一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置，属于3D打印快速成型技术领域，该方法先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。该装置包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；在熔融塑化组件的螺杆中设计分流拉伸汇流元件对物料进行分流汇流和拉伸流，以保证在较小螺杆长径比的条件下对物料进行有效塑化熔融和均化熔融物料。本发明专利技术可以不借助任何异种材料嵌件或化学助剂，用同种材料成型并提高3D打印制品的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置
本专利技术属于3D打印快速成型
，尤其涉及一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置。
技术介绍
目前，3D打印主要分为熔融沉积成型、液态光敏树脂光固化、选择性激光烧结、选择性激光熔化等技术。虽然不同类型的3D打印技术所用成型材料、成型原理和系统特点不同，但其基本原理是一样的，均为“分层制造、逐层堆积”，因其层与层之间的结合力薄弱，容易导致堆积方向上的强度不足。现有3D打印内部结构为相互平行的层面叠加，原有的填充结构在三维方向上至少存在一维仅依靠熔融材料间薄弱的粘接力固化相连，制品存在拉伸强度及剪切强度差的短板。为了增加3D打印产品的强度，现有技术中主要存在如下两种方法：一、将3D打印件与金属等预制件相嵌的方法，形成具有金属内嵌件的组合结构3D打印工件以提高制品整体强度。但是，此方法需要内嵌金属件，导致制品重量增加，灵活性下降。二、通过添加辅助溶剂提高层间结合力的方法，即在打印喷头挤出丝料的同时，依靠辅助溶剂溶解已打印的堆积丝料表面，使相邻层间熔接固化。但是，此方法需要额外的助剂。因此，在3D打印快速成型
中，对于增加3D打印产品强度的方法和装置仍存在研究和改进的需求，这也是目前3D打印快速成型
中的一个研究热点和重点，更是本专利技术得以完成的出发点。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的第一个技术问题是：提供一种具有增强骨架的异步3D打印方法，在不借助外加嵌件或助剂的前提下，能够显著提高3D打印制品强度；在同等材料的用量下，可增强制品在堆叠方向上的拉伸强度与剪切强度，且对制品其他维度的拉伸强度与剪切强度也有改善，以解决现有熔融沉积成型制品堆叠方向上强度不足的技术问题。作为同一种技术构思，本专利技术所要解决的第二个技术问题是：提供一种具有增强骨架的异步3D打印装置。为解决上述第一个技术问题，本专利技术的技术方案是：一种具有增强骨架的异步3D打印方法，先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。为解决上述第二个技术问题，本专利技术的技术方案是：一种实现上述打印方法的具有增强骨架的异步3D打印装置，包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；所述打印注射组件与所述熔融塑化组件通过所述过渡连接组件相连，并将三部分的内部相通，形成熔融物料的流动通道；所述过渡连接组件外有过渡加热器；所述打印注射组件、所述熔融塑化组件和所述三维移动平台的各动作工序均受所述控制系统监测和控制。作为一种改进，所述打印注射组件包括打印头、打印箱体、储料仓、打印加热圈和由直线驱动装置驱动的注射活塞；所述注射活塞滑动安装于所述打印箱体内，所述打印箱体与所述注射活塞之间形成所述储料仓，所述储料仓设于所述熔融物料的流动通道上；所述注射活塞在所述直线驱动装置的带动下完成注射动作及调节所述储料仓的容积；所述打印加热圈对所述打印箱体进行温度控制，以保证所述打印箱体内部熔融物料的温度处于合理范围；所述打印头可拆卸地安装于所述打印箱体上，且所述打印头上设置有打印口启闭装置。作为进一步的改进，所述直线驱动装置为伸缩缸，所述伸缩缸的缸体固定安装于所述打印箱体，所述伸缩缸的缸杆固定连接所述注射活塞。作为一种改进，所述熔融塑化组件包括机筒、塑化加热器、料斗和由动力装置驱动的螺杆；所述螺杆包括普通螺纹元件和分流拉伸汇流元件，所述分流拉伸汇流元件对物料进行分流汇流和拉伸流。作为进一步的改进，所述分流拉伸汇流元件包括分流棱、拉伸上斜面、拉伸下斜面和扰流钉，所述分流棱沿所述螺杆的圆周方向均匀分布有若干个，所述分流拉伸汇流元件处所述螺杆的最大径向尺寸等于所述普通螺纹元件处所述螺杆的大径；相邻所述分流棱之间为所述拉伸上斜面和所述拉伸下斜面，共同构成分流槽，所述拉伸上斜面沿轴向升高，所述拉伸下斜面沿轴向降低，所述拉伸上斜面轴向长度占据所述分流槽轴向长度的二分之一以上，所述拉伸上斜面与所述拉伸下斜面的最高处相接，且最高处略低于所述分流棱的高度；在所述拉伸上斜面和所述拉伸下斜面上分布有若干个所述扰流钉，所述扰流钉的最大高度不高于所述分流棱的高度。作为进一步的改进，所述分流拉伸汇流元件有多个且串联排布在所述螺杆上，在相邻所述分流拉伸汇流元件的排布中，前一所述分流拉伸汇流元件的所述分流棱与后一所述分流拉伸汇流元件的所述分流槽的中心线重合。作为进一步的改进，所述分流棱与所述螺杆的轴线平行设置；或者所述分流棱与所述螺杆轴线倾斜成一定角度，以适应所述普通螺纹元件螺棱的螺旋方向。作为进一步的改进，所述分流拉伸汇流元件的端面与所述螺杆轴线垂直设置；或者所述分流拉伸汇流元件的端面与所述螺杆轴线倾斜成一定角度，以适应所述普通螺纹元件螺棱的螺旋方向。作为一种改进，所述三维移动平台用于承载打印制品，可在所述控制系统的控制下根据打印制品的截面轮廓实现三个自由度的运动；所述打印制品包括堆积部分和内部增强骨架部分，所述内部增强骨架部分根据所述打印制品形状进行随形设计。采用了上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的具有增强骨架的异步3D打印方法及装置，采用先通过熔融沉积成型带内部随形空腔的打印半成品，然后注射成型增强骨架的两步法制得3D打印制品，在同等材料的用量下，增强了制品在堆叠方向上的拉伸强度与剪切强度，且对制品其他维度的拉伸强度与剪切强度也有改善，相比传统提高3D打印强度的方法，不借助外加嵌件或助剂，有效增强了3D打印最终制品的强度，扩大了3D打印制品的工业应用范围，解决了传统熔融沉积成型制品堆叠方向上强度不足的缺点。由于具有增强骨架的异步3D的打印装置包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；这样在控制系统的监测和控制下，通过熔融塑化组件将物料熔融塑化，熔融物料经过渡连接组件进入打印注射组件，在打印注射组件和三维移动平台的共同作用下制得3D打印制品。由于螺杆上设计了分流拉伸汇流元件，实现了在较小螺杆长径比条件下对物料进行有效塑化熔融和均化熔融，有效的缩小了3D打印设备整体体积。由于所述分流拉伸汇流元件设计了分流棱、拉伸上斜面、拉伸下斜面和扰流钉，这样通过若干分流棱对物料进行分流汇流，通过拉伸上斜面和拉伸下斜面对物料进行拉伸，通过扰流钉分割熔融物料，增加界面，改变熔融物料的方向，使熔融物料流束重新排列，经过多次分流、汇合，改变熔融物料流动的方向，使熔体高效均匀塑化。由于所述分流拉伸汇流元件有多个且串联排布在所述螺杆上，使得螺杆的塑化能力更佳。由于所述分流棱与所述螺杆轴线倾斜成一定角度，以适应所述普通螺纹元件螺棱的螺旋方向，使得熔融物料从普通螺纹元件向分流拉伸汇流元件流动时更加顺畅。由于所述分流拉伸汇流元件的端面与所述螺杆轴线倾斜成一定角度，以适应所述普通螺纹元件螺棱的螺旋方向，使得熔融物料从普通螺纹元件向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有增强骨架的异步3D打印方法，其特征在于，先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有增强骨架的异步3D打印方法，其特征在于，先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。


