CN115302763A - 一种基于激光毛化技术的fdm型3d打印系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统及方法，系统包括机架，机架为一个封闭的框架结构，机架底端的内侧连接有3D打印本体，3D打印本体上连接有激光毛化装置，机架上端的外侧连接有微坑凸台成型装置、净化装置和控制装置，3D打印本体、激光毛化装置、微坑凸台成型装置、净化装置分别和控制装置电气连接；方法是利用激光毛化装置和微坑凸台成型装置，沿着打印路径，在已固化的打印层上制作出均匀分布的微坑和凸台，然后利用压紧光整套将从喷嘴挤出的熔融态打印材料紧压在已固化的打印层上，具有3D打印件的层间不开裂、不断裂的优点。

Description

一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统及方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统及方法。
背景技术
利用FDM快速成型工艺制作的3D打印件，由于材料冷却收缩造成内应力过大，或者工艺参数设置不合理造成层间粘结不牢，常常会导致出现层间开裂、断裂等现象。为了解决喷头堵塞的问题，本领域的技术人员做了大量的研究工作。如中国专利申请号为CN201611198598.5的《一种用于熔融挤出成型的3D打印的方法及装置》，利用激光投射装置辐照打印材料，以解决因打印件层间结合力差而导致的制件开裂现象；中国专利申请号为CN201610250731.0的《一种3D打印恒温成型腔体》，利用打印恒温成型腔体的加热圈通电加热，使得成型腔体模块的内腔产生高温，以避免在打印过程中材料模型的上下层收缩不一致，造成模型层间开裂；中国专利申请号为CN202011097290.8的《一种提高FDM 3D打印TPU鞋材拉伸和耐折性能的方法》，利用微波辐照提高高分子打印材料的运动活性，以促进层与层之间高分子链的渗透、融合；中国专利申请号为CN202011097298.4的《一种利用微波辐照修复FDM 3D打印制品层与层之间粘结强度的方法》，在3D打印制品中添加吸波材料，经过微波处理，以提高3D打印制品层与层之间的粘接强度。但是上述方法，并未能彻底地解决3D打印件的层间开裂、断裂等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统及方法，利用激光毛化装置和微坑凸台成型装置，沿着打印路径，在已固化的打印层上制作出均匀分布的微坑和凸台，然后利用压紧光整套将从喷嘴挤出的熔融态打印材料紧压在已固化的打印层上，具有3D打印件的层间不开裂、不断裂的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，包括机架1，机架1为一个封闭的框架结构，机架1底端的内侧连接有3D打印本体2，3D打印本体2上连接有激光毛化装置3，机架1上端的外侧连接有微坑凸台成型装置4、净化装置5和控制装置6，3D打印本体2、激光毛化装置3、微坑凸台成型装置4、净化装置5分别和控制装置6电气连接。
所述的3D打印本体2包括X向位移组件2-1和Z向位移组件2-3，X向位移组件2-1连接在机架1底端的内侧，X向位移组件2-1上连接有打印平台2-2；
Z向位移组件2-3连接在机架1底端的内侧，Z向位移组件2-3上连接有Y向位移组件2-4；Y向位移组件2-4上连接有打印喷头2-5；
Z向位移组件2-3的顶端连接有料盘组件2-6，料盘组件2-6包括料架2-6-1和料丝2-6-2，料架2-6-1连接在Z向位移组件2-3的顶端，料丝2-6-2缠绕在料架2-6-1上，并与打印喷头2-5连接。
所述的打印喷头2-5包括喉管2-5-1，喉管2-5-1的下端连接加热块2-5-2的上端，加热块2-5-2的下端连接喷嘴2-5-4，在喷嘴2-5-4和加热块2-5-2之间，套装有压紧光整套2-5-3，压紧光整套2-5-3将熔融态的料丝2-6-2紧压在已固化的下面的打印层上。
