一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台制造技术

本申请公开了一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，包括设置在支撑板上的热床，所述支撑板的下部固定有超声换能器，用于在3D打印时使所述热床产生超声振动，所述超声换能器利用变幅杆上的法兰固定于固定板上。本申请提供的上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台，不仅能够增加打印品的波纹状微观结构，使力学性能更强，而且使打印层之间结合更加致密，降低打印品表面粗糙度。

An ultrasonic assisted vibration type FDM 3D printing platform

The invention discloses a FDM type 3D printing platform for ultrasonic vibration assisted, including hot bed is arranged on the supporting board and the supporting board fixed on the lower part of the ultrasonic transducer, for the hot bed in 3D printing to produce ultrasonic vibration, the ultrasonic transducer using flange horn is fixed on the fixed board. FDM 3D the ultrasonic vibration assisted printing platform provided by the application, not only can the corrugated microstructure prints the increase of mechanical properties of the stronger, but also the combination of more compact print layers, reduced print surface roughness.

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台
本专利技术属于3D打印
，特别是涉及一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台。
技术介绍
FDM型3D打印机是一种常见的3D打印机类型，其中的FDM是指“FusedDepositionModeling”，即为熔融沉积成型。FDM型3D打印机打印的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。它以丝状供料，材料在喷头内被加热熔化成液态，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出。随后，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结形成一层截面。一层成型之后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)，再成型下一层，直至形成整个实体造型。除了FDM型3D打印机，现在还有SLS型(SelectiveLaserSintering，粉末材料选择性激光烧结)和SLA型(StereoLithographyApparatus，光敏树脂选择性固化)3D打印机。其中，SLS型3D打印机将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后，工作台下降一层厚度，铺料辊在上面再铺上一层均匀密实粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。而SLA型3D打印机在液槽中放置满的液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下，会快速固化(SLA与SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是红外激光)。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描，扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面的加工过程，得到一层塑料薄片，然后工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面，这样层层叠加构成建构三维实体。FDM型3D打印机在打印过程中，是通过分层式进行的，打印头把材料挤出并粘在下层材料上面后，材料在风扇的作用下迅速降温并固化在下层材料上。可是，上层材料与下层材料之间通过面接触，两层材料之间仅依靠材料的分子间作用力连接，打印品沿水平方向的力学强度较弱，当在外表面沿水平方向施加力时，由于仅依靠分子间作用力连接，打印品容易沿水平面出现整层分离的情况，另外，成型件的表面有较明显的条纹，较粗糙，不适合高精度精细小零件的应用。现有技术中的打印机一般采用平头挤出头，在熔融的塑料挤出时，通过挤出头前部的小平面把未凝固的塑料及时压平，现在也有了新方案，利用的是尖头挤出头，使挤出头对挤出的塑料没有压平效果，材料在迅速凝固后沿竖直方向出现轻微的波纹状。也正是由于这些波纹状的微观结构存在，增强了打印品的力学性能，然而，在打印对力学性能要求更高的产品时，尖头喷头的波纹状微观结构还不能满足要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，不仅能够增加打印品的波纹状微观结构，使力学性能更强，而且使打印层之间结合更加致密，降低打印品表面粗糙度。本专利技术提供的一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，包括设置在支撑板上的热床，所述支撑板的下部固定有超声换能器，用于在3D打印时使所述热床产生超声振动，所述超声换能器利用变幅杆上的法兰固定于固定板上。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的数量为一个、三个或四个。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的数量为一个，且设置于所述固定板的重心位置。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的数量为三个，且以所述固定板的重心为圆点呈圆周分布。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的数量为四个，且在所述固定板上呈矩形分布，所述矩形的重心与所述固定板的重心重合。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的振动频率范围为20kHz至35kHz。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器的振幅范围为2微米至10微米。优选的，在上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台中，所述超声换能器为纵振式超声换能器或弯曲振动式超声换能器。通过上述描述可知，本专利技术提供的上述超声辅助振动的FDM型3D打印平台，由于所述支撑板的下部固定有超声换能器，用于在3D打印时使所述热床产生超声振动，所述超声换能器利用变幅杆上的法兰固定于固定板上，因此，不仅能够增加打印品的波纹状微观结构，使力学性能更强，而且使打印层之间结合更加致密，降低打印品表面粗糙度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的第一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台的示意图；图2为本申请实施例提供的第三种具有一个超声换能器的超声辅助振动的FDM型3D打印平台示意图；图3为本申请实施例提供的第四种具有三个超声换能器的超声辅助振动的FDM型3D打印平台示意图；图4为本申请实施例提供的第五种具有四个超声换能器的超声辅助振动的FDM型3D打印平台示意图；图5为纵振式复合换能器的示意图。具体实施方式本专利技术的核心思想在于提供一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，不仅能够增加打印品的波纹状微观结构，使力学性能更强，而且使打印层之间结合更加致密，降低打印品表面粗糙度。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例提供的第一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台的示意图，该平台包括设置在支撑板2上的热床1，所述支撑板2的下部固定有超声换能器3，用于在3D打印时使所述热床1产生超声振动，所述超声换能器3利用变幅杆上的法兰固定于固定板4上。在这种情况下，超声换能器的法兰部分的振幅为0，把法兰固定于固定板4上，支撑板2固定于超声换能器3的末端上，超声换能器3法兰部分与固定板4、超声换能器3与固定板2以及固定板2与热床1之间均可以但不限于通过螺钉连接，固定板4与滚珠丝杆以及直线轴承连接，在Z轴上移动。需要说明的是，超声波换能器能够将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。超声换能器的分布形式可以依据底板形状而定，3D打印机的Z轴通过控制两条滚珠丝杆旋转带动平台移动，在热床下方加入超声换能器，使平台在打印时发生一定程度的超声振动，使打印出来的物质产生一些波纹状微观结构，使打印件力学性能更好。另外，在3D打印时，是通过层层堆叠的形式进行打印的，在打印首层时或前几层时，由于需要与底板进行粘合，为了能和底板进行平滑粘合，此时应该不产生振动，可见超声换能器在打印过程中为非连续性振动。通过上述描述可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，包括设置在支撑板上的热床，其特征在于，所述支撑板的下部固定有超声换能器，用于在3D打印时使所述热床产生超声振动，所述超声换能器利用变幅杆上的法兰固定于固定板上。

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助振动的FDM型3D打印平台，包括设置在支撑板上的热床，其特征在于，所述支撑板的下部固定有超声换能器，用于在3D打印时使所述热床产生超声振动，所述超声换能器利用变幅杆上的法兰固定于固定板上。2.根据权利要求1所述的超声辅助振动的FDM型3D打印平台，其特征在于，所述超声换能器的数量为一个、三个或四个。3.根据权利要求2所述的超声辅助振动的FDM型3D打印平台，其特征在于，所述超声换能器的数量为一个，且设置于所述固定板的重心位置。4.根据权利要求2所述的超声辅助振动的FDM型3D打印平台，其特征在于，所述超声换能器的数量为三个，且以所述固定板的重心为圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚震，黎志国，林凡，张永俊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44