CN112721249A - 3d打印机peek材料智能退火系统 - Google Patents

3d打印机peek材料智能退火系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:包括风机、温度控制模块和控性热凝积模块,所述控性热凝积模块包括近端喉管、套设在近端喉管上端的水冷散热装置、设置在近端喉管下端的喷头和设置在喷头一侧的热风加热装置,所述水冷散热装置通过水冷的方式使近端喉管冷却,所述热风加热装置上设置有加热管和出风口;所述风机用于将空气送入热风加热装置内部,空气通过热风加热装置时被加热管加热并从出风口吹出,在喷头的周围形成的恒定温度场;所述温度控制模块与加热管电性连接并用于调节加热管的发热温度。本发明简化了利用3D打印机打印PEEK产品时的生产流程,有利于提高生产效率和产品质量。

Description

3D打印机PEEK材料智能退火系统
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域,具体涉及3D打印机PEEK材料智能退火系统。
背景技术
PEEK(聚醚醚酮),一种新型的半晶态芳香族塑性工程塑料,与其他工程塑料相比具有更多的显著优势,耐正高温260度,机械性能优异,自润滑性好,耐化学品腐蚀,阻燃,耐剥离性,耐磨性抗辐射性,可用于高端的机械,核工程和航空等方面。
PEEK有极高的耐热性。可在250度的环境中长期使用,瞬间使用温度可达300度,比其他耐高温塑料如聚酰亚胺(PI),聚苯硫醚(PPS),聚四氟乙烯(PTFE),等相比,上限高出近50度。
目前3D打印PEEK都是先打印出来零件,然后用烘箱,热风枪,红外加热器,电加热器,再次对零件加热,退火,用来达到增加强度和硬度的目的。由于步骤较多,流程复杂,较难控制,以至于生产过程整体时间过长,成品效果也不佳。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足,提供了一种3D打印机PEEK材料智能退火系统,其能够简化生产流程,提高生产效率和产品质量。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
3D打印机PEEK材料智能退火系统,包括风机、温度控制模块和控性热凝积模块,所述控性热凝积模块包括近端喉管、套设在近端喉管上端的水冷散热装置、设置在近端喉管下端的喷头和设置在喷头一侧的热风加热装置,所述水冷散热装置通过水冷的方式使近端喉管冷却,所述热风加热装置上设置有加热管和出风口;所述风机用于将空气送入热风加热装置内部,空气通过热风加热装置时被加热管加热并从出风口吹出,在喷头的周围形成的恒定温度场;所述温度控制模块与加热管电性连接并用于调节加热管的发热温度。
进一步的,所述水冷散热装置由水冷散热盒和水冷散热盖组成,水冷散热盒的顶部设置有U形槽,水冷散热盒的一侧面上设置有两个分别与U形槽的两端连通的进水口和出水口;所述水冷散热盒上开设有用于近端喉管穿过的第一通孔,第一通孔设置在U形槽的两个平行部之间。
进一步的,所述水冷散热盒上设置有与第一通孔连通的螺纹孔,螺纹孔内旋入顶丝,水冷散热盒与近端喉管之间通过顶丝固定。
进一步的,所述热风加热装置包括热风加热盒体和底盖,所述热风加热盒体的一端设置有槽口,热风加热盒体的另一端设置有第一安装孔,第一安装孔内设置有第一加热管,所述第一安装孔与槽口之间的热风加热盒体上设置有加热槽,所述槽口的两侧设置有与加热槽连通的引流槽,热风加热盒体的上端设置有与加热槽连通的进风通道;所述底盖与热风加热盒体的下端固定,所述出风口设置在底盖上,出风口为两个并且分别设置在槽口的两侧;底盖与加热槽之间形成加热风道,底盖与引流槽之间形成引流风道;所述水冷散热盒上设置有贯穿其上下两端的第二通孔,水冷散热盒的一侧设置有与第二通孔连通的进风口;所述喷头设置在两个引流风道之间的槽口内;所述热风加热盒体通过中空的热风喉管与水冷散热盒连接,所述热风喉管的上端设置在第二通孔内,热风喉管的下端设置在进风通道内。
进一步的,所述水冷散热盒上设置有与第二通孔连通的螺纹孔,螺纹孔内旋入顶丝,水冷散热盒与热风喉管的上端之间通过顶丝固定,热风喉管的下端与进风通道通过螺纹连接。
进一步的,所述热风加热盒体的一侧设置有与第一安装孔连通的螺纹孔,所述第一加热管通过旋入该螺纹孔的顶丝与热风加热盒体固定。
进一步的,所述热风加热盒体的上端设置有凸台部,所述进风通道贯穿凸台部的上端,凸台部上设置有位于进风通道一侧的第二安装孔,第二安装孔内设置有第二加热管。
进一步的,所述的加热槽在热风加热盒体内的走向呈曲折的波浪形。
进一步的,所述恒定温度场的温度为120~300℃。
进一步的,所述热风加热盒体的一侧还设置有与第二安装孔连通的螺纹孔,所述第二加热管通过旋入该螺纹孔的顶丝与热风加热盒体固定。