所述的激光毛化装置3包括高频脉冲激光发生器3-1，高频脉冲激光发生器3-1连接在Y向位移组件2-4上，振镜扫描装置3-2连接在高频脉冲激光发生器3-1的前端。
所述的微坑凸台成型装置4包括空气压缩机4-1，空气压缩机4-1出气口通过输气管4-7依次与储气罐4-2、过滤器4-3、干燥器4-4、气体喷嘴4-5连接，气体喷嘴4-5连接在支架4-6上，支架4-6固定在振镜扫描装置3-2上。
所述的净化装置5包括除尘器5-1，除尘器5-1的下端连接在机架1的上端，除尘器5-1的上端连接净化器5-2。
利用一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，利用控制装置6启动3D打印本体2，对打印平台2-2进行预热；
步骤2，打印喷头2-5沿着Z向移动一个打印层厚的距离；
步骤3，打印喷头2-5抽取料丝2-6-2，经过喉管2-5-1、加热块2-5-2将料丝2-6-2加热成熔融态，然后从喷嘴2-5-4挤出，在打印平台2-2上打印3D打印件7的第一层，压紧光整套2-5-3将熔融态的料丝2-6-2紧压在打印平台2-2上；
步骤4，利用控制装置6启动激光毛化装置3，激光毛化装置3沿着打印喷头2-5打印3D打印件7的第一层的移动轨迹运动，在此过程中由高频脉冲激光器3-1产生的激光束，在振镜扫描装置3-2的作用下，照射到已固化的3D打印件7的第一层上，在其上烧蚀出均匀分布的熔池；
步骤5，利用控制装置6启动微坑凸台成型装置4，空气压缩机4-1将压缩空气依次经过过滤器4-3的净化、干燥器4-4的除湿，最终通过气体喷嘴4-5将3D打印件7的第一层上熔融态打印材料从熔池中吹出并将其在熔池附近冷却，形成微坑和凸台；
步骤6，利用控制装置6启动净化装置5，将机架1内的气体排出；
步骤7，循环执行步骤2-步骤6，直至打印完成3D打印件7。
本发明的有益效果是：
本发明利用激光毛化装置，沿着打印路径，在已固化的打印层上烧蚀出均匀分布的熔池，微坑凸台成型装置利用压缩空气，将熔融态打印材料从熔池中吹出并将其冷却，形成微坑和凸台，空气净化装置将在此过程中产生的有害气体和微尘除去，然后压紧光整套将从喷嘴挤出的熔融态打印材料紧压在已固化的打印层上，利用微坑和凸台，强化层与层之间的粘结强度，能够有效地解决3D打印件的层间开裂、断裂问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明3D打印本体的俯视图。
图3为本发明3D打印本体的主视图。
图4为本发明打印喷头的结构示意图。
图5为本发明激光毛化装置的结构示意图。
图6为本发明微坑凸台成型装置的结构示意图。
图7为本发明支架和气体喷嘴的结构示意图。
图8为本发明净化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，包括机架1，机架1为一个封闭的框架结构，机架1底端的内侧连接有3D打印本体2，3D打印本体2上连接有激光毛化装置3，3D打印本体2上沉积有3D打印件7；机架1上端的外侧连接有微坑凸台成型装置4、净化装置5和控制装置6，3D打印本体2、激光毛化装置3、微坑凸台成型装置4、净化装置5分别和控制装置6电气连接。
如图2、图3所示，所述的3D打印本体2包括X向位移组件2-1和Z向位移组件2-3，X向位移组件2-1连接在机架1底端的内侧，X向位移组件2-1上连接有打印平台2-2，X向位移组件2-1利用丝杠结构带动打印平台2-2沿着X向移动；
Z向位移组件2-3连接在机架1底端的内侧，Z向位移组件2-3上连接有Y向位移组件2-4，Z向位移组件2-3利用丝杠结构带动Y向位移组件2-4沿着Z向移动；Y向位移组件2-4上连接有打印喷头2-5，Y向位移组件2-4利用丝杠结构带动打印喷头2-5沿着Y向移动；
