二加热模块2，其中，所述第一加热模块1内设有用于打印丝材运动的第一打印丝材输送通道3，第二加热模块2内设有用于打印丝材继续运动的第二打印丝材输送通道4，所述第一打印丝材输送通道3的一端与打印丝材进给装置连接，第一打印丝材输送通道3的另一端通过喉管5与所述第二打印丝材输送通道4的一端连通，所述第二打印丝材输送通道4的另一端与喷咀6连通。
其中，所述第一加热模块1包括第一陶瓷加热管7和与第一陶瓷加热管7 连通的第二陶瓷加热管8，所述第二加热模块2包括第三陶瓷加热管9，所述喉管5连接在第二陶瓷加热管8和第三陶瓷加热管9之间。工作前，先对三个陶瓷加热管的温度进行设定，设定前，先计算出各陶瓷加热管的温度值。具体的计算原理为：将第一陶瓷加热管7、第二陶瓷加热管8以及第三陶瓷加热管9的温度值分别记为T1、T2、T3，对应地，3D打印材料的玻璃化转变温度和熔融温度记为Tg和Tm；其中，T1和T2的数值是根据材料采用动态热机械分析 (DMA)分析测试的结果确定，DMA分析测试的条件为：将材料切粒后注塑成 60毫米×6毫米×3毫米的长方体矩形样条，采用三点弯曲模式，测试频率为 1～2Hz，升温速率为1～3℃/分钟，在空气气氛之下从30℃扫描到220℃；经DMA 分析测试后，得出损耗角正切tanδ～温度曲线变化图，其中，T1取该图中的起始温度值，T2取该图中的峰值温度值；T3的取值范围为Tm～Tm+20℃。完成计算任务后，得出T1、T2、T3的温度值范围，然后对应地将各陶瓷加热管的加热参数调至温度值范围内，通过将该高温加热装置预热半小时即能使各加热管达到设定的温度值范围。至此，即完成了FDM打印前的准备工作，接着进行打印工作。
参见图3，打印时在丝料进给装置的推送下，打印丝料进入到第一陶瓷加热管7中进行加热，由于第一陶瓷加热管7的温度设置为损耗角正切tanδ的起始温度，该起始温度值交底，因此丝料上未进入第一陶瓷加热管7和进入加热管的两处打印丝材温度差较小，从而打印丝材能够持续且顺利地进入到第一陶瓷加热管7中，不会出现背景技术中提到的因打印丝材温度骤变导致的供给不顺畅的情况；接着打印丝材继续向下运动至第二陶瓷加热管8内继续进行加热，该第二陶瓷加热管8的温度为损耗角正切tanδ的峰值温度，由于该峰值温度接近打印丝材的玻璃化转变温度，因此打印丝材在该温度条件下逐渐从玻璃态转变为高弹态，流动性能大大增加；最后打印丝材继续向下运动至第三陶瓷加热管9内继续进行加热，由于第三陶瓷加热管9内的温度值达到打印丝材的熔融温度，通过调节该温度值后，能够改变熔融流体的黏度和熔体强度，使得从喷咀6喷出的熔融打印丝材的黏度强、熔体强度高，从而提高3D打印精度。此外，通过对第三陶瓷加热管9加热温度的调节，还能够使高分子打印材料改性助剂在FDM打印过程中出现析出的缺陷得到改善。
其中，所述第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管、第三陶瓷加热管依次由第一加热棒7-1和第一陶瓷导热管7-2、第二加热棒8-1和第二陶瓷导热管8-2、第三加热棒9-1和第三陶瓷导热管9-2构成，所述第一加热棒7-1、第二加热棒8-1、第三加热棒9-1依次横向设置在第一陶瓷导热管7-2、第二陶瓷导热管8-2、第一陶瓷导热管7-2的中间，打印丝材依次在第一陶瓷导热管7-2、第二陶瓷导热管8-2以及第三陶瓷导热管9-2内被加热，所述第一陶瓷导热管7-2和第二陶瓷导热管8-2之间还设有加热间距。工作时，导热棒通电发热，将热量传递给陶瓷导热管，陶瓷导热管再将热量传递给管内的打印丝材，其中，将导热棒设置的陶瓷导热管的中间位置处，能够使导热棒的两端的受热比较均匀；而通过设置所述加热距离，能够减少第一陶瓷导热管7-2和第二陶瓷导热管8-2之间进行的热量交换，减少两陶瓷导热管之间的相互干扰，从而使得加热温度得到更加精准的控制，从而极大提高了整个加热装置的加热效果。
参见图1和图2，所述第一加热模块1还包括套设在第一陶瓷加热管7和第二陶瓷加热管8上的用于对第一陶瓷加热管7和第二陶瓷加热管8起到保温作用的第一陶瓷保温装置10，第二加热模块2还包括套设在第三陶瓷加热管9上的第二陶瓷保温装置11。通过设置所述第一陶瓷保温装置10和第二陶瓷保温装置11，能够对陶瓷加热管进行保温，减少其热量的散失，从而使得陶瓷加热管内维持相对稳定的温度，便于对温度的控制。