本发明通过在打印机喷头附近建立温度可控的恒定温度场,使PEEK出丝冷却后迅速再次升温结晶,达到打印出来的PEEK零件实时热处理、退火的目的。与现有技术相比,本发明在打印的过程中直接对打印出来的产品进行热处理,不需要在打印结束后再单独对产品进行热处理,简化了生产流程,缩短了产品的生产周期,有利于提高生产效率和产品质量,能够用于打印大尺寸的模型,实现复杂的大型PEEK等高性能材料的高品质打印,而且本发明通过温度控制模块来控制温度场处的温度,控制方式更为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明中热控性凝集模块的结构图;
图3是本发明中热控性凝集模块的主视图;
图4是图3的俯视图;
图5是图4中沿A-A线的剖视图;
图6是本发明中水冷散热盒结构图;
图7是本发明中水冷散热盒的俯视图;
图8是图7中沿B-B线的剖视图;
图9是本发明中热风加热装置的结构图;
图10是本发明中热风加热装置的主视图;
图11是图10中沿C-C线的剖视图;
图12是图10中沿D-D线的剖视图;
图13是本发明在进行打印作业过程中的实时退火原理示意图。
附图标记说明如下:
图中:1、风机;2、温度控制模块;3、控性热凝积模块;4、水冷散热盖;5、水冷散热盒;501、进风口;502、进水口;503、螺纹孔;504、出水口;505、第二通孔;506、第一通孔;507、U形槽;508、螺纹孔;6、热风喉管;7、第一加热管;8、热风加热盒体;801、凸台部;802、第二安装孔;803、第一安装孔;804、槽口;805、进风通道;806、加热槽;807、引流槽;808、螺纹孔;9、第二加热管;10、底盖;1001、出风口;11、加热快;12、喷头;13、热风加热装置;14、近端喉管;15、PEEK零件;16、恒定温度场。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
参见图1-图13所示,本发明提供了一种3D打印机PEEK材料智能退火系统,包括风机1、温度控制模块2和控性热凝积模块3,所述控性热凝积模块3包括近端喉管14、套设在近端喉管14上端的水冷散热装置、安装在近端喉管14下端的喷头12和设置在喷头12一侧的热风加热装置13,所述水冷散热装置通过水冷的方式使近端喉管14的上半部冷却,所述热风加热装置13上设置有加热管和出风口1001;所述风机1用于将空气送入热风加热装置13内部,空气通过热风加热装置13时被加热管加热并从出风口1001吹出,在喷头12的周围形成的恒定温度场16;所述温度控制模块2与加热管电性连接并用于调节加热管的发热温度,通过调节加热管的温度来控制恒定温度场16的温度;喷头12的上方设置有与近端喉管14固定的加热块11,加热块11用于使耗材融化进而使耗材能够从喷头12挤出。
本发明中,所述水冷散热装置由水冷散热盒5和水冷散热盖4组成,水冷散热盒5的顶部设置有U形槽507,水冷散热盒5的一侧面上设置有两个分别与U形槽507的两端连通的进水口502和出水口504,水冷散热盒5与水冷散热盖4盖合后U形槽507与水冷散热盖4板之间构成用于给近端喉管14降温的水冷腔室;所述水冷散热盒5上开设有用于近端喉管14穿过的第一通孔506,第一通孔506设置在U形槽507的两个平行部之间。在使用时,进水口502和出水口504处均安装宝塔接头,进水口502上的宝塔接头与进水管连接,出水口504上的宝塔接头与出水管连接,由进水管向U形槽507内通入冷却液(可以为纯净水),冷却液在U形槽507内与近端喉管14进行热交换,最终冷却液从出水口504经出水管排出,从而实现使近端喉管14温度降低的目的,保证耗材能够顺利的进给。为了实现水冷散热盒5的固定同时便于拆装,水冷散热盒5上设置有与第一通孔506连通的螺纹孔508,螺纹孔508内旋入顶丝(图中未予示出),水冷散热盒5与近端喉管14之间通过顶丝固定。
本发明中,所述热风加热装置13包括热风加热盒体8和底盖10,所述热风加热盒体8的一端设置有槽口804,热风加热盒体8的另一端设置有第一安装孔803,第一安装孔803内设置有第一加热管7,所述第一安装孔803与槽口804之间的热风加热盒体8上设置有加热槽806,所述槽口804的两侧设置有与加热槽806连通的引流槽807,热风加热盒体8的上端设置有与加热槽806连通的进风通道805;所述底盖10与热风加热盒体8的下端固定,所述出风口1001设置在底盖10上,出风口1001为两个并且分别设置在槽口804的两侧;底盖10与加热槽806之间形成加热风道,底盖10与引流槽807之间形成引流风道;所述水冷散热盒5上设置有贯穿其上下两端的第二通孔505,水冷散热盒5的一侧设置有与第二通孔505连通的进风口501;所述喷头12设置在两个引流风道之间的槽口804内;所述热风加热盒体8通过中空的热风喉管6与水冷散热盒5连接,所述热风喉管6的上端设置在第二通孔505内,热风喉管6的下端设置在进风通道805内。在使用时,在进风口501处安装快插接头,风机1通过管路与快插接头连接,由风机1向进风通道805内泵送空气,空气依次经加热槽806、引流槽807从出风口1001吹出,当空气经过加热槽806时加热管将空气加热,从而使喷头12的周围形成恒定的温度场16,喷头12挤出的PEEK耗材能够在此温度场内实现退火。
