[发明专利]利用瞬间粘合剂提高聚合物三维打印制品粘接质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用瞬间粘合剂提高聚合物三维打印制品粘接质量的方法，属于聚合物材料的三维打印制造技术领域。

背景技术

三维打印技术是一种增材制造技术，在生产制造模式上与传统方法截然不同，其基于离散/堆积的思想，通过计算机软件将制品的CAD三维模型沿某方向分层切片处理，得到每层截面轮廓的加工信息，经三维打印机层层叠加，从而快速和精确的成型加工出具有一定功能的原型或零部件。作为快速成型技术之一，三维打印技术可以快速得到产品原型，迅速响应市场需要，极大地缩短产品研发周期，降低研发成本。经过长时间的发展，三维打印技术出现了许多不同的成型工艺，包括激光选择性烧结(SLS)、光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、熔融沉积技术(FDM)等。

目前，三维打印技术的研究及应用如火如荼，其适用的材料包括金属、无机非金属材料、有机高分子材料以及各种形式的复合材料等，其适用的原料外形有粉状、粒状、丝状、黏稠状等固液形式，打印出来的产品也呈现多种颜色、多尺度、多种材料、多种应用范畴等，其对应的打印设备也呈现多功能、精细化、便利化等特点。

但是，三维打印制品的成型质量问题一直未得到有效解决，尤其是制品的粘接质量不好会降低其受力强度，使得打印出的制品强度要低于传统加工生产(例如普通注射成型等)产品的整体强度。这是由于已有的打印方法制得的制品内部存在着较多的孔隙，制品在受力后容易开裂而失效。因而研究更好的打印成型方法，减小因材料相互堆积而引起的制品内部孔隙，提高三维打印制品的粘接质量以满足打印制品强度要求，已成为目前各行业对于三维打印技术最迫切的要求。

施加粘合剂可作为提高三维打印制品粘接质量的方法之一。按固化形式，粘合剂可分为热熔型和化学反应型等，其中，热熔型粘合剂以热塑性塑料为主要成分，常温下为固体，通过加热熔融粘合，然后冷却固化发挥粘合力，而反应型粘合剂是通过不可逆的化学变化引起固化，在常温下或者其他一定条件下进行反应，常用的反应型粘合剂包括氰基丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂等。对于固体粉末的三维打印，施加粘合剂是最普通与常用的方法，而针对聚合物的三维打印来说，其本身就类似于热熔型粘合剂，可以直接依靠聚合物熔体的相互粘连而自然成型，因而在常规的聚合物三维打印中施加粘合剂并不常用。

同时，由于聚合物三维打印中自身处于从熔体到固体的变化之中，因而在打印过程中直接施加粘合剂并不容易实现，不合适的施加会改变原来打印材料之间的融合扩散状态从而使后续物料不能正常堆积，并影响到后续的打印过程。分析可知，打印过程会对所施加的粘接剂及其粘接过程有较多要求，比如，粘合剂自身的黏度要低，从而能够利用打印间隙迅速均匀铺展；能够快速固化，并且与已经堆积材料和欲堆积材料之间均能快速结合；具有在一定温度范围内的适应性；粘接强度要高等。

氰基丙烯酸酯反应型粘合剂属于瞬间粘合剂，它似乎可以满足以上要求，但在实践中发现，其对直接添加的过程要求十分严格，由于它在聚合物熔体上的固化仍然需要一定时间，这使得需要十分严格控制它的施加量与打印过程的时间间隙，尽管已经发现较合适的添加确实能够提高粘接质量，但也会出现因施加量或打印间隔稍有偏差而导致粘接强度反而下降的情况，因而，欲更方便的直接施加该粘合剂，仍需录求更完善的方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用瞬间粘合剂提高聚合物三维打印制品粘接质量的方法，通过在三维打印时在层与层之间添加瞬间粘合剂，提高打印制品的强度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种利用瞬间粘合剂提高聚合物三维打印制品粘接质量的方法，包括以下步骤：

(1)将添加有吸附剂的聚合物原料混合均匀后通过普通塑料挤出打印细丝丝材；

(2)将步骤(1)制备的丝材放入聚合物三维打印机中，按照欲打印的三维模型进行分层，得到每层的三维加工数据后进行三维打印的操作；

(3)在打印过程中，将瞬间粘合剂均匀加入欲打印物体的某一层或几层中。这其中对粘合剂的基本要求为自身黏度低、能够快速固化、具有一定温度范围内的适应性且粘接强度高等，因而，以瞬间粘合剂为其适用类型。同时，该粘合剂也要求其能快速浸透材料表面且与前后堆积材料之间快速结合，这些要求需要其在所述步骤(1)中的吸附剂的共同作用及配合下才更容易在打印过程中直接施加。

其中，所述步骤(3)中，添加瞬间粘合剂时，可采用打印完某一层后涂覆粘合剂，或者直接沿着打印扫描路径边打印边涂覆。