本發(fā)明涉及3d打印部件設(shè)計(jì)和高分子及其復(fù)合材料加工領(lǐng)域，具體為通過(guò)惰性氣體輔助3d打印聚合物的機(jī)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
1、熔融沉積3d打印技術(shù)作為一種快速成型制造方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)商業(yè)領(lǐng)域中。在聚合物材料的3d打印過(guò)程中，仍然存在著一些亟待解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題制約了聚合物材料在3d打印工藝中的選擇范圍。首先，部分聚合物由于本身彈性模量較小，在打印過(guò)程中容易發(fā)生形變，導(dǎo)致其在喉管中產(chǎn)生進(jìn)料阻塞的問(wèn)題。其次，某些聚合物材料在高溫熔融狀態(tài)下與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化變質(zhì)，這不僅會(huì)降低材料的性能，還可能影響打印件的精度和可靠性。
2、解決上述問(wèn)題將為3d打印線材材料的選擇擴(kuò)充范圍，而更加豐富的材料種類(lèi)將使熔融沉積3d打印產(chǎn)品適用于更多的應(yīng)用場(chǎng)合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法及3d打印機(jī)構(gòu)，本發(fā)明在3d打印頭設(shè)計(jì)中引入了惰性氣體通道，在3d打印過(guò)程中通入惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料周?chē)?。首先，環(huán)繞的氣流可以使柔軟的聚合物材料盡量保持直線形態(tài)，而不會(huì)因?yàn)檫^(guò)度彎曲卡在喉管中；另一方面，惰性氣體將高溫聚合物材料與空氣隔離，使其不會(huì)產(chǎn)生氧化變質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)有望突破目前部分聚合物材料不能應(yīng)用于3d打印工藝的限制。新的聚合物材料將為熔融沉積3d打印工藝提供更多的功能性。
2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法，包括以下步驟：
4、在3d打印過(guò)程中，設(shè)置惰性氣體通道并向聚合物材料周?chē)ㄈ攵栊詺怏w，形成環(huán)繞所述聚合物材料的惰性氣體鞘；所述惰性氣體鞘的環(huán)繞氣流使低彈性模量(＜20mpa)的聚合物材料維持直線形態(tài)以避免彎曲變形導(dǎo)致的喉管阻塞，同時(shí)將所述聚合物材料的高溫熔融部分與空氣隔離以防止氧化變質(zhì)。
5、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)上述3d打印方法，包括氣管接頭、進(jìn)氣散熱塊、輸料口、加熱塊、通氣喉管、噴頭、密封圈；
6、氣管接頭和輸料口連接在進(jìn)氣散熱塊頂部，氣管接頭用于連接惰性氣體源，輸料口用于輸入聚合物材料；
7、通氣喉管的上端通過(guò)螺紋連接于進(jìn)氣散熱塊底部，通氣喉管的下端通過(guò)螺紋與加熱塊連接，加熱塊的下方通過(guò)螺紋連接有所述噴頭，通氣喉管的下端面與噴頭的上端面貼合；
8、所述進(jìn)氣散熱塊內(nèi)設(shè)有氣體通道和輸料通道，氣體通道的一端與氣管接頭連通，另一端與通氣喉管連通；
9、輸料通道位于輸料口正下方，輸料通道的底部與通氣喉管的頂端連接，通氣喉管的頂部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有密封圈防止氣體泄漏；
10、該3d打印機(jī)構(gòu)能夠在3d打印過(guò)程中通過(guò)氣體通道充入惰性氣體，惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料的周?chē)纬啥栊詺怏w鞘。
11、進(jìn)一步的，進(jìn)氣散熱塊為可替換模塊，包括雙通道進(jìn)氣散熱塊或四通道進(jìn)氣散熱塊，以實(shí)現(xiàn)若干材料同步惰性氣體輔助打印。
12、進(jìn)一步的，所述通氣喉管的內(nèi)腔橫截面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，使惰性氣體均勻環(huán)繞所述聚合物材料。
13、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種3d打印設(shè)備，包含上述惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)。
14、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種聚合物材料3d打印制品，采用上述的3d打印方法制備，所述聚合物材料為低彈性模量材料，包括聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯中的至少一種。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：
16、1.改善材料進(jìn)料穩(wěn)定性：通過(guò)在3d打印頭中設(shè)計(jì)專(zhuān)用的惰性氣體通道，在打印過(guò)程中將惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料周?chē)?。該環(huán)繞氣流能夠使低彈性模量、柔軟的聚合物材料保持直線形態(tài)，有效防止材料因過(guò)度彎曲而在喉管中卡塞，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的進(jìn)料效果。
17、2.改善噴嘴出料穩(wěn)定性：惰性氣體形成的壓力能夠更好地推動(dòng)熔融物的擠出，相比擠出機(jī)推動(dòng)耗材產(chǎn)生的壓力，惰性氣體產(chǎn)生的壓力分布更均勻且穩(wěn)定，有效地改善了受最大體積速度的影響產(chǎn)生的打印過(guò)程中線條缺失的問(wèn)題。
18、3.防止高溫聚合物氧化變質(zhì)：采用惰性氣體形成的保護(hù)鞘隔離聚合物材料的高溫熔融部分與空氣接觸，有效防止氧化變質(zhì)問(wèn)題。這不僅保證了材料在打印過(guò)程中的穩(wěn)定性，還提高了打印件的精度和可靠性。
19、4.拓寬聚合物材料選擇范圍：由于成功解決了柔性聚合物在進(jìn)料過(guò)程中易變形卡塞以及高溫狀態(tài)下易發(fā)生氧化的問(wèn)題，本發(fā)明使得原本不適用于熔融沉積3d打印的聚合物材料(如聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等)能夠?qū)崿F(xiàn)打印。豐富的材料種類(lèi)有助于3d打印制品在功能性和應(yīng)用場(chǎng)景上的進(jìn)一步擴(kuò)展。
20、5.提升打印系統(tǒng)的靈活性與模塊化：本發(fā)明的3d打印機(jī)構(gòu)采用了模塊化設(shè)計(jì)(如可替換的雙通道或四通道進(jìn)氣散熱塊)，不僅能滿(mǎn)足多種材料的同步惰性氣體輔助打印要求，而且使整個(gè)打印系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性和靈活性。
21、總體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明通過(guò)惰性氣體輔助送料的技術(shù)方案，既解決了低彈性模量聚合物在進(jìn)料過(guò)程中的卡塞問(wèn)題，又防止了高溫狀態(tài)下聚合物的氧化變質(zhì)問(wèn)題，從而提高了打印過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)拓寬了3d打印材料的應(yīng)用范圍。
1.一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.一種惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的3d打印方法，其特征在于，包括氣管接頭(1)、進(jìn)氣散熱塊(2)、輸料口(3)、加熱塊(4)、通氣喉管(5)、噴頭(6)、密封圈(7)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)氣散熱塊(2)為可替換模塊，包括雙通道進(jìn)氣散熱塊或四通道進(jìn)氣散熱塊，以實(shí)現(xiàn)若干材料同步惰性氣體輔助打印。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述通氣喉管(5)的內(nèi)腔橫截面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，使惰性氣體均勻環(huán)繞所述聚合物材料。
5.一種3d打印設(shè)備，其特征在于，包含如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的惰性氣體輔助送料的3d打印機(jī)構(gòu)。
6.一種聚合物材料3d打印制品，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的3d打印方法制備，所述聚合物材料為低彈性模量材料，包括聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯中的至少一種。