参见图1和图2，所述第一陶瓷保温装置10和第二陶瓷保温装置11为微孔陶瓷套，该微孔陶瓷套的外表面设有耐高温隔热涂层。这样设置的目的在于，一方面，由微孔陶瓷套构成的陶瓷保温装置具有质量轻的优点，从而提高了整个挤压头在打印运动过程中的灵活性；另一方面，在微孔陶瓷套的外表面设有耐高温隔热涂层能够有效对抑制当微孔陶瓷套处于高温时的热辐射和热量的散失，进一步增强了保温效果。
所述第一陶瓷加热管7、第二陶瓷加热管8以及第三陶瓷加热管9的内径为 0.9～0.95毫米，加热管外径为1.3～1.5毫米，陶瓷加热管的长度为2.0～2.5毫米，所述喉管5通过螺纹结构与所述第二陶瓷加热管8和第三陶瓷加热管9连接，喉管5的长度为20～30毫米。由于喉管5和陶瓷加热管的尺寸直接决定了打印丝材的加热效果，因此对陶瓷加热管尺寸的选择至关重要，本方案中的陶瓷加热管的尺寸都是通过大量实验测试后得到了，因此可靠性高、打印效果好。
参见图1和图2，本发明的一种FDM打印机的高温加热装置工作原理为：
本发明的一种FDM打印机的高温加热装置采用将加热模块线性排列的方式对打印丝材进行加热，工作时，打印丝材在打印丝材进给装置的不断输送下先进入到第一打印丝材输送通道3中，经第一加热模块1的加热后，从玻璃态转变为高弹态，然后再通过喉管5进入到第二打印丝材输送通道4中，经第二加热模块2的加热后，从高弹态再转变为粘液态，由于此时处于粘液态的打印丝材黏度强、熔体强度高，达到了打印丝材的3D打印要求，因此从喷咀6流出后即能完成3D的打印。
需要说明的是，非晶态高分子材料在整个加热过程中宏观上表现出三种状态，即玻璃态、高弹态以及粘液态，这是高分子材料的固有性质，本发明的高温加热装置结合了非晶态高分子材料的该固有性质，采用第一加热模块1和第二加热模块2分步加热的方式来完成打印丝材三种状态间的转换，相对于背景技术中采用多个加热管同时加热的方式而言，通过对两个加热模块加热温度的调节，针对不同的状态转换采用与之适应的温度，能够使得打印丝材在不同状态间的转变是平稳过渡的，不会发生骤变现象，因此打印出来的打印丝材收缩有规律，打印丝材在加热装置中的运动更加柔顺，打印丝材单位时间内从喷咀6中的喷出量更加均匀，从而克服了现有技术中存在的因挤压头前后两处打印丝材温度差过大而导致的温度供给不均衡、打印丝材收缩无规律等问题，因此打印精度高、打印效果好。
一种FDM打印机，该打印机包括上述的高温加热装置。
一种应用上述高温加热装置实现的FDM打印工艺，该FDM打印工艺包括以下步骤：
(1)选择待打印丝材的材料，确定该材料的玻璃化转变温度和熔融温度，分别记为Tg和Tm。
(2)对材料进行动态热机械分析(DMA)分析测试：将材料切粒后注塑成 60毫米×6毫米×3毫米的长方体矩形样条，采用三点弯曲模式，测试频率为 1～2Hz，升温速率为1～3℃/分钟，在空气气氛之下从30℃扫描到220℃，得出损耗角正切tanδ～温度曲线变化图，该温度曲线变化图包含起始温度值和峰值温度。
(3)将第一陶瓷加热管7、第二陶瓷加热管8以及第三陶瓷加热管9的加热温度值分别记为T1、T2、T3，确定T1、T2、T3的数值，其中，T1取损耗角正切tanδ～温度曲线变化图中的起始温度值，T2取损耗角正切tanδ～温度曲线变化图中的峰值温度，T3的取值范围为Tm～Tm+20℃。
(4)将T1、T2、T3的温度值各自输入到三个陶瓷加热管对应的温度设定装置中，并对加热装置进行半小时预热工作。
(5)通过丝料进给装置将打印丝材依次送入到第一陶瓷加热管7、第二陶瓷加热管8以及第三陶瓷加热管9中进行加热，测试加热效果，并根据加热效果对各陶瓷加热管的加热温度进行调试，得出最适加热温度。
(6)在最适加热温度的条件下完成FDM打印工作。
在该FDM打印工艺中，喷咀6直径为0.3～0.6毫米，FDM打印工艺中打印丝材的挤出速度为每分钟30～50毫米，第一陶瓷加热管7、第二陶瓷加热管8、第三陶瓷加热管9以及微孔陶瓷套分别采用聚酰亚胺酸粉末填充后，放入到300～500℃的高温烘烤致其固化完全，然后再将陶瓷加热管和微孔陶瓷粘接在一起。
实验1对PC材料打印
