[发明专利]热塑性高分子材料的3D打印工艺

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及热塑性高分子材料的3D打印工艺。

背景技术

3D打印技术亦称为增材制造或增量制造(Additive manufacturing),指基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。与传统的材料加工技术相比,3D打印技术有许多突出的优势,具体表现在:(1)可以实现数字化制造,3D打印借助建模软件将产品结构数字化,然后驱动机器设备加工制造成器件,由于数字化文件可借助网络进行传递,从而可以实现异地分散化制造的生产模式；(2)3D打印技术可以使三维结构的物体先分解成二维层状结构,逐层累加形成三维物品,因此,原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构,从根本上解决了传统制造受制于模具的缺陷；(3)3D打印可以利用“从下而上”的堆积方式,对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势；(4)3D打印技术有利于小规模生产和个性化订制,属于脑力密集型行业,对生产场地要求低,环保且低能耗；(5)3D打印能够实现“设计即生产”,可以更快捷回应市场需求。因此,近年来3D打印技术获得了迅猛发展,已经在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用,同时吸引了国内外工业界、投资界、学术界、新闻媒体和社会公众的热切关注。我国政府部门也开始关注并制订3D打印技术的发展规划,如工信部、发改委、财政部于2015年2月印发《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,对3D打印的发展做出了政策上的推动。可见,3D打印技术必将成为下一个具有广阔前景的朝阳产业。

3D打印技术内容涵盖广阔,涉及的技术包括CAD建模、3D测量、接口和切片软件、数控程序、打印工艺、机械设计、3D打印材料等。其中,现阶段制约3D打印技术发展的因素主要有两个:打印工艺(技术方法)和打印材料。同时,打印工艺和打印材料之间存在密不可分的关系,特定的打印工艺只能适合于打印特定的打印材料,而特定的打印材料则需要利用特定的打印工艺才能成功实现3D成型。

以塑料为代表的高分子聚合物具有在相对较低温度下的热塑性,良好的热流动性与快速冷却粘接性,或在一定条件(如光)的引发下快速固化的能力,因此在3D打印领域得到快速的应用和发展。同时,高分子材料的粘结特性允许其能够与较难以成型的陶瓷、玻璃、纤维、无机粉末、金属粉末等形成全新的复合材料,从而大大扩展3D打印的应用范围。因此,高分子材料成为目前3D打印领域基本的和发展最为成熟的打印材料。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种热塑性高分子材料的3D打印工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

热塑性高分子材料的3D打印工艺，包括如下步骤：首先令仪器送料筒上升，移动铺粉滚筒，在工作平台上铺一层粉末材料，然后由激光器发出激光束，在计算机控制下按照截面轮廓对部分选定区域的粉末进行烧结,将有粘结剂的粉末熔化形成一体化的打印层；当第一层烧结完成后，工作台将下降一截面层的高度，同时铺粉滚筒在已有的打印层上铺下一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的打印产品。

FDM工艺设备价格低廉,操作技术门槛很低,打印材料价格便宜且容易制备,技术改进升级难度相对较小。因此,FDM工艺广泛应用于低端入门级3D打印设备,是3D打印普及化和大众化的主要推动力。从打印产品的质量而言,FDM工艺最大的优势在于良好的尺寸和存储稳定性,由于采用了如ABS、PLA这样的常用热塑性高分子作为耗材,当打印产品降到室温以后,其对环境中的光照、湿度、曝晒均表现出较好的稳定性,且能够长期稳定存储。然而,相比其他成型方式(尤其是立体平板印刷或者材料喷射成型),其表面的精度相对较差,常产生明显的“层效应”:即使用小的线材宽度和很薄的层厚(0.1mm),在成品的顶端、底面和侧面仍能够看出经过挤压喷嘴的等高线轮廓与建构层厚。更不利的是,如果采用支撑材料,剥除支撑材料往往对产品本体造成相当的伤害,形成明显的如抽丝、凹坑、突起等缺陷。而与之相对的,立体平板印刷工艺(SLA)的支撑层通常能通过加热和溶剂轻松移除。此外,支撑材料剥除后难以回收利用,造成耗材的浪费。