本发明中,所述水冷散热盒5上设置有与第二通孔505连通的螺纹孔503,螺纹孔503内旋入顶丝(图中未予示出),水冷散热盒5与热风喉管6的上端之间通过顶丝固定,热风喉管6的下端与进风通道805通过螺纹连接。所述热风加热盒体8的一侧设置有与第一安装孔803连通的螺纹孔808,所述第一加热管7通过旋入该螺纹孔808的顶丝(图中未予示出)与热风加热盒体8固定。
本发明中,所述热风加热盒体8的上端设置有凸台部801,所述进风通道805贯穿凸台部801的上端,凸台部801上设置有位于进风通道805一侧的第二安装孔802,第二安装孔802内设置有第二加热管9。所述热风加热盒体8的一侧还设置有与第二安装孔802连通的螺纹孔808,所述第二加热管9通过旋入该螺纹孔808的顶丝与热风加热盒体8固定。通过利用第二加热管9进一步提升热风加热盒体8在使用时的温度,保证能够将空气加热到所需要的温度。所述的加热槽806在热风加热盒体8内的走向呈曲折的波浪形,以此来延长加热槽806的长度同时增加空气与热风加热盒体8之间的接触面积,使气流经过加热槽806内时能够被充分加热,更进一步的提升空气加热效果,而且达到节能的目的。
出风口1001处吹出来的空气的温度(即恒定温度场16的温度)会影响到PEEK材料的退火效果,为了探究恒定温度场16的温度对3D打印机打印出来的产品的力学性能的影响,进行了如下几组测验。
测验一:在未开启实时退火功能(即两个加热管不通电)时,PEEK材料在从喷头12挤出来后快速冷却,形成结晶度10%的PEEK零件,此时拉伸强度40MPa,拉伸模量1.6MPa,弯曲强度60MPa,弯曲模量1.8MPa。
测验二:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在120℃,打印出来的PEEK零件结晶度11%,拉伸强度41MPa,拉伸模量1.62GPa,弯曲强度61MPa,弯曲模量1.85GPa,力学性能得到了略微的提升。
测验三:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在150℃,打印出来的PEEK零件结晶度15%,拉伸强度45MPa,拉伸模量1.8GPa,弯曲强度65MPa,弯曲模量2.1GPa,力学性能得到了明显的提升。
测验四:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在180℃,打印出来的PEEK零件结晶度20%,拉伸强度51MPa,拉伸模量2.1GPa,弯曲强度80MPa,弯曲模量2.5GPa,力学性能得到了进一步的提升。
测验五:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在210℃,打印出来的PEEK零件结晶度30%,拉伸强度70MPa,拉伸模量3.0GPa,弯曲强度101MPa,弯曲模量3.2GPa,力学性能得到了再进一步的提升。
测验六:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在240℃,打印出来的PEEK零件结晶度40%,拉伸强度95MPa,拉伸模量3.85GPa,弯曲强度120MPa,弯曲模量3.8GPa,力学性能得到了再进一步的提升。
测验七:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在270℃,打印出来的PEEK零件结晶度46%,拉伸强度108MPa,拉伸模量4.55GPa,弯曲强度132MPa,弯曲模量4.3GPa,力学性能得到了再进一步的提升。
测验八:开启实时退火功能,使恒定温度场16的温度维持在300℃,打印出来的PEEK零件结晶度50%,拉伸强度115MPa,拉伸模量5.1GPa,弯曲强度140MPa,弯曲模量4.8GPa,力学性能得到了再进一步的提升。
根据以上几组测验可以得出,出风口1001处吹出来的空气的温度(即恒定温度场16的温度)控制在120~300℃时对打印出来的PEEK零件的力学性能均有所改善。尤其是当恒定温度场16的温度控制在210~300℃时对打印出来的PEEK零件的力学性能改善的更为显著,在此温度范围内打印出来的PEEK零件均能够满足使用要求。
