CN109605610A - 一种3d打印丝材成型质量的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种3D打印丝材成型质量的控制方法，先将高熔点挤出材料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，将干燥好的高熔点挤出材料放置真空盒中；采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：调整挤出工艺参数，挤出稳定、控量连续丝材；最后将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用；本发明实现高熔点材料的合格3D打印，并大大提高制备效率，降低制备成本。

Description

一种3D打印丝材成型质量的控制方法

技术领域

本发明涉及FDM熔融沉积3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印丝材成型质量的控制方法。

背景技术

丝材挤出是3D打印的重要组成部分，随着高分子材料的广泛应用,聚醚醚酮(polyether-ether-ketone，peek)、聚酰亚胺(polyimide,PI)相比于传统的ABS、PLA等3D打印材料而言，具有优异的力学性能、耐热性、耐疲劳性、耐蠕变性、耐辐照性和耐候性，已经作为一种潜力巨大的轻质高性能材料来替代金属材料应用到各个领域。

然而，传统的丝材挤出存在挤出原料单一(无法进行材料的混合)、挤出温度低(挤出温度低，对于高熔点材料挤出能力不足)、挤出稳定性差、挤出质量差等缺点。PEEK、PEI是一种高熔点材料，传统设备只能通过注塑、模压、吹塑等工艺制备，这种制备工艺复杂且制备周期长，制备出的材料质量差，更重要的是应用范围窄，且同时不能兼顾多种高熔点材料制备，后续加工成本和复杂程度高，导致材料的应用推广受到限制。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点。本发明的目的在于提供一种3D打印丝材成型质量的控制方法，实现高熔点材料的合格3D打印，并大大提高制备效率，降低制备成本。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种3D打印丝材成型质量的控制方法，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间4-6h；

2)将干燥好的高熔点挤出材料放置真空盒中；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)若挤出材料为高熔点复合材料时，按照质量比加入到V型混料机中进行混合，V型混料机转速设定为50r/min，混合均匀后将干燥好的高熔点挤出颗粒料/粉料加入喂料容器；若为单一名称颗粒料则不需进行混合，直接加入喂料容器；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：341-350℃；二区：336-345℃；三区：330-345℃；四区：330-345℃；五区：322-345℃；六区：336-343℃；模头挤出区：332-343℃；喂料速度3.4r/min-4r/min，螺杆挤出速度19-20r/min，风冷流量3-4L/min，牵引速度5.2-6.7r/min，收卷速度9-10r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

所述的高熔点挤出材料包括PEEK、PEI、5％碳纤维+PEEK复合材料。

本发明的有益效果为：

1、使用双螺杆挤出机挤出丝材，由于采用了七区加热法，能使得高熔点材料在熔腔能熔融的更完全，同时每个加热区的温度设定是根据挤出材料的物理化学性能；这样材料能能够在不同的温度段存在不同的形态，使得材料达到一种最佳的挤出状态，挤出的丝材质量合格，挤出效率提高，挤出稳定性高。

2、采用了双螺杆，可以挤出流动性低的复合粉料等高熔点材料，

3、干燥是材料挤出过程中最重要的环节，由于材料本身都具有一定的吸水性，若干燥不完全，则挤出材料的质量差，丝材中存在许多气泡，无法使用。

本发明能够有效的减少高熔点材料在使用过程中使用成本高、附加效益低等劣势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细描述。

实施例1，一种3D打印丝材成型质量的控制方法，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料PEEK粒料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间4h，除去PEEK粒料中存在的水分；

2)将干燥好的PEEK粒料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将PEEK粒料添加至平行双螺杆挤出机喂料容器内；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：350℃，二区：345℃，三区：345℃，四区：345℃，五区：345℃，六区：342℃，模头挤出区：343℃；喂料速度4.0r/min，螺杆挤出速度19r/min，风冷流量4L/min，牵引速度6.7r/min、收卷速度10r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

本实施例的有益效果：聚醚醚酮(PEEK)作为一种工程塑料。传同的加工只能通过注塑、模压、吹塑等工艺，这种工艺制作周期长，制作复杂程度低且成本极高，在制备过程中质量和线径无法控制，无法实现个性化定制。通过双螺杆丝材挤出工艺可快速的制备出质量和线径合格打印丝材，结合3D打印技术，快速打印出所需的假体，减小了手术周期。

在航空航天领域，由于PEEK具有很高的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性，可以将PEEK和其他高熔点材料混合挤出，并应用在工作环境恶略和航空航天隐身材料、减重等方面。

实施例2，一种3D打印丝材成型质量的控制方法，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料PEI粒料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间6h，除去PEI粒料中存在的水分；

2)将干燥好的PEI粒料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将PEI粒料添加至平行双螺杆挤出机喂料容器内；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：341℃，二区：336℃，三区：330℃，四区：330℃，五区：322℃，六区：336℃，模头挤出区：332℃，喂料速度3.4r/min，螺杆挤出速度20r/min，风冷流量3L/min，牵引速度5.2r/min，收卷速度9r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

