[发明专利]一种基于多区间连续控温的3D打印机辅热装置

说明书

本发明属于3D打印领域，涉及一种基于多区间连续控温的3D打印机辅热装置，该多区间连续控温辅热系统由连续控温区间构成，可完成连续控温功能，该连续控温区间中间形成贯穿的物料通道，多区间连续控温的3D打印机辅热装置随着打印头同步运动，完成连续控温，该装置可以有效解决制备成型件打印过程中的翘曲问题，并显著提高成型件的力学强度，控温范围广，适用于不同打印方式、物料和形状的3D打印，也可适用于其他需要连续控温辅热的技术领域。

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及一种基于多区间连续控温的3D打印机辅热装置。

背景技术

3D打印技术是一种增材制造的快速成型技术，包括熔融沉积技术、选区激光烧结技术、选择性激光熔化技术、立体光固化成型法和分层实体制造法等。以熔融沉积技术(FDM-fused Deposition Modeling)为例，FDM技术的打印过程是利用加热的打印喷头融化固相材料，打印喷头根据成型模型的打印路径运动，将熔体喷涂在工作台上，实现层状堆积，最终形成产品。FDM打印喷头的作用是将固体材料加热成为熔融态，为了使熔融材料具有良好的粘性，需要保证挤出喷嘴的温度提高到材料的玻璃化温度以上，然而，对于刚打印成型部件的过快的冷却速度，导致了其与新的打印层面的粘性下降、层间大的温度差，造成了打印制品的翘曲和开裂。因此，打印喷头及其打印区域的温度控制，对于打印制品的质量、力学强度至关重要。据我们目前查阅的资料与文献报道，目前还没有一种简便、经济的多区间连续控温技术，来实现FDM打印区域温度的有效控制，避免打印制品的翘曲和开裂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多区间连续控温的3D打印机辅热装置，利用连续控温技术避免打印制品的翘曲和开裂，实现对温度的精确控制。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多区间连续控温的3D打印机辅热装置，随3D打印机的打印头同步运动，包括两端贯通的物料通道以及环绕设置在物料通道外侧用于加热物料的连续控温区间；所述连续控温区间的外侧边线与轴线呈一定倾角。

可选地，所述连续温控区间为粘流态加热区、高弹态加热区、以及玻璃态加热区中一种或几种组合所形成的组。

可选地，所述粘流态加热区的外侧边线与轴线之间夹角为α、所述高弹态加热区的外侧边线与轴线之间夹角为β、所述玻璃态加热区的外侧边线与轴线之间的夹角为γ。

可选地，所述连续控温区间沿远离物料通道的方向依次为粘流态加热区、高弹态加热区、以及玻璃态加热区，粘流态加热区、高弹态加热区、以及玻璃态加热区依次嵌套并紧密贴合。

可选地，所述连续控温区间的加热方式为热电偶、热风、热辐射、激光、红外中的一种或几种组合所形成的组。

可选地，所述物料通道的最大截面直径为d0、所述粘流态加热区的最大底面直径为d1、所述高弹态加热区的最大底面直径为d2、所述玻璃态加热区的最大底面直径为d3，d0≤d1≤d2≤d3。

可选地，0°＜α＜180°、0°＜β＜180°、0°＜γ＜180°。

可选地，所述物料通道用于高分子材料或其复合材料等物料的输送与流通，所述物料种类包括丝材、粉体、粒料、熔融物中的一种或几种组合所形成的组。

可选地，所述物料通道的加热方式为热电偶、热风、热辐射、激光、红外中的一种或几种组合所形成的组。

本发明的有益效果在于：

熔融沉积技术制备的3D打印品包含两个过程，一个是打印喷头在机床的轴平面内运动，另一个是打印头沿纵向逐层完成打印，在打印过程中无论是横向平面，还是纵向层堆积都产生大的温度差，导致了产品出现翘曲和开裂。

本发明所采用的连续控温方法，通过对聚合物流变性能的控制，从聚合物本身的粘流态、高弹态和玻璃态出发，具有两大作用：