一種用于材料擠出成形的多功能3D打印頭及其使用方法與流程

本發明涉及材料擠出成形的3d打印技術領域，具體涉及一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法。

背景技術：

3d打印技術是指打印頭在程序控制下，按照當前層的截面信息進行材料填充制造，然后再通過層層累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意復雜零件以及擁有較好的打印自由度，在工業生產及日常生活中越來越具有實際應用價值。

可擠出成形材料的3d打印作為3d打印領域的一個重要分支，目前越來越受到國內外學者的重視，因其具備可制備材料范圍廣、部分材料可回收再制造的節能性、部分輕質量高強度的材料特點，而被廣泛應用于包括航空航天、國防軍事、醫療行業、工業現場及機器人、服務業等多個領域。目前，為了提高可擠出成形材料的3d打印，國內外就打印材料本身進行了多方面的性能改進，除過對于新材料的不斷發掘和更新，更是利用短纖維、連續纖維等多種強化材料通過復合材料的3d打印來實現打印件在各個方向上的強度提升，至此，按規劃路徑打印后的材料每單層內各項力學指標都有了極大的提升。

但是依然存在以下問題：

一、層間力學性能較差是制約該領域3d打印發展的一個關鍵問題，雖然無論是通過短纖維預浸漬還是連續纖維增強，都只是在明顯提升著單層的打印強度，而對于層間的力學性能提升依舊微乎其微，因此在較長的打印時長下，進行層間性能的提升尤為重要。

二、3d打印噴頭本身對成形表面壓力比較小，嚴重影響制件的體積密度和介-微-納三重界面性能，因此提高制件的體積密度與多重界面性能，保證3d打印材料擠出成形制件的使用性能是另外一個必須克服的難題。

技術實現要素：

為了克服以上技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法，可以更好的將可擠出成形材料在打印過程中的層間力學性能進行提升。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭，包括連接在固定件2上的3d打印送料噴頭1，和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進行配合打印的激光器3固定在固定件2上，和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進行配合打印的熱滾壓筒5通過連接件4固定在固定件2上；

所述的熱滾壓筒5包括熱滾壓筒中心軸501，熱滾壓筒中心軸501一端通過兩個小軸承503連接在熱滾壓筒外殼504內，熱滾壓筒中心軸501另一端通過大軸承507連接在熱滾壓筒外殼504內，熱滾壓筒中心軸501中部粘貼有恒溫加熱片505，恒溫加熱片505通過恒溫加熱片導線506穿過熱滾壓筒中心軸501上的兩個小孔外接電源，熱滾壓筒中心軸501的端頭設有熱滾壓筒固定孔502。

所述的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭的使用方法，包括下列步驟：

1)將3d打印送料噴頭1、激光器3連接在固定件2上，將熱滾壓筒5通過連接件4連接在固定件2上；

2)將固定件2安裝到3d打印機上，并在3d打印送料噴頭1中填裝入可擠壓成形的打印材料，對3d打印送料噴頭1內的加熱裝置及傳感器、激光器3、熱滾壓筒5中的恒溫加熱片505提供相應電源；

3)在3d打印送料噴頭1打印第一層基底材料結束之后，激光器3啟動，按照不同材料所需激光頻率進行提前設定，設置好的激光在3d打印送料噴頭1打印前段小范圍適度燒融上一層已打印材料；

4)熱滾壓筒5與3d打印送料噴頭1同步工作，按照不同材料設置恒溫加熱片505的輸出溫度，適度熱滾壓打印后表面；

6)以此類推，按照3d打印機打印過程打印成形所需打印件。

本發明的有益效果為：

采用本發明的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭及其使用方法，可以很好的利用激光預熱及打印后熱滾壓打印表面在一定程度上滿足了提升層內各項性能的同時，有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能，而如果再借助更加精確的傳感反饋技術對激光器及熱滾壓設備進行溫度均勻性及與材料參數的高度匹配的情況下，更是對于可擠出成形材料的3d打印意義非凡。

