一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，包括如下步骤：S1:根据需要打印的三维模型，获得三维模型的各切片数据；S2:将用于打印3D的液态聚合物放置于3D打印机中；S3:按照S1中所述的各切片的数据，将S2中所述的液态聚合物通过电子束进行分层固化，形成所需的三维模型。一种基于电子束固化的3D打印设备，该设备基于电子束固化的高分子材料3D打印方法进行打印，该设备包括3D打印机、与3D打印机电连接的数据处理器、与3D打印机相连通的抽真空装置。采用电子束固化液态聚合物材料进行3D打印，无需加入例如光引发剂，不会降低原材料的性能，打印出的材料能用于环保、健康要求较高的场所，降低了3D打印所需要的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法及设备
本申请属于3D打印
，具体涉及一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法及设备。
技术介绍
3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印设备通过执行该种打印技术制造3D物体。3D打印设备由于成型精度高在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。目前，高分子材料的3D打印的原理主要有以下三种方式：(1)光固化原理，光固化原理是通过光化学反应固化，光固化设备主要包括基于振镜的激光扫描打印机、面曝光打印机；(2)热固化原理：热固化原理是通过熔融凝固实现固化，热固化的实施方式主要有激光烧结和熔融挤出，激光烧结是用红外激光对粉末床进行烧结，熔融挤出是将丝材或者粒材融化后通过喷嘴挤出；(3)粘接固化原理：粘接固化原理是通过胶粘剂将粉末材料粘接到一起，一般是通过胶粘剂在粉末床上的选择性喷出，然后进行固化。但这些设备都有较多的缺点，固化幅面大则固化速度慢，固化速度快则固化物件的性能差且需要附加很多其它物质，导致打印出的3D模型有毒、气味差。比如光固化中需要添加光引发剂，光引发剂通常都是有毒的所生产的材料不能用于环保、健康要求较高的场合。光固化中引入的光固化剂，还会使得材料的耐候性差，自然条件下很快发生黄变、脆化，降低材料的性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的第一个方面提供了一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，至少包括如下步骤：S1:根据需要打印的三维模型，获得三维模型的各切片数据；S2:将用于3D打印的液态聚合物放置于3D打印机中；S3:按照S1中所述的各切片的数据，将S2中所述的液态聚合物在电子束产生辐射的作用下发生固化化学反应，通过电子束的选取扫描进行分层固化，形成所需的三维模型。优选的，所述液态聚合物具有吸收电子能量再分子链分解最后交联固化的化学性质，物性符合辐射化学电子束固化的一般规律。优选的，所述S3步骤中电子束的能量在0-10MeV。优选的，所述电子束的能量在0keV-300keV。优选的，所述S3步骤中分层固化时，每层固化的厚度在0.01-2mm。优选的，所述每层固化的厚度在0.01-0.4mm。优选的，所述电子束直径的范围在0.05-1mm。优选的，所述一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，还包括将各切片数据转化为曝光坐标(x,y)，以及每个曝光点的电子束参数数据发送到3D打印设备的数据处理器中，所述数据处理器将曝光坐标以及每个曝光点的电子束参数数据转化成电压信号控制电子束，实现对液态聚合物的扫描打印，所述电子束参数数据，包括电子束的直径、电子束的功率、电子能量、偏转角度。本专利技术的第二个方面提供了一种基于电子束固化的3D打印设备，包括3D打印机、与3D打印机电连接的数据处理器、与3D打印机相连通的抽真空装置,所述3D打印机包括3D打印装置、与3D打印装置相连接的补液装置、与3D打印装置相连接的载物装置，根据上述的基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，完成打印任务。优选的，所述3D打印装置包括金属窗，所述金属窗将3D打印装置从上到下分割成电子束室和打印室，所述电子束室从上到下依次安装有电子束发生装置、聚焦系统、电子束加速装置和偏转系统，所述打印室与所述补液装置相连通，所述打印室与所述载物装置相连接。优选的，所述3D打印装置包括金属窗，所述金属窗将3D打印装置从上到下分割成电子束室和打印室，所述电子束室从上到下依次安装有电子束发生装置、电子溢出装置、聚焦系统、电子束加速装置，所述打印室内安装有偏转系统，所述打印室与所述补液装置相连通，所述打印室与所述载物装置相连接。优选的，所述3D打印装置包括金属窗，所述金属窗将3D打印装置从上到下分割成电子束室和打印室，所述电子束室从上到下依次安装有电子束发生装置、电子溢出装置、电子束加速装置，所述打印室内安装有聚焦系统、偏转系统，所述打印室与所述补液装置相连通，所述打印室与所述载物装置相连接。