CN110303675A - 一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,先绘制三维模型并生成路径文件,将基体材料粉末和功能添加料粉末分别装入到送粉器中;再将原料通过送粉器分别送入进料口,进入挤出套筒,电磁感应线圈将基体材料加热至熔融状态,驱动电机带动挤出螺杆旋转,将熔融状态的基体材料和粉末状的功能添加料挤出挤出到分散腔中;然后通过超声波发生器,使得功能添加料以均匀分散的状态混合在基体材料之中;最后将充分混合且分散的原料混合物挤出到3D打印喷头中,根据路径文件进行打印;本发明可以直接使用粉末原料进行3D打印,通过改变打印过程中的送粉速率,使得打印的零部件在不同区域具有不同的功能添加料含量,实现复合材料的定向调控打印。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,具体涉及一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法。
背景技术
复合材料通过基体材料与功能添加料复合而成,其中,基体材料起到提供基体结构的作用,基体材料与不同的功能添加料复合,可以实现不同的效果,例如,与铅、钨复合为辐射屏蔽材料,与铜、铝复合为电磁屏蔽材料等等。
使用3D打印方式制备复合材料具有适合生产复杂结构的零部件、缩短产品研制周期、降低生产成本等优点,现有的复合材料3D打印方法均为先把粉末原料制备为丝材,再使用3D打印机与制备好的丝材进行打印。然而制备丝材的过程较为繁琐,而且制备好的丝材原料成分均已固定,在打印过程中无法更换丝材,打印出的部件中功能添加料的含量为固定值,无法实现零部件中功能添加料的定向调控。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供了一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,可以直接使用粉末原料进行3D打印,同时可以通过改变打印过程中的送粉速率,使得打印的零部件在不同区域具有不同的功能添加料含量,实现复合材料的定向调控打印。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,包括以下步骤:
步骤一:绘制三维模型并生成路径文件,使用三维绘图软件绘制待打印部件的三维模型,将绘制好的三维模型导入到3D打印处理软件中,生成路径文件;
步骤二:装载原料,将基体材料粉末和功能添加料粉末分别装入到各自的送粉器中;
步骤三:熔融并初步混合,将步骤二中提到的原料通过送粉器分别送入进料口,原料从进料口进入挤出套筒内部,挤出套筒外部的电磁感应线圈将基体材料加热至熔融状态;驱动电机带动挤出螺杆旋转,将熔融状态的基体材料和粉末状的功能添加料进行初步的混合得到原料混合物,将原料混合物挤出到分散腔中;
步骤四:超声分散,通过超声波发生器,对处于熔融状态基体材料中的功能添加料粉末进行充分的超声分散,使得功能添加料以均匀、分散的状态混合在基体材料之中;
步骤五:3D打印,将步骤四中的充分混合且分散的原料混合物挤出到3D打印喷头中,3D打印喷头根据步骤一中的路径文件进行打印。
所述的步骤一中的送粉器数量至少一个,具体数量取决于工艺需求。
所述的步骤二中的基体材料粉末为聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙、聚乳酸、ABS塑料的高分子材料中的一种或多种。
所述的步骤二中的功能添加料粉末为铅、钨、铜、金、银的金属材料或碳化硼、碳化硅、硼化钨的陶瓷材料的一种或多种。
所述的步骤三中的进料口数量至少一个,具体数量取决于预混的原料种类数量。
所述的步骤三中的挤出螺杆为单螺杆、双螺杆或其组合。
所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法所用设备,包括设置在挤出套筒内部的挤出螺杆8,挤出螺杆8上端伸出挤出套筒9与驱动电机3相连接,电磁感应线圈7缠绕在挤出套筒9外部,在挤出套筒9靠近驱动电机3的一侧开设有一号进料口5以及二号进料口6,一号进料口5与一号送粉器1、二号送粉器2的出口相连接,二号进料口6与三号送粉器4的出口相连接,挤出套筒9的出口与分散腔10的入口端相连接,分散腔10的出口端与3D打印喷头12相连接,分散腔10内设置有超声波发生器11。
本发明相比于现有技术,具有如下的有益效果:
本发明提出来一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,可以直接使用粉末原料进行3D打印,省去了将粉末原料制备为丝材这一步骤,简化了工艺流程;同时在打印过程中,可以通过改变功能添加料的含量,实现零部件中功能添加料的定向调控。
附图说明
图1为本发明3D打印方法所用设备的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
