热塑性高分子材料的3D打印工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种热塑性高分子材料的3D打印工艺，包括如下步骤：首先令仪器送料筒上升，移动铺粉滚筒，在工作平台上铺一层粉末材料，然后由激光器发出激光束，在计算机控制下按照截面轮廓对部分选定区域的粉末进行烧结,将有粘结剂的粉末熔化形成一体化的打印层。当第一层烧结完成后，工作台将下降一截面层的高度，同时铺粉滚筒在已有的打印层上铺下一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的打印产品。

3D printing process of thermoplastic polymer materials

The invention discloses a 3D printing process of thermoplastic polymer material, comprising the following steps: firstly, the instrument of the feeding cylinder rising mobile powder cylinder, in the working platform spread a layer of powder material, and then by the laser beam, under the control of the computer in accordance with section outline on the part of the selected area of powder sintering that will have the powder melting binder to form a printing layer integration. When the first layer of sintering is completed, the worktable will descend the height of the cross section. At the same time, the powder roller will lay a layer of powder on the existing printing layer and carry out the next layer sintering, so that the three-dimensional printing product can be formed.

【技术实现步骤摘要】
热塑性高分子材料的3D打印工艺
本专利技术涉及3D打印
，特别涉及热塑性高分子材料的3D打印工艺。
技术介绍
3D打印技术亦称为增材制造或增量制造(Additivemanufacturing),指基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。与传统的材料加工技术相比,3D打印技术有许多突出的优势,具体表现在:(1)可以实现数字化制造,3D打印借助建模软件将产品结构数字化,然后驱动机器设备加工制造成器件,由于数字化文件可借助网络进行传递,从而可以实现异地分散化制造的生产模式；(2)3D打印技术可以使三维结构的物体先分解成二维层状结构,逐层累加形成三维物品,因此,原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构,从根本上解决了传统制造受制于模具的缺陷；(3)3D打印可以利用“从下而上”的堆积方式,对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势；(4)3D打印技术有利于小规模生产和个性化订制,属于脑力密集型行业,对生产场地要求低,环保且低能耗；(5)3D打印能够实现“设计即生产”,可以更快捷回应市场需求。因此,近年来3D打印技术获得了迅猛发展,已经在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用,同时吸引了国内外工业界、投资界、学术界、新闻媒体和社会公众的热切关注。我国政府部门也开始关注并制订3D打印技术的发展规划,如工信部、发改委、财政部于2015年2月印发《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,对3D打印的发展做出了政策上的推动。可见,3D打印技术必将成为下一个具有广阔前景的朝阳产业。3D打印
技术实现思路
涵盖广阔,涉及的技术包括CAD建模、3D测量、接口和切片软件、数控程序、打印工艺、机械设计、3D打印材料等。其中,现阶段制约3D打印技术发展的因素主要有两个:打印工艺(技术方法)和打印材料。同时,打印工艺和打印材料之间存在密不可分的关系,特定的打印工艺只能适合于打印特定的打印材料,而特定的打印材料则需要利用特定的打印工艺才能成功实现3D成型。以塑料为代表的高分子聚合物具有在相对较低温度下的热塑性,良好的热流动性与快速冷却粘接性,或在一定条件(如光)的引发下快速固化的能力,因此在3D打印领域得到快速的应用和发展。同时,高分子材料的粘结特性允许其能够与较难以成型的陶瓷、玻璃、纤维、无机粉末、金属粉末等形成全新的复合材料,从而大大扩展3D打印的应用范围。因此,高分子材料成为目前3D打印领域基本的和发展最为成熟的打印材料。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提出了一种热塑性高分子材料的3D打印工艺。