附圖說明

圖1是使用本發明多功能3d打印頭的打印示意圖。

圖2是本發明多功能3d打印頭的各模塊拆分結構示意圖。

圖3(a)是熱滾壓筒5的結構示意圖，圖3(b)為圖3(a)的剖面圖。

圖4是熱滾壓筒5的各零部件拆分示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

參照圖1和圖2，一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭，包括連接在固定件2上的3d打印送料噴頭1，其中3d打印送料噴頭1通過送料噴頭卡位孔203確定固定位置，并借助送料噴頭固定螺孔204用螺栓頂住3d打印送料噴頭1的平面，以實現在噴頭固定件2上的固定；和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進行配合打印的激光器3固定在固定件2上，激光器3由激光器上激光器固定螺孔301和固定件上激光器固定螺孔202對齊固定在噴頭固定件2上；和3d打印送料噴頭1的噴嘴101進行配合打印的熱滾壓筒5通過連接件4固定在固定件2上，熱滾壓筒5與連接件4通過熱滾壓筒固定孔502與熱滾壓筒固定軸402進行配合連接，而固定件2與連接件4則通過連接件上熱壓件固定螺孔401與熱壓件固定螺孔201對齊用螺栓連接。

參照圖3和圖4，所述的熱滾壓筒5包括熱滾壓筒中心軸501，熱滾壓筒中心軸501一端通過兩個小軸承503連接在熱滾壓筒外殼504內，熱滾壓筒中心軸501另一端通過大軸承507連接在熱滾壓筒外殼504內，熱滾壓筒中心軸501中部粘貼有恒溫加熱片505，恒溫加熱片505通過恒溫加熱片導線506穿過熱滾壓筒中心軸501上的兩個小孔外接電源，熱滾壓筒中心軸501的端頭設有熱滾壓筒固定孔502。

所述的一種用于材料擠出成形的多功能3d打印頭的使用方法，包括下列步驟：

1)參照圖1、圖2，將3d打印送料噴頭1、激光器3連接在固定件2上，將熱滾壓筒5通過連接件4連接在固定件2上；

2)將固定件2安裝到3d打印機上，并在3d打印送料噴頭1中填裝入可擠壓成形的打印材料，對3d打印送料噴頭1內的加熱裝置及傳感器、激光器3、熱滾壓筒5中的恒溫加熱片505提供相應電源；

3)在3d打印送料噴頭1打印第一層基底材料結束之后，激光器3啟動，按照不同材料所需激光頻率進行提前設定，設置好的激光在3d打印送料噴頭1打印前段小范圍適度燒融上一層已打印材料；

4)熱滾壓筒5與3d打印送料噴頭1同步工作，按照不同材料設置恒溫加熱片505的輸出溫度，適度熱滾壓打印后表面；

6)以此類推，按照3d打印機打印過程打印成形所需打印件。

本發明可以很好的利用激光預熱及打印后熱滾壓打印表面，使得在一定程度上既滿足了提升層內各項性能的同時，更是有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能，再借助更加精確的傳感反饋技術對激光器及熱滾壓設備進行溫度均勻性及與材料參數的高度匹配的情況下，對于更加有效的提升打印件的層間力學性能意義巨大。

技術特征：

技術總結
一種用于材料擠出成形的多功能3D打印頭及使用方法，多功能3D打印頭包括連接在固定件上的3D打印送料噴頭，和3D打印送料噴頭的噴嘴進行配合打印的激光器固定在固定件上，和3D打印送料噴頭的噴嘴進行配合打印的熱滾壓筒通過連接件固定在固定件上；熱滾壓筒包括熱滾壓筒中心軸，熱滾壓筒中心軸一端通過兩個小軸承連接在熱滾壓筒外殼內，熱滾壓筒中心軸另一端通過大軸承連接在熱滾壓筒外殼內，熱滾壓筒中心軸中部粘貼有恒溫加熱片，使用方法利用激光預熱及打印后熱滾壓打印表面在一定程度上滿足了提升層內各項性能的同時，有效提升了打印件的打印密度及層間界面性能。

技術研發人員：田小永;羅盟;侯章浩;李滌塵
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發日：2017.03.02
技術公布日：2017.07.07