Z向位移组件2-3的顶端连接有料盘组件2-6，料盘组件2-6包括料架2-6-1和料丝2-6-2，料架2-6-1连接在Z向位移组件2-3的顶端，料丝2-6-2缠绕在料架2-6-1上，并与打印喷头2-5连接。
如图4所示，所述的打印喷头2-5包括喉管2-5-1，喉管2-5-1的下端连接加热块2-5-2的上端，加热块2-5-2的下端连接喷嘴2-5-4，在喷嘴2-5-4和加热块2-5-2之间，套装有压紧光整套2-5-3，压紧光整套2-5-3的下沿比喷嘴2-5-4的下沿在Z向低H毫米，以便将熔融态的料丝2-6-2紧压在已固化的下面的打印层上。
如图5所示，所述的激光毛化装置3包括高频脉冲激光发生器3-1，高频脉冲激光发生器3-1利用丝杠结构连接在Y向位移组件2-4上，振镜扫描装置3-2连接在高频脉冲激光发生器3-1的前端。
如图6、图7所示，所述的微坑凸台成型装置4包括空气压缩机4-1，空气压缩机4-1出气口通过输气管4-7与储气罐4-2入口连接，储气罐4-2出口通过输气管与过滤器4-3入口连接，过滤器4-3出口通过输气管与干燥器4-4入口连接，干燥器4-4出口通过输气管4-7与气体喷嘴4-5入口连接，气体喷嘴4-5连接在支架4-6上，支架4-6固定在振镜扫描装置3-2的侧面。
如图8所示，所述的净化装置5包括除尘器5-1，除尘器5-1的下端连接在机架1的上端，除尘器5-1的上端连接净化器5-2。
利用一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，利用控制装置6启动3D打印本体2，对打印平台2-2进行预热；
步骤2，Z向位移组件2-3带动打印喷头2-5沿着Z向移动一个打印层厚的距离；
步骤3，打印喷头2-5从料架2-6-1上抽取料丝2-6-2，经过喉管2-5-1将其送至加热块2-5-2，利用加热块2-5-2将料丝2-6-2加热成熔融态，然后将其从喷嘴2-5-4的微孔中挤出；在X向位移组件2-1和Y向位移组件2-4的共同作用下，在打印平台2-2上打印3D打印件7的第一层，套装在喷嘴2-5-4和加热块2-5-2之间的压紧光整套2-5-3，将熔融态的料丝2-6-2紧压在打印平台2-2上；
步骤4，利用控制装置6启动激光毛化装置3，激光毛化装置3在X向位移组件2-1和Y向位移组件2-4的共同作用下，沿着打印喷头2-5打印3D打印件7的第一层的移动轨迹运动，在此过程中由高频脉冲激光器3-1产生的激光束，在振镜扫描装置3-2的作用下，照射到已固化的3D打印件7的第一层上，在其上烧蚀出均匀分布的熔池；
步骤5，利用控制装置6启动微坑凸台成型装置4，空气压缩机4-1将压缩空气通过输气管4-7送至储气罐4-2，然后经过过滤器4-3的净化、干燥器4-4的除湿，最终通过气体喷嘴4-5，将3D打印件7的第一层上利用激光束生成的熔融态打印材料从熔池中吹出并将其在熔池附近冷却，形成微坑和凸台；
步骤6，利用控制装置6启动净化装置5，将封闭的机架1内的气体排出，在此过程中除尘器5-1清除其中的颗粒状浮尘，净化器5-2清除其中的有害气体；
步骤7，循环执行步骤2-步骤6，直至打印完成3D打印件7。

Claims (7)

1.一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，包括机架(1)，其特征在于：机架(1)为一个封闭的框架结构，机架(1)底端的内侧连接有3D打印本体(2)，3D打印本体(2)上连接有激光毛化装置(3)，机架(1)上端的外侧连接有微坑凸台成型装置(4)、净化装置(5)和控制装置(6)，3D打印本体(2)、激光毛化装置(3)、微坑凸台成型装置(4)、净化装置(5)分别和控制装置(6)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，其特征在于：所述的3D打印本体(2)包括X向位移组件(2-1)和Z向位移组件(2-3)，X向位移组件(2-1)连接在机架(1)底端的内侧，X向位移组件(2-1)上连接有打印平台(2-2)；