2.一种实现如权利要求1所述打印方法的具有增强骨架的异步3D打印装置，其特征在于，包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；所述打印注射组件与所述熔融塑化组件通过所述过渡连接组件相连，并将三部分的内部相通，形成熔融物料的流动通道；所述过渡连接组件外有过渡加热器；所述打印注射组件、所述熔融塑化组件和所述三维移动平台的各动作工序均受所述控制系统监测和控制。


3.根据权利要求2所述的具有增强骨架的异步3D打印装置，其特征在于，所述打印注射组件包括打印头、打印箱体、储料仓、打印加热圈和由直线驱动装置驱动的注射活塞；所述注射活塞滑动安装于所述打印箱体内，所述打印箱体与所述注射活塞之间形成所述储料仓，所述储料仓设于所述熔融物料的流动通道上；所述注射活塞在所述直线驱动装置的带动下完成注射动作及调节所述储料仓的容积；所述打印加热圈对所述打印箱体进行温度控制，以保证所述打印箱体内部熔融物料的温度处于合理范围；所述打印头可拆卸地安装于所述打印箱体上，且所述打印头上设置有打印口启闭装置。


4.根据权利要求3所述的具有增强骨架的异步3D打印装置，其特征在于，所述直线驱动装置为伸缩缸，所述伸缩缸的缸体固定安装于所述打印箱体，所述伸缩缸的缸杆固定连接所述注射活塞。


5.根据权利要求2所述的具有增强骨架的异步3D打印装置，其特征在于，所述熔融塑化组件包括机筒、塑化加热器、料斗和由动力装置驱动的螺杆；所述螺杆包括普通螺纹元件和分流拉伸汇流元件，所述分流拉伸汇流元件对物料进行分流汇流和拉伸流。

【专利技术属性】
技术研发人员：鉴冉冉，林广义，史忠鹤，刘彦昌，胡亚菲，刘扶民，梁振宁，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37