本实验中采用沙伯基础创新塑料中国有限公司生产的PC粒料(牌号 LEXAN PC243R)经过双螺杆挤出机的拉成直径为1.75±0.04mm的线材后，室温干燥放置24小时，采用该加热装置3D打印，T1、T2和T3的温度分别设定为128、150和280℃，将本发明的FDM打印机预热30分钟后开始打印测试模型。同时，采用某品牌的相同尺寸的桌面级FDM打印相同的测试模型，FDM 打印机的喷咀6直径为0.4毫米，挤出速度为每分钟45毫米。打印出来后采用二次元设备影响测量仪对测试模型进行测量，测量数据记为M1，电脑数据文件中对应地尺寸数据记为M2，测试模型中的每种形状测试10个数据，并计算每一种测试形状中的平均相对误差。其实验结果如下表所示。
Figure BDA0001648774600000141
实验2对HIPS材料打印
本实验中采用态湾奇美实业股份有限公司生产的HIPS粒料(牌号PH-88E) 经过双螺杆挤出机的拉成直径为1.75±0.04mm的线材后，室温干燥放置24小时，采用该加热装置打印HIPS材料，T1、T2和T3的温度分别设定为70、85 和220℃，将打印机预热30分钟后开始打印测试模型。同时，采用某品牌的相同尺寸的桌面级FDM打印相同的测试模型，FDM打印机的喷咀6直径为0.4 毫米，挤出速度为每分钟45毫米。打印出来后采用二次元设备影响测量仪对测试模型进行测量，测量数据记为M1，电脑数据文件中对应地尺寸数据记为M2，测试模型中的每种形状测试10个数据，并计算每一种测试形状中的平均相对误差。其实验结果下表所示。
Figure BDA0001648774600000151
实验3对PEEK材料打印
本实验中采用长春吉大特塑工程研究有限公司生产的PEEK材料(牌号 CoPEEK85G)经高温双螺杆挤出机挤出制成直径为1.75±0.04mm的3D打印线材，该加热装置打印PEEK材料，T1、T2和T3的温度分别设定为128、148 和350℃，将打印机预热30分钟后开始打印测试模型。同时，采用某品牌的相同尺寸的桌面级FDM打印相同的测试模型，FDM打印机的喷咀6直径为0.4 毫米，挤出速度为每分钟45毫米。打印出来后采用二次元设备影响测量仪对测试模型进行测量，测量数据记为M1，电脑数据文件中对应地尺寸数据记为M2，测试模型中的每种形状测试10个数据，并计算每一种测试形状中的平均相对误差。其实验结果下表所示。
Figure BDA0001648774600000152
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种FDM打印工艺，其特征在于，该FDM打印工艺包括以下步骤：
(1)选择待打印丝材的材料，确定该材料的玻璃化转变温度和熔融温度，分别记为Tg和Tm；
(2)对材料进行动态热机械分析分析测试：将材料切粒后注塑成60毫米×6毫米×3毫米的长方体矩形样条，采用三点弯曲模式，测试频率为1～2Hz，升温速率为1～3℃/分钟，在空气气氛之下从30℃扫描到220℃，得出损耗角正切tanδ～温度曲线变化图，该温度曲线变化图包含起始温度值和峰值温度；
(3)将第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管的加热温度值分别记为T1、T2、T3，确定T1、T2、T3的数值，其中，T1取损耗角正切tanδ～温度曲线变化图中的起始温度值，T2取损耗角正切tanδ～温度曲线变化图中的峰值温度，T3的取值范围为Tm～Tm+20℃；
(4)将T1、T2、T3的温度值各自输入到三个陶瓷加热管对应的温度设定装置中，并对加热装置进行半小时预热工作；
(5)通过丝料进给装置将打印丝材依次送入到第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管以及第三陶瓷加热管中进行加热，测试加热效果，并根据加热效果对各陶瓷加热管的加热温度进行调试，得出最适加热温度；
(6)在最适加热温度的条件下完成FDM打印工作。
2.根据权利要求1所述的FDM打印工艺，其特征在于，所述FDM打印工艺中第一陶瓷加热管、第二陶瓷加热管、第三陶瓷加热管以及微孔陶瓷套分别采用聚酰亚胺酸粉末填充后，放入到300～500℃的高温烘烤致其固化完全，然后再将陶瓷加热管和微孔陶瓷粘接在一起。
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