Z向位移组件(2-3)连接在机架(1)底端的内侧，Z向位移组件(2-3)上连接有Y向位移组件(2-4)；Y向位移组件(2-4)上连接有打印喷头(2-5)；
Z向位移组件(2-3)的顶端连接有料盘组件(2-6)，料盘组件(2-6)包括料架(2-6-1)和料丝(2-6-2)，料架(2-6-1)连接在Z向位移组件(2-3)的顶端，料丝(2-6-2)缠绕在料架(2-6-1)上，并与打印喷头(2-5)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，其特征在于：所述的打印喷头(2-5)包括喉管(2-5-1)，喉管(2-5-1)的下端连接加热块(2-5-2)的上端，加热块(2-5-2)的下端连接喷嘴(2-5-4)，在喷嘴(2-5-4)和加热块(2-5-2)之间，套装有压紧光整套(2-5-3)，压紧光整套(2-5-3)将熔融态的料丝(2-6-2)紧压在已固化的下面的打印层上。
4.根据权利要求2所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，其特征在于：所述的激光毛化装置(3)包括高频脉冲激光发生器(3-1)，高频脉冲激光发生器(3-1)连接在Y向位移组件(2-4)上，振镜扫描装置(3-2)连接在高频脉冲激光发生器(3-1)的前端。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，其特征在于：所述的微坑凸台成型装置(4)包括空气压缩机(4-1)，空气压缩机(4-1)出气口通过输气管(4-7)依次与储气罐(4-2)、过滤器(4-3)、干燥器(4-4)、气体喷嘴(4-5)连接，气体喷嘴(4-5)连接在支架(4-6)上，支架(4-6)固定在振镜扫描装置(3-2)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统，其特征在于：所述的净化装置(5)包括除尘器(5-1)，除尘器(5-1)的下端连接在机架(1)的上端，除尘器(5-1)的上端连接净化器(5-2)。
7.利用权利要求5所述的一种基于激光毛化技术的FDM型3D打印系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用控制装置(6)启动3D打印本体(2)，对打印平台(2-2)进行预热；
步骤2，打印喷头(2-5)沿着Z向移动一个打印层厚的距离；
步骤3，打印喷头(2-5)抽取料丝(2-6-2)，经过喉管(2-5-1)、加热块(2-5-2)将料丝(2-6-2)加热成熔融态，然后从喷嘴(2-5-4)挤出，在打印平台(2-2)上打印3D打印件(7)的第一层，压紧光整套(2-5-3)将熔融态的料丝(2-6-2)紧压在打印平台(2-2)上；
步骤4，利用控制装置(6)启动激光毛化装置(3)，激光毛化装置(3)沿着打印喷头(2-5)打印3D打印件(7)的第一层的移动轨迹运动，在此过程中由高频脉冲激光器(3-1)产生的激光束，在振镜扫描装置(3-2)的作用下，照射到已固化的3D打印件(7)的第一层上，在其上烧蚀出均匀分布的熔池；
步骤5，利用控制装置(6)启动微坑凸台成型装置(4)，空气压缩机(4-1)将压缩空气依次经过过滤器(4-3)的净化、干燥器(4-4)的除湿，最终通过气体喷嘴(4-5)将3D打印件(7)的第一层上熔融态打印材料从熔池中吹出并将其在熔池附近冷却，形成微坑和凸台；
步骤6，利用控制装置(6)启动净化装置(5)，将机架(1)内的气体排出；
步骤7，循环执行步骤2-步骤6，直至打印完成3D打印件(7)。
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