[发明专利]一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机

说明书

本发明公开了一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，包括桌台架、单螺杆挤出机、3D打印机和控制系统，其中单螺杆挤出机固定连接在桌台架的上端面，所述控制系统和3D打印机并列固定连接在桌台架内；所述单螺杆挤出机包括第一驱动机构、机筒组件、单螺杆组件、加热装置和喷头组件，所述3D打印机包括打印平台组件、三轴向驱动组件和挤出头组件，3D挤出打印时所述喷头组件与挤出头组件对位固定连接设置，所述控制系统用于控制单螺杆挤出机和3D打印机，可以用于实验室探究不同材料配比的3D打印线材的打印产品性能，形成了混合挤出和3D打印的小型试验装置。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，更具体地涉及一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机。

背景技术

3D打印（3D printing），是“增材制造”（Additive Manufacturing）的主要实现形式，是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D 打印技术从诞生至今，已发展30余年，目前处于多种技术路线共存的状态。根据所用耗材形态和成型原理的差异，目前主流的 3D 打印技术大致分为挤出熔融成型、粒状物料成型、光聚合成型三种类型，每种类型按照成型技术的不同，其中，熔融层积（FDM）属于挤出成型类，粒状物料成型又包括直接金属激光烧结（DMLS）、电子束熔融（EBM）、选择性激光烧结（SLS）、选择性热烧结（SHS）、选择性激光融化成型（SLM）等，光聚合成型技术则包括光固化成型（SLA）、数字光处理（DLP）、聚合物喷射（PJ）。3D打印高分子材料(ABS塑料、PLA塑料、PC、树脂、陶瓷、尼龙)、石墨烯、金属材料、复合材料、树脂砂等，其中，ABS 是 FDM 打印技术最为常见的打印材料，可用于 3D 打印的 ABS 材料种类繁多，是其他塑料材料无可比拟的。然而在过去 10 年中，PLA 正作为一种代替 ABS 的绿色产品，PLA作为一种生物基塑料，可以降解，是桌面 3D 打印领域常用的一种打印材料，但缺点是脆、不耐高温。聚碳酸酯（PC）目前是最广泛的热塑性塑料，它强度高、刚性、容易热成型，在工业领域诸如家用电器、餐具、安全玻璃等方面都有应用，不过由于熔融温度过高使得它并没有在 3D 打印领域得到广泛的应用。树脂作为 SLA 光固化成型的重要原料，种类变化种类繁多，成型精度要高于FDM 技术，可用来制作生物模型或医用模型，亦可生产高度精确的三维原型，对建筑和电子等设计导向型行业产生较大影响，随着树脂材质的不断完善，将会直接应用在高性能汽车行业及航天航空行业。尼龙是 3D 打印材料市场应用规模最大的材料，预计到2019 年，尼龙将占据 3D 打印材料市场 30%的市场份额，目前只有赢创、阿科玛、Arzuano、ExcelTec和罗地亚等极少数厂家生产用于 3D 打印的尼龙粉末，尼龙铝粉是在尼龙的粉末中掺杂一部分铝粉，通过 SLS 技术进行打印，使打印出的成品赋有金属的光泽，当铝粉含量从 0 增大到 50% 时，所制成品的热变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及硬度，比单纯尼龙烧结件分别提高了 87℃、10.4%、62.1%、122.3% 及 70.4%，此外，烧结件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度，也随着铝粉平均粒径的减小而增大。2014年美国硅谷Arevo实验室推出制造高强度碳复合材料最终产品的 3D 打印技术，打印出了碳纤维增强尼龙基体的复合材料，相比于传统的挤出或注塑定型方法，3D 打印时通过精确控制碳纤维的取向，优化特定机械、电和热性能，能够严格设定其综合性能，Arevo 使用该材料有望打印“更轻、更强、更持久”的航空航天、国防和医疗应用的零部件产品，不久前 Solvay 公司将空客鉴定合格的三个等级的 KetaSpire PEEK 树脂用于制造飞机内饰，复合材料中的增强材料除了使用碳纤维外，还可以用玻璃纤维。

3D打印的高分子材料的产品的机械性能不如传统制造产品，为了提高3D打印高分子材料产品的性能，目前，国内外主要是通过在原来的PLA，ABS，PC等原材料中加入其他组分的材料，来提高或者改善原理产品的性能，比如在PLA材料的打印过程中加入碳纤维，3D打印产品的力学性能得到很大的提升。同时在ABS中加入石墨烯，改变产品的性能。但是，目前3D打印挤出打印材料的生产设备庞大，不适用于高校实验室内使用。

发明内容