如图1所示,本发明一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法所用设备,包括设置在挤出套筒9内部的挤出螺杆8,挤出螺杆8上端伸出挤出套筒9与驱动电机3相连接,电磁感应线圈7缠绕在挤出套筒9外部,在挤出套筒9靠近驱动电机3的一侧开设有一号进料口5以及二号进料口6,一号进料口5与一号送粉器1、二号送粉器2的出口相连接,二号进料口6与三号送粉器4的出口相连接,挤出套筒9的出口与分散腔10的入口端相连接,分散腔10的出口端与3D打印喷头12相连接,分散腔10内设置有超声波发生器11。
一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,包括以下步骤:
步骤一:使用三维绘图软件绘制打印部件13的三维模型,将绘制好的三维模型导入到3D打印处理软件中,生成路径文件;
步骤二:将基体材料粉末与功能添加料粉末分别加入到一号送粉器1、二号送粉器2和三号送粉器4中,根据需求分别设置好各个送粉器的送粉速率;
步骤三:启动各送粉器,按照设置好的送粉速率分别将基体材料粉末和功能添加料粉末送入到一号进料口5和二号进料口6中;启动驱动电机3,驱动电机3带动挤出螺杆8旋转,基体材料粉末和功能添加料粉末凭借挤出螺杆8被带入到挤出套筒9内部;启动电磁感应线圈7,将挤出套筒9内部的温度加热到基体材料粉末的熔点,基体材料在挤出套筒9内部变为熔融状态,而功能添加料的熔点高于基体材料,此时功能添加料仍为固态;通过挤出螺杆8的旋转对基体材料和功能添加料进行初步的混合得到原料混合物,并将原料混合物挤出到分散腔10中;
步骤四:开启设置于分散腔10中的超声波发生器11,调整频率,对分散腔10内的原料混合物进行充分的超声分散,使一种或多种的功能添加料以均匀、分散的状态混合在熔融状态的基体材料中;
步骤五:将充分混合且分散的原料混合物挤出到3D打印喷头12中,3D打印喷头12根据生成好的路径文件进行打印部件13的打印;本实施例中打印部件13分为三个部分,从左至右区域内部功能添加料的含量依次为高、中、低,在打印过程中改变送粉器的送粉速率比值,即可实现打印部件13的打印。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的换置方式,都包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:绘制三维模型并生成路径文件,使用三维绘图软件绘制待打印部件的三维模型,将绘制好的三维模型导入到3D打印处理软件中,生成路径文件;
步骤二:装载原料,将基体材料粉末和功能添加料粉末分别装入到各自的送粉器中;
步骤三:熔融并初步混合,将步骤二中提到的原料通过送粉器分别送入进料口,原料从进料口进入挤出套筒内部,挤出套筒外部的电磁感应线圈将基体材料加热至熔融状态;驱动电机带动挤出螺杆旋转,将熔融状态的基体材料和粉末状的功能添加料进行初步的混合得到原料混合物,并将原料混合物挤出到分散腔中;
步骤四:超声分散,通过超声波发生器,对处于熔融状态基体材料中的功能添加料粉末进行充分的超声分散,使得功能添加料以均匀、分散的状态混合在基体材料之中;
步骤五:3D打印,将步骤四中的充分混合且分散的原料混合物挤出到3D打印喷头中,3D打印喷头根据步骤一中的路径文件进行打印。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于:所述的步骤一中的送粉器数量至少一个,具体数量取决于工艺需求。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于:所述的步骤二中的基体材料粉末为聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙、聚乳酸、ABS塑料的高分子材料中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于:所述的步骤二中的功能添加料粉末为铅、钨、铜、金、银的金属材料或碳化硼、碳化硅、硼化钨的陶瓷材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于:所述的步骤三中的进料口数量至少一个,具体数量取决于预混的原料种类数量。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法,其特征在于:所述的步骤三中的挤出螺杆为单螺杆、双螺杆或其组合。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声分散的复合材料螺杆式定向调控3D打印方法所用设备,其特征在于:包括设置在挤出套筒(9)内部的挤出螺杆(8),挤出螺杆(8)上端伸出挤出套筒(9)与驱动电机(3)相连接,电磁感应线圈(7)缠绕在挤出套筒(9)外部,在挤出套筒(9)靠近驱动电机(3)的一侧开设有一号进料口(5)以及二号进料口(6),一号进料口(5)与一号送粉器(1)、二号送粉器(2)的出口相连接,二号进料口(6)与三号送粉器(4)的出口相连接,挤出套筒(9)的出口与分散腔(10)的入口端相连接,分散腔(10)的出口端与3D打印喷头(12)相连接,分散腔(10)内设置有超声波发生器(11)。
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