本发明通过在打印机喷头12附近建立温度可控的恒定温度场,使PEEK出丝冷却后迅速再次升温结晶,达到打印出来的PEEK零件实时热处理、退火的目的。本发明在打印的过程中直接对打印出来的产品进行热处理,不需要在打印结束后再单独对产品进行热处理,简化了生产流程,缩短了产品的生产周期,有利于提高生产效率和产品质量,能够用于打印大尺寸的模型,实现复杂的大型PEEK等高性能材料的高品质打印,而且本发明通过温度控制模块2来控制温度场处的温度,控制方式更为简单。不退火的PEEK零件部分具备更高的韧性,退火的PEEK零件部分具备更高的强度,本发明可通过控制恒定温度场的温度来调节退火程度,适用于多种不同场景的PEEK模型打印。例如,在使用PEEK替代人体肋骨时需要具有弹性,就对PEEK产品进行半退火处理,保留PEEK的弹性;打印高强度的齿轮零件时就采用全退火,保证PEEK零件具有较高的高强度。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:包括风机、温度控制模块和控性热凝积模块,所述控性热凝积模块包括近端喉管、套设在近端喉管上端的水冷散热装置、设置在近端喉管下端的喷头和设置在喷头一侧的热风加热装置,所述水冷散热装置通过水冷的方式使近端喉管冷却,所述热风加热装置上设置有加热管和出风口;所述风机用于将空气送入热风加热装置内部,空气通过热风加热装置时被加热管加热并从出风口吹出,在喷头的周围形成的恒定温度场;所述温度控制模块与加热管电性连接并用于调节加热管的发热温度。
2.根据权利要求1所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述水冷散热装置由水冷散热盒和水冷散热盖组成,水冷散热盒的顶部设置有U形槽,水冷散热盒的一侧面上设置有两个分别与U形槽的两端连通的进水口和出水口;所述水冷散热盒上开设有用于近端喉管穿过的第一通孔,第一通孔设置在U形槽的两个平行部之间。
3.根据权利要求2所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述水冷散热盒上设置有与第一通孔连通的螺纹孔,螺纹孔内旋入顶丝,水冷散热盒与近端喉管之间通过顶丝固定。
4.根据权利要求2所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述热风加热装置包括热风加热盒体和底盖,所述热风加热盒体的一端设置有槽口,热风加热盒体的另一端设置有第一安装孔,第一安装孔内设置有第一加热管,所述第一安装孔与槽口之间的热风加热盒体上设置有加热槽,所述槽口的两侧设置有与加热槽连通的引流槽,热风加热盒体的上端设置有与加热槽连通的进风通道;所述底盖与热风加热盒体的下端固定,所述出风口设置在底盖上,出风口为两个并且分别设置在槽口的两侧;底盖与加热槽之间形成加热风道,底盖与引流槽之间形成引流风道;所述水冷散热盒上设置有贯穿其上下两端的第二通孔,水冷散热盒的一侧设置有与第二通孔连通的进风口;所述喷头设置在两个引流风道之间的槽口内;所述热风加热盒体通过中空的热风喉管与水冷散热盒连接,所述热风喉管的上端设置在第二通孔内,热风喉管的下端设置在进风通道内。
5.根据权利要求4所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述水冷散热盒上设置有与第二通孔连通的螺纹孔,螺纹孔内旋入顶丝,水冷散热盒与热风喉管的上端之间通过顶丝固定,热风喉管的下端与进风通道通过螺纹连接。
6.根据权利要求4所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述热风加热盒体的一侧设置有与第一安装孔连通的螺纹孔,所述第一加热管通过旋入该螺纹孔的顶丝与热风加热盒体固定。
7.根据权利要求4至6任一项所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述热风加热盒体的上端设置有凸台部,所述进风通道贯穿凸台部的上端,凸台部上设置有位于进风通道一侧的第二安装孔,第二安装孔内设置有第二加热管。
8.根据权利要求7所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述的加热槽在热风加热盒体内的走向呈曲折的波浪形。
9.根据权利要求8所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述恒定温度场的温度为120~300℃。
10.根据权利要求9所述的3D打印机PEEK材料智能退火系统,其特征在于:所述热风加热盒体的一侧还设置有与第二安装孔连通的螺纹孔,所述第二加热管通过旋入该螺纹孔的顶丝与热风加热盒体固定。
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