[发明专利]一种超高分子量聚合物的快速成型装置

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚合物的快速成型装置，包括料仓，以及设置于所述料仓底部的喷头；加热模块，形成自所述料仓的顶部向底部所述喷头一侧，温度逐渐递增的加热区；加热罩，至少覆盖所述喷头，在所述喷头的外部形成加热腔室。本发明提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置，将超高分子量聚合物加热至熔融状态并挤出成型，具有适应温度区间跨度大，对环境适应性强，且打印成型结构灵活多变，通过将料仓设置为三个送料腔，实现了料仓内的固体或粉末状超高分子量聚合物的预热、收缩升温和小孔收缩加速挤出；并且增设滚压组件，将超高分子量聚合物碾压粘实；同时设置加热罩，保证了喷头附近的空间内温度的稳定。

技术领域

本发明属于高分子材料成型技术领域，具体地说，涉及一种超高分子量聚合物的快速成型装置。

背景技术

3D打印是一个通俗的概念，是快速成型技术的一种，产生于20世纪80年代后期。该技术集机械工程，材料工程，数控技术，激光技术等多项技术一体，采用材料累加法制造零件原型。其原理是先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，形成数字化模型，然后将三维模型分解为逐层的二维截面，通过软件与数控系统将打印材料逐层堆积固化，制造出实体产品。比较主流的方法包括光固化立体成形(Stereo LithographyApparatus,SLA)、分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,LS)、熔积成形(Fused Deposition Modeling，FDM)等。相较于传统的制造方法，3D打印技术可以忽略产品部件的外形复杂程度；制造快速，可实现产品设计与模具生产的同步进行，提高研发效率，缩短设计周期；原材料利用率极高，接近100％。基于上述优点，该技术在汽车、家电、通讯、航空、工业造型、医疗、考古等行业得到日益广泛的应用。

3D打印使用的材料从光敏树脂、ABS、类ABS、蜡型、玻璃纤维等塑料类材料，到不锈钢、铝合金、铁镍合金、钴铬钼合金等金属类材料，种类相比过去已有所丰富，但是与传统制造所使用的材料相比仍有差距，作为新一代工程塑料，超高分子量聚合物具有比强度高、韧性好、耐磨损、耐腐蚀、耐低温、耐应力开裂、抗冲击、抗粘附以及自润滑等诸多优异性能，因此在工农业生产、医药以及国防建设等方面发挥着越来越重要的作用。然而，这类材料具有极高的分子量，以及超长、缠结的分子链，熔体呈高弹态，熔融指数近似为零；成型温度范围窄，易氧化降解；临界剪切速率低、摩擦系数小，因此不易成型加工。

近些年，激光技术因具有精度高、速度快、周期短、无需模具等优点，因此在材料加工领域中尤其是在高分子材料的快速成型中的应用发展迅猛，但在实际应用和研究中发现，超高分子量聚合物的激光快速成型存在如下问题：

第一、超高分子量聚合物在成型前处于离散堆积的粉末状态，粉末颗粒之间存在大量空隙。由于空气是热的不良导体，因此会影响成型过程中热量的传导。此外，聚合物熔融状态下流动性极差，颗粒间的相对位置变化小，成型件内部存在大量气孔，致密度低，严重影响成型质量。

第二、超高分子量聚合物的加工温度范围较窄，对激光能量密度、烧结位置温度更为敏感。当激光能量密度较高时，烧结位置的温度过高，使得聚合物氧化分解，发生断链反应而形成双键、自由基等。分子键的断裂，会导致成型件性能下降。同时，分子链与结晶度也密切相关，结晶度又会影响到制品的刚度、拉伸强度、硬度、耐热性、抗溶性、气密性以及耐化学腐蚀性等，有时甚至直接导致成型件作废。

申请号为CN201410181568.8的中国专利公开了一种用于精确控温的高分子材料紫外激光3D打印方法及装置。其装置包括：恒温箱，激光头，非接触式温度监测装置，扫描振镜，加工平台，铺粉装置，加工材料，计算机控制系统。其中激光头采用双管芯结构，内管与外管同轴固定，并在两管之间固定一片或多片渐变中性滤波片，所述滤波片激光透过率由内管到外观的径向降低。