本实施例的有益效果：PEI也称聚醚酰亚胺，是一种性能极好的热塑性材料，能够做光纤连接器，用于汽车领域,如用以制造高温连接件、产,高功率车灯和指示灯、控制汽车舱室外部温度的传感器和控制空气和燃料混合物的传感器。还可用作耐高温润滑侵蚀的真空泵叶轮、在180℃操作的蒸馏器的磨口玻璃接头(承接口)、非照明的防雾灯的反射镜。传统制造工艺采用注塑或冲压，制造周期长，材料利用率低，对于结构复杂件制造程度难，制造精度低。通过双螺杆将颗粒或者粉料挤出成丝材，结合3D打印能够快速制造，产生更大的效益，降低成本且精度满足使用要求。

实施例3，一种3D打印丝材成型质量的控制方法，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料碳纤维+PEEK材料以1：20的质量分数比放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间5h，除去碳纤维+PEEK材料中存留的水分，

2)将干燥好的碳纤维+PEEK材料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将干燥好的碳纤维+PEEK材料添加至V型混料机中进行充分的混合，V型混料机转速设定为50r/min,混合6h，混合均匀后将干燥好的碳纤维+PEEK材料加入喂料容器；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：345℃，二区：345℃，三区：345℃，四区：345℃，五区：345℃，六区：343℃，模头挤出区：343℃，喂料速度3.4r/min，螺杆挤出速度20r/min，风冷流量4L/min，牵引速度5.2r/min，收卷速度9r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

本实施例的有益效果：传统的制造工艺缺乏多样性和快速响应以及低熔点，使得实施起来进展慢过程复杂且许多因素无法控制，而通过双螺杆挤出工艺方法，可实现高熔点复合材料的制备，同时结合3D打印技术，快速的进行试验并验证，有利于新材料的研发以及在各个领域的使用；如电子领域，可以使用复合材料做一些绝缘材料且强度足够；工业领域，复合材料具有很高的强度同时复合材料的重量轻，减少了使用时的重量，提高了能源利用，航空航天领域，对于大型装备，既要求耐高温，而且还要减少重量同时强度还要提高，复合材料担当着重要角色；医疗领域，通过复合材料制造出的假体更接近人体关节等部位，降低了手术后患者的并发症的概率等。

Claims (5)

1.一种3D打印丝材成型质量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间4-6h；

2)将干燥好的高熔点挤出材料放置真空盒中；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)若挤出材料为高熔点复合材料时，按照质量比加入到V型混料机中进行混合，V型混料机转速设定为50r/min，混合均匀后将干燥好的高熔点挤出颗粒料/粉料加入喂料容器；若为单一名称颗粒料则不需进行混合，直接加入喂料容器；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：341-350℃；二区：336-345℃；三区：330-345℃；四区：330-345℃；五区：322-345℃；六区：336-343℃；模头挤出区：332-343℃；喂料速度3.4r/min-4r/min，螺杆挤出速度19-20r/min，风冷流量3-4L/min，牵引速度5.2-6.7r/min，收卷速度9-10r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印丝材成型质量的控制方法，其特征在于：所述的高熔点挤出材料包括PEEK、PEI、5％碳纤维+PEEK复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印丝材成型质量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料PEEK粒料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间4h，除去PEEK粒料中存在的水分；

2)将干燥好的PEEK粒料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将PEEK粒料添加至平行双螺杆挤出机喂料容器内；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：350℃，二区：345℃，三区：345℃，四区：345℃，五区：345℃，六区：342℃，模头挤出区：343℃；喂料速度4.0r/min，螺杆挤出速度19r/min，风冷流量4L/min，牵引速度6.7r/min、收卷速度10r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印丝材成型质量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料PEI粒料放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间6h，除去PEI粒料中存在的水分；

2)将干燥好的PEI粒料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将PEI粒料添加至平行双螺杆挤出机喂料容器内；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：341℃，二区：336℃，三区：330℃，四区：330℃，五区：322℃，六区：336℃，模头挤出区：332℃，喂料速度3.4r/min，螺杆挤出速度20r/min，风冷流量3L/min，牵引速度5.2r/min，收卷速度9r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印丝材成型质量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将高熔点挤出材料碳纤维+PEEK材料以1：20的质量分数比放置料盘中，再将料盘放入干燥箱中加热干燥，干燥温度150℃，干燥时间5h，除去碳纤维+PEEK材料中存留的水分，

2)将干燥好的碳纤维+PEEK材料放置真空盒中，防止水分二次进入；

3)采用平行双螺杆挤出机挤出丝材：

3.1)将干燥好的碳纤维+PEEK材料添加至V型混料机中进行充分的混合，V型混料机转速设定为50r/min,混合6h，混合均匀后将干燥好的碳纤维+PEEK材料加入喂料容器；

3.2)调整挤出工艺参数，挤出工艺参数包括：使用7段挤出区域温度分别设定为一区：345℃，二区：345℃，三区：345℃，四区：345℃，五区：345℃，六区：343℃，模头挤出区：343℃，喂料速度3.4r/min，螺杆挤出速度20r/min，风冷流量4L/min，牵引速度5.2r/min，收卷速度9r/min；

3.3)经线径仪检测挤出丝材线径，根据线径仪读取数据挤出稳定、控量连续丝材；

4)将挤出丝材使用3D打印设备进行打印，调整打印工艺，打印出所需模型并最终应用。