[发明专利]一种FDM打印应力消除装置及其消应力打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及FDM打印技术领域，特别涉及一种用于消除热朔性材料打印的产品内应力的消除装置及消应力打印的方法。

背景技术

FDM即为熔融挤出沉积成型，是3D打印技术的一种，其在3D打印领域有着至关重要的地位。FDM成型技术主要依靠打印头和打印平台的移动实现三维立体模型的构建。在整个3D打印过程中，热塑性材料具有至关重要的地位，是整个打印模型的构成物质，FDM成型技术的材料有很多，例如ABS、PLA、尼龙等。

众所周知，热塑性材料在熔融成型后因自身收缩会产生较大应力，在应力作用下，打印过程中产品与打印平台面会分离，这一现象称为翘边。实践中发现，打印一件长度和宽度在500mm以上的产品时，翘边现象非常严重，甚至影响打印过程的正常进行，同时产品在后期使用过程中开裂倾向也很严重。

热塑性材料应力产生于两个阶段，第一阶段在熔融过程中，材料因温度不均匀、温度控制精度较低、排气不畅等原因产生较高应力，此时的应力主要依靠挤出机械控制。第二阶段为热塑性材料冷却结晶过程中，由于收缩以及分子重新排列产生应力，如果打印过程中层与层之间温差较大，降温速度不一致而产生较大应力，此时产生的应力主要依靠控制材料降温速度、减小温差等措施解决。

现有技术中，在公开号为CN106363910A的专利说明书中，公开了一种3D打印冷却装置及使用该冷却装置的3D打印机，在该装置中通过增加风管，在打印过程中进行吹风从而达到打印产品快速冷却的目的。此装置通过产品的快速冷却，消除了部分应力，但是无法彻底消除产品应力，产品应力依旧存在，使用过程中应力导致的开裂问题也依旧存在。可以用来缓解小型产品打印过程中产品与打印平台面分离问题，但是对较大产品无明显效果。同时风冷冷却速度较快时，会导致层与层之间粘接强度降低，影响产品性能。

在公开号为CN106513596A的专利说明书中，公开了一种用于3D打印的模具的应力消除设备，此装置只解决了热塑性材料在熔融过程中产生的应力，而热塑性材料在冷却结晶过程中产生的应力无法消除。此问题制约着FDM打印向更广阔的的空间发展，使得FDM打印技术目前局限于桌面级打印级别，无法实现大尺寸产品的打印和使用，工业利用价值大幅度降低。

发明内容

本发明针对现有技术中用于热朔性材料FDM打印过程中挤出料冷却结晶不均匀而造成产品内应力的问题，提供一种FDM打印应力消除装置，以控制FDM打印后产品的降温过程，从而消除产品冷却结晶内应力。

本发明的目的是这样实现的，一种FDM打印应力消除装置，包括FDM打印头和可升降的打印平台，所述打印平台下方设有载液箱，所述载液箱内设有温控加热部件和液面高度恒定的冷却液,所述FDM打印头逐层在打印平台上熔融打印过程中打印平台逐层下降并带动打印平台上的半成品逐渐浸入冷却液内进行热处理。

本发明的FDM打印应力消除装置，在打印平台下方设置载液箱，载液箱内充注一定液面高度的冷却液，打印头在打印台上逐层打印过程中，打印平台带动已经打印出半成品逐渐没入冷却液中，使熔融挤出的物料在冷却液内按设定的冷却工艺均匀冷却结晶，防止产品产生内应力。因此本发明的装置解决了热朔性材料熔融挤出后冷却不均匀而产生内应力的问题，并可防止打印后的产品翘曲，变形等问题。

为保证打印过程中，产品及打印平台逐渐没入冷却液过程中液面高度保持恒定，所述载液箱内与冷却液平齐的箱壁上设有液面平衡口，所述液面平衡口经输液管与液体收集箱连接，所述液体收集箱内的输液管口部设有液体发送泵。本发明的液面恒定的载液箱，打印平台带动产品没入冷却液的过程中，产品和打印平台排出的冷却液从液面平衡口经输液管排出至液体收集箱，以保持载液箱内液面高度恒定。当一个产品打印完，经冷却后从载液箱内取出，进入下一循环的产品打印时，通过液体发送泵再将载液箱内液体充注至液面平衡口下缘，可以继续进行下一产品的打印过程。

为便于控制冷却液的温度，所述温控加热部件包括没入冷却液内的加热元件，用于测量冷却液温度的测温仪、用于控制冷却液温度的温控器和温控开关。

作为本发明的改进，所述打印平台开始打印时平台上表面的起始高度与冷却液液面的高度差为10～50mm。打印平台的起始高度与冷却液液面设置一定的高度差，可以使刚刚挤出的打印料初步冷却定形，然后随着打印平台高度的降低没入冷却液进行均匀冷却，以保证打印产品的尺寸。

作为本发明的优选方案，所述冷却液为水、油类或酯类中的一种或一种以上的混合物。具体可根据打印材料对应选取。