[发明专利]一种快速3D打印设备及方法

权利要求书

1.一种快速3D打印设备，其特征在于：包括由进料端到出料端依次设置的第一强制降温装置、送料装置、第二强制降温装置、预热装置、加热装置以及挤出针；

所述送料装置设置在所述第一强制降温装置与所述第二强制降温装置之间且用于对耗材进行牵引输送，使耗材由进料端向出料端运动；

所述第一强制降温装置与所述第二强制降温装置用于对耗材进行降温冷却预处理，所述第二强制降温装置与所述加热装置之间设置有所述预热装置且用于对耗材进行预加热，辅助所述加热装置将耗材加热到熔融后通过所述挤出针挤出进行3D打印；

所述送料装置包括预进料轮组、压紧轮组和挤进轮组，且由进料端到出料端依次设置，各轮组包括主动轮和从动轮，耗材由所述主动轮和所述从动轮之间穿过，且所述预进料轮组、压紧轮组和挤进轮组的主动轮和从动轮的咬合面间距D₁、D₂、D₃满足：D₁＞D₂≥耗材直径＞D₃；

所述压紧轮组和挤出轮组不限只有一组，且不限一组的压紧轮组和所述挤出轮组以输料管为轴线辐射对称排布。

2.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于：还包括第三强制降温装置，所述第三强制降温装置嵌套设置于所述挤出针外，用于对流经所述挤出针内准备挤出的液态耗材降温，所述第三强制降温装置与所述加热装置不直接接触。

3.根据权利要求2所述的一种快速3D打印设备，其特征在于：所述第一强制降温装置和/或所述第二强制降温装置包括冷却器、温度传感器和传热组件，所述传热组件内设置有供耗材通过的送料管，所述冷却器设置在所述传热组件侧面且用于对所述传热组件进行降温，所述温度传感器设置在所述传热组件侧面或内部且用于对所述传热组件进行温度检测；

所述第三强制降温装置包含冷却器、均热部件和温度传感器；

所述冷却器采用风冷冷却、循环水/油冷却、热泵冷却或半导体制冷方式冷却中的一种。

4.采用如权利要求1所述的一种快速3D打印设备的一种快速3D打印方法，其特征在于：包含以下步骤：

强制冷却硬化工序，耗材通过第一强制降温装置进行强制冷却硬化，改善耗材的输送性能；

输送工序，通过送料装置对耗材进行牵引和推送，使耗材由进料端向出料端移动；

冷却保温工序，通过第二强制降温装置进行冷却保温，阻隔高温加热段对输送段的热量传递，避免后续进入的耗材过早受热软化，并在挤压作用下变粗造成输送阻力增大甚至堵塞；

预加热工序，通过预热装置预加热耗材，便于加热装置能够在短时间内充分提升耗材温度，缩短耗材在加热工序熔融所需时间，进而能在相同单位时间顺利熔融更多耗材，提高3D打印的速度；

加热工序，将耗材加热到熔融后挤出完成3D打印。

5.根据权利要求4所述的一种快速3D打印方法，其特征在于：所述强制冷却硬化工序的温度T₁高于环境露点温度T_D，且所述强制冷却硬化工序的温度T₁比打印耗材的软化温度T₀低5~25℃；所述预加热工序的温度T₂比打印耗材软化温度T₀低2~10℃；所述加热工序的温度T₃比打印耗材熔融温度T₀₁高0.5~30℃；室温≤18℃时，所述加热工序的温度T₃比打印耗材熔融温度高0.5~20℃。

6.根据权利要求5所述的一种速3D打印方法，其特征在于：所述加热工序之后还包括预冷却工序，将熔融状态的耗材进行打印前的强制预冷却，加速模型固化定型过程，适应快速打印的需要，避免固化不及时导致打印精度降低。

7.根据权利要求6所述的一种快速3D打印方法，其特征在于：所述预冷却工序的温度T₄比所述打印耗材熔融温度T₀₁高0.1~10℃。