优选的，所述3D打印装置包括金属窗，所述金属窗将3D打印装置从上到下分割成电子束室和打印室，所述电子束室从上到下依次安装有电子束发生装置、电子溢出装置、电子束加速装置，聚焦系统和偏转系统，所述打印室与所述补液装置相连通，所述打印室与所述载物装置相连接。优选的，所述电子束发生装置包括灯丝。优选的，所述聚焦系统包括有磁透镜或者电透镜中的一种。优选的，所述电子加速系统包括有电子直线加速器。优选的，所述偏转系统包括Y轴偏转系统和X轴偏转系统。优选的，所述载物装置包括打印托盘和与打印托盘相连接的驱动装置，所述打印托盘位于打印室内部。优选的，所述驱动装置包括与打印托盘相连接的滚珠丝杠和与滚珠丝杠相连接的步进电机。优选的，所述抽真空装置包括均与3D打印装置相连通的真空泵和抽气缸装置。优选的，所述真空泵与3D打印装置之间连接有阀门。优选的，所述抽气缸装置包括缸体、位于缸体内的活塞和驱动活塞运动的电机。优选的，所述金属窗的厚度为0.001-0.05mm。优选的，所述金属窗的材料为钛。优选的，所述电子束室内的压力小于7×10-2Pa。优选的，所述打印室内的压力为0.1Pa-70Pa。优选的，所述打印室的一侧连接有液面刮平装置。有益效果：本专利技术采用电子束固化液态聚合物进行3D打印，在打印的过程中无需加入例如光引发剂等附加物质，不会降低原材料的性能，打印出的材料能用于环保、健康要求较高的场所，降低了3D打印所需要的成本。电子束固化液态聚合物进行3D打印，对原材料的透光性没有限制，扩大了原材料的应用范围，由于电子束的穿透能力强，能更加轻松的实现对复合材料的打印，提高了3D打印的效率。通过数据处理器对3D打印机的控制可以实现3D打印机的格栅式扫描和程控式扫描。附图说明图1是锯齿波电流示意图。图2是电子束格栅式扫描示意图。图3是电子束程控式扫描示意图。图4是电子束扫描过程中的曝光示意图。图5是3D打印机的整体结构示意图。图6是3D打印机与抽真空装置相连接的整体结构示意图。图7是随变化的示意图。图8是实施例3中的3D打印装置示意图。图9是实施例4中的3D打印装置示意图。图10是实施例5中的3D打印装置示意图。图11是实施例6中的3D打印装置示意图。1-灯丝，2-电透镜，3-加速电极，4-X轴偏转磁场，5-Y轴偏转磁场，6-电子束室，7-液态聚合物，8-打印托盘，9-滚珠丝杠，10-步进电机，11-工件，12-电子束，13-固化平面，14-3D打印装置，15-打印室，16-补液装置，17-金属窗，18-真空泵，19-阀门，20-活塞，21-缸体，22-电机，23-电子溢出装置，24-X偏转电极，25-Y偏转电极，26-液面刮平装置。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，其特征在于，至少包括如下步骤：/nS1:根据需要打印的三维模型，获得三维模型的各切片数据；/nS2:将用于3D打印的液态聚合物放置于3D打印机中；/nS3:按照S1中所述的各切片的数据，将S2中所述的液态聚合物在电子束产生辐射的作用下发生固化化学反应，通过电子束的选取扫描进行分层固化，形成所需的三维模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
S1:根据需要打印的三维模型，获得三维模型的各切片数据；
S2:将用于3D打印的液态聚合物放置于3D打印机中；
S3:按照S1中所述的各切片的数据，将S2中所述的液态聚合物在电子束产生辐射的作用下发生固化化学反应，通过电子束的选取扫描进行分层固化，形成所需的三维模型。


2.根据权利要求1所述的一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，其特征在于，所述S3步骤中分层固化时，每层固化的厚度在0.01-2mm。


3.根据权利要求1所述的一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，其特征在于，所述电子束直径的范围在0.05-1mm。


4.根据权利要求1所述的一种基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，其特征在于，还包括将各切片数据转化为曝光坐标(x,y)，以及每个曝光点的电子束参数数据发送到3D打印设备的数据处理器中，所述数据处理器将曝光坐标以及每个曝光点的电子束参数数据转化成电压信号控制电子束，实现对液态聚合物的扫描打印，所述电子束参数数据，包括电子束的直径、电子束的功率、电子能量、偏转角度。


5.一种基于电子束固化的3D打印设备，其特征在于，包括3D打印机、与3D打印机电连接的数据处理器、与3D打印机相连通的抽真空装置,所述3D打印机包括3D打印装置、与3D打印装置相连接的补液装置、与3D打印装置相连接的载物装置，根据权利要求1-4中任一项所述的基于电子束固化的高分子材料3D打印方法，完成打印任务。


6.根据权利要求5所述的一种基于电子束固化的3D打印设备，其特征在于，所述3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成宝，
申请(专利权)人：朱成宝，
类型：发明
国别省市：广东;44