一种超声聚焦聚合物3D打印设备及加工方法技术

本发明专利技术公开一种超声聚焦聚合物3D打印设备及方法，先将聚合物粉末填满粉末腔，压紧板将聚合物粉末压紧。安装于金属机箱各内表面上的运动模组分别带动各超声波发生器按照预设轨迹进行二维运动。各超声波发射器移动位置和实时发射功率的调整共同作用实现各发生器发出的超声波聚焦于粉末腔内一点，位于该点聚合物粉末瞬间呈现熔融态。随着各超声波发生器的实时移动和功率的实时调整，能量聚集点移动路径上的聚合物均呈现熔融态。聚焦点移走后，路径涉及位置的聚合物熔体将逐渐冷却并固化为一体。聚焦点行走路径即为成型路径，被熔融的聚合物通过分子链间作用力结合为一体，聚焦点运动使点连成线，线间搭接成为面或体，以此实现三维制品打印。

Ultrasonic focusing polymer 3D printing device and processing method thereof

The invention discloses an ultrasonic focusing polymer 3D printing device and a method, in which the polymer powder is first filled into the powder cavity and the polymer powder is pressed by a compacting plate. The motion modules installed on the inner surfaces of the metal chassis drive the ultrasonic generators to move in two dimensions according to the preset trajectory. The moving position of each ultrasonic transmitter and the real-time emission power are adjusted together to achieve the ultrasonic generated by each generator focusing on a point in the powder cavity, where the polymer powder instantaneously presents a melting state. With the real-time movement of the ultrasonic generators and the real-time adjustment of the power, the polymer on the moving path of the energy accumulation point presents melting state. After the focus is removed, the polymer melt in the path will gradually cool down and solidify into one. Focus traveling path is the molding path. The molten polymer is combined into a whole by intermolecular forces. Focus movement makes the points connect into a line, and the lines overlap into a plane or a body, so as to achieve three-dimensional product printing.

【技术实现步骤摘要】
一种超声聚焦聚合物3D打印设备及加工方法
本专利技术涉及3D打印成型方法，特别涉及一种基于超声聚焦原理的3D打印成型方法。
技术介绍
激光选区烧结技术是一种增材制造技术，其被广泛应用工业制造、医疗等方面。该技术通常由激光发射器发射高能量激光束通过扫描振镜反射在粉末腔表面照射并实现粉末材料的熔融固化成型。但通过该方法制造的制品由于粉末腔内粉末为自由堆叠状态，粉末间孔隙较大，导致成型制品内部易存在空洞等缺陷且较小的制品密度导致了其强度薄弱。此外该方法由于激光扫描点温度较高，而周围粉末温度相对较低，较大的温差会产生热应力，且周围粉末无法对热应力导致的制品形变进行约束，易出现成型精度不佳的现象。这直接导致激光选区烧结技术成型制品难以在精密工业加工领域中直接应用，大幅限制了该工艺的实际应用场景。
技术实现思路
本专利技术针对现有3D打印机的不足，采用多组或阵列排布超声波发射器发出多束超声波在具有压紧功能并填满聚合物粉末的聚合物粉末腔中内的某点处聚焦，使该点处能量集中产生热量，瞬间将该点处聚合物熔融塑化。随着多组超声波发生器联动配合与各超声波发生器的功率调整的共同作用使超声波聚焦点在粉末腔内进行规律本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：主要包括粉末腔、压紧板、丝杠电机、超声波发生器、二维运动模组、压力传感器、粉末腔固定架和金属机箱，所述的粉末腔结构为无顶面的正六面体，粉末腔内预先填充满聚合物粉末，聚合物粉末从粉末腔顶部添加；粉末腔内壁设置有压力传感器；所述的金属机箱为正六面壳体形状，整体尺寸大于粉末腔，粉末腔由粉末腔固定架固定在金属机箱内部中心位置，使粉末腔各外表面与金属机箱各内表面距离相同；在金属机箱的六个内表面上均安装有二维运动模组，每个二维运动模组上安装一支超声波发生器，每支超声波发生器的传播方向均垂直于各自安装面并指向粉末腔内方向；在填充满聚合物粉末的粉末腔顶部放置有压...

【技术特征摘要】
1.一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：主要包括粉末腔、压紧板、丝杠电机、超声波发生器、二维运动模组、压力传感器、粉末腔固定架和金属机箱，所述的粉末腔结构为无顶面的正六面体，粉末腔内预先填充满聚合物粉末，聚合物粉末从粉末腔顶部添加；粉末腔内壁设置有压力传感器；所述的金属机箱为正六面壳体形状，整体尺寸大于粉末腔，粉末腔由粉末腔固定架固定在金属机箱内部中心位置，使粉末腔各外表面与金属机箱各内表面距离相同；在金属机箱的六个内表面上均安装有二维运动模组，每个二维运动模组上安装一支超声波发生器，每支超声波发生器的传播方向均垂直于各自安装面并指向粉末腔内方向；在填充满聚合物粉末的粉末腔顶部放置有压紧板；压紧板四角竖直排布丝杠电机，丝杠电机均固定在金属机箱的上壳面内部；通过丝杠电机协同旋转的共同作用使压紧板可以实现竖直方向移动，可对粉末腔内部预装填粉末进行压实动作。2.根据权利要求1所述的一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：金属机箱的几何形状与粉末腔相同，但各维度尺寸均大于粉末腔，粉末腔通过粉末腔固定架安装于金属机箱内部，并使粉末腔各外表面与金属机箱各内表面距离相同。3.根据权利要求1所述的一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：超声波发生器通常与粉末腔以及压紧板不直接接触，而在太空中等不具有超声波传递介质的环境中超声波发生器在工作过程中必须与粉末腔及压紧板表面接触，以实现超声波的正常传递行为，使本发明设备在太空环境中可以正常工作。4.根据权利要求1所述的一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：粉末腔可为无顶的球形壳体或无顶面多面壳体。5.根据权利要求1所述的一种超声聚焦聚合物3D打印设备，其特征在于：粉末腔材质为聚合物或织物材质等。6.根据权利要求1所述的一种超声聚焦聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李好义，马昊鹏，焦志伟，魏彬，丁玉梅，杨卫民，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11