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：热塑性高分子材料的3D打印工艺，包括如下步骤：首先令仪器送料筒上升，移动铺粉滚筒，在工作平台上铺一层粉末材料，然后由激光器发出激光束，在计算机控制下按照截面轮廓对部分选定区域的粉末进行烧结,将有粘结剂的粉末熔化形成一体化的打印层；当第一层烧结完成后，工作台将下降一截面层的高度，同时铺粉滚筒在已有的打印层上铺下一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的打印产品。FDM工艺设备价格低廉,操作技术门槛很低,打印材料价格便宜且容易制备,技术改进升级难度相对较小。因此,FDM工艺广泛应用于低端入门级3D打印设备,是3D打印普及化和大众化的主要推动力。从打印产品的质量而言,FDM工艺最大的优势在于良好的尺寸和存储稳定性,由于采用了如ABS、PLA这样的常用热塑性高分子作为耗材,当打印产品降到室温以后,其对环境中的光照、湿度、曝晒均表现出较好的稳定性,且能够长期稳定存储。然而,相比其他成型方式(尤其是立体平板印刷或者材料喷射成型),其表面的精度相对较差,常产生明显的“层效应”:即使用小的线材宽度和很薄的层厚(0.1mm),在成品的顶端、底面和侧面仍能够看出经过挤压喷嘴的等高线轮廓与建构层厚。更不利的是,如果采用支撑材料,剥除支撑材料往往对产品本体造成相当的伤害,形成明显的如抽丝、凹坑、突起等缺陷。而与之相对的,立体平板印刷工艺(SLA)的支撑层通常能通过加热和溶剂轻松移除。此外,支撑材料剥除后难以回收利用,造成耗材的浪费。基于FDM工艺在3D打印市场的突出地位,有许多措施被开发出来以提升此类打印模型的表面精度,例如在打印设置方面,对于要求较高完工精度的表面设置以垂直方向成型,而将较不重要的表面以水平方向成型。对打印件的二次加工也是改善表面精度的重要方法,不过通常FDM用的打印耗材固化后硬度较大,单纯的机械打磨效果较差,而利用溶剂抛光则可能得到理想的表面光滑度,并获得更好的产品细节表现。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：本专利技术的工艺加工需要升温和冷却,成型时间较长,打印出的产品表面常出现疏松多孔的状态,且有内应力,容易变形,就纯高分子打印而言不如FDM常用。但是,任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为本专利技术的成型材料,因此,本专利技术非常适合于以高分子聚合物为基,复合陶瓷、玻璃、纤维、金属等粉末的复合材料打印制品的成型,从而大幅度地扩展了3D打印技术的应用范围。附图说明图1为FDM工艺原理示意图；图2为SLS工艺原理示意图。具体实施方式为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本专利技术，下面将结合附图，对本专利技术作进一步的说明。3D打印材料，其为热塑性高分子材料，热塑性的高分子聚合物很容易进行挤出、吹塑和注射加工，因此成为3D打印高分子材料中开发最为成熟的类型,这些材料包括多种工程塑料和生物塑料,在打印材料制备时一般以丝状的耗材出现。工程塑料是目前应用范围较广的3D打印材料,这类材料具有良好的机械强度和耐候性,热稳定性也比较理想,因此,以这些材料打印出的产品能够用于大多数工业和民用场合,典型的3D打印用工程塑料有丙烯腈-丁二烯-苯乙共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(尼龙,PA)等。ABS是最早用于熔融沉积成型(FDM)技术的材料,目前也是FDM打印工艺领域最常用的热塑性耗材。该材料打印温度为210～260℃,玻璃转化温度为105℃,打印时需要底板加热。ABS具有相当多的优点,如强度较高、韧性较好、耐冲击、绝缘性能好、抗腐蚀、耐低温、容易出丝和着色等,其打印产品质量稳定,强度也较为理想。然而,ABS打印时需要加热,同时这种材料遇冷收缩特性明显,在温度场不均匀的情况下,可能会从加热板上局部脱落,造成翘曲、开裂等质量问题,此外其打印时可能产生强烈的气味。为了改善ABS打印的成型质量,许多研究者进行了3D打印用ABS耗材的改性工作,往ABS中加入填充材料或对其进行共混改性是提高其打印性能的有效途径。M.L.Shofner等报道了含有10％的气相生长碳纤维增强的3D打印ABS耗材,其拉伸强度和拉伸弹性模量较普通ABS耗材有较大增强；方禄辉等采用热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯塑料(SBS)对ABS进行熔融共混改性,该改性耗材具有较好的流动性和熔体强度。此外,对ABS的掺杂改性可以赋予打印材料多种特殊性能,从而大大扩展此类打印材料的应用范围,例如,邹锦光等以纳米导电炭黑在钛酸酯偶联剂作用下对ABS树脂进行改性,获得了一种导电的3D打印耗材。与ABS相比,PC树脂作为工程材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
热塑性高分子材料的3D打印工艺，其特征在于，包括如下步骤：首先令仪器送料筒上升，移动铺粉滚筒，在工作平台上铺一层粉末材料，然后由激光器发出激光束，在计算机控制下按照截面轮廓对部分选定区域的粉末进行烧结，将有粘结剂的粉末熔化形成一体化的打印层；当第一层烧结完成后，工作台将下降一截面层的高度，同时铺粉滚筒在已有的打印层上铺下一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的打印产品。

【技术特征摘要】
1.热塑性高分子材料的3D打印工艺，其特征在于，包括如下步骤：首先令仪器送料筒上升，移动铺粉滚筒，在工作平台上铺一层粉末材料，然后由激光器发出激光束，在计算机控制下按照截面轮廓对部分选定区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁骏飞，
申请(专利权)人：佛山三维二次方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44