一种取向3D打印装置、取向3D打印的方法、与3D物件的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造的领域，具体而言为一种取向3D打印装置，包含：打印平台；升降装置，与打印平台相连接，以控制打印平台进行升降；供料装置，包含：储存容器，其内部用以供打印材料容置，其中打印材料中包含：硅油、与带电聚合物颗粒；以及补液器，其一端与储存容器的内部相连通、以及另一端与打印平台相对应地设置，以可选择地将打印材料输送至打印平台上；取向控制装置，与打印平台相对应地设置，以控制带电聚合物颗粒于硅油中的取向分布；以及激光装置，与打印平台相对应地设置，用以发射激光照射打印材料，使打印材料熔融并定型。使打印材料熔融并定型。使打印材料熔融并定型。

【技术实现步骤摘要】
一种取向3D打印装置、取向3D打印的方法、与3D物件的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增材制造技术，尤指一种可控制3D打印物件的取向的3D打印装置、3D打印方法、以及3D物件的制备方法。

技术介绍

[0002]增材制造是一种将材料逐层堆积固化，以制造出实体产品的制造技术，其中相较于传统切削加工技术而言，其免除了复杂的刀具、夹具以及加工流程，且，于许多复杂结构的处理上，使用增材制造技术更具有优势，能够以更少的耗材、更短的加工周期完成更精密的物件的制作，此外，随着各种高分子材料、生物材料、或金属粉末技术的突破，3D打印技术于航天、与医学等领域的应用性逐年提升，具有广泛的应用前景与产业价值。
[0003]于现有的3D打印技术中，是将干粉聚合物材料平铺在打印平面上，再以激光照射干粉聚合物，使其进行熔融固化后，再逐层完成3D物件的打印。其中：由于干粉聚合物材料无法调整密度，且，当使用的聚合物材料为非结晶性聚合物时，以激光照射非结晶聚合物材料后，熔融状态下的非结晶聚合物的黏性高、流动性差，因此会造成打印物件的局部结构松散、以及局部结构密度过高等情形，并导致3D物件的力学性能不稳定、以及整体结构不致密。具体而言，由于传统3D打印的加工窗口温度范围窄、不可控因素多、以及无法调节密度，因此导致打印所获得的3D物件的结构性能、以及致密性不稳定，因此，有鉴于以上先前技术的缺失，提供一种可有效调控聚合物的密度、增加聚合物的流动性、以及可以对打印物件的力学性能、与取向进行调整的3D打印装置、以及3D打印方法，实为时势所需。r/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：提供一种可调整打印材料的取向，并进行3D打印的取向3D打印装置。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术提供一种取向3D打印装置，包含：一打印平台；一升降装置，与所述打印平台相连接，以控制所述打印平台进行升降；一供料装置，包含：一储存容器，其内部用以供一打印材料容置，其中所述打印材料中包含：一硅油、与一带电聚合物颗粒；以及一补液器，其一端与所述储存容器的内部相连通、以及另一端与所述打印平台相对应地设置，以可选择地将所述打印材料输送至所述打印平台上；一取向控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以控制所述带电聚合物颗粒于所述硅油中的取向分布；以及一激光装置，与所述打印平台相对应地设置，用以发射一激光照射所述打印材料，使所述打印材料熔融并定型。
[0006]更佳者，其中更包含一旋转装置，与所述打印平台相连接，以可选择地控制所述打印平台进行旋转。
[0007]更佳者，其中所述取向控制装置包含：一电场控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以可选择地对所述打印材料施加一电场，并藉由所述电场控制所述带电聚合物颗粒
于所述硅油中水平移动；以及一磁场控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以可选择地对所述打印材料施加一磁场，并藉由所述磁场控制所述带电聚合物颗粒于所述硅油中垂直移动。
[0008]更佳者，其中更包含一加热装置，与所述打印平台相对应地设置，用以维持所述打印材料的温度。
[0009]更佳者，其中所述激光装置包含：一激光发射器，用以发射所述激光；一光学透镜，与所述激光发射器相对应地设置，用以汇聚所述激光；以及一振镜，与所述光学透镜相对应地设置，用以将所述汇聚后的激光引导至与所述打印平台上的所述打印材料接触。
[0010]更佳者，其中所述激光为二氧化碳激光。
[0011]本专利技术另提供一种取向3D打印的方法，其特征在于，包含：一第一涂布步骤，将一第一打印材料涂布于一打印平台上，其中：所述第一打印材料中包含：一第一硅油、与一第一带电聚合物颗粒，分散于所述第一硅油中；一第一向位控制步骤，对所述第一打印材料施加一第一电场、与一第一磁场，以使所述第一带电聚合物颗粒移动至所述第一硅油中的相对位置；以及一第一激光照射步骤，以一第一激光照射所述第一打印材料，以使所述第一打印材料熔融固化，并形成一第一打印层。
[0012]更佳者，其中更包含：一第二涂布步骤，将一第二打印材料涂布于所述第一打印层相对于所述打印平台的一侧，其中：所述第二打印材料中包含：一第二硅油、与一第二带电聚合物颗粒，分散于所述第二硅油中；一第二向位控制步骤，对所述第二打印材料施加一第二电场、与一第二磁场，以使所述第二带电聚合物颗粒移动至所述第二硅油中的相对位置；以及一第二激光照射步骤，以一第二激光照射所述第二打印材料，以使所述第二打印材料熔融固化，并形成一第二打印层。
[0013]更佳者，本专利技术另提供一种3D物件的制备方法，其特征在于，包含：一所述取向3D打印的方法；以及一萃取步骤，将所述第二打印层放置于一萃取槽中进行萃取，以取得一3D物件萃取物。
[0014]更佳者，其中更包含：一干燥步骤，将所述3D物件萃取物进行干燥。
[0015]本专利技术的有益功效在于：习用的3D打印技术是使用聚合物干粉颗粒进行打印，因此其无法调整聚合物材料于空间中的密度、以及聚合物材料的取向分布，而本专利技术是藉由将带电聚合物颗粒与硅油相互混合，以取得特定密度的打印材料，且，由于硅油具有黏性、且不导电等特性，本专利技术可藉由对打印材料施加电场与磁场，以实现对打印材料中的带电聚合物颗粒的取向控制，并于进行激光照射后，取得具有特定密度、以及取向的3D打印物件。此外，习用3D打印机是使用同一成分的打印材料连续完成3D物件的打印，而本专利技术则可根据需要，对每一层的打印材料的成分配比、与密度进行调整，因此可以于3D物件结构较脆弱的地方进行补强、并调整3D物件打印所需的时间。另外，由于硅油的存在，不论聚合物颗粒为结晶性、或非结晶性，打印材料都拥有更宽的加工条件，具体而言，当以激光照射打印材料，并使打印材料变为熔融状态时，其中打印材料中的非结晶聚合物的表现黏度下降，具有更好的流动性，因此所制成的3D物件的均匀性、与致密性更好，不会产生局部结构松散、与局部密度过高等状况。另外，习用3D打印装置打印结晶性聚合物时，需于特定窗口温度下进行打印，而本专利技术使用的硅油可以扩大其打印的窗口温度，使条件参数的局限性降低。另外，本专利技术藉由对打印材料施加电场、与磁场，可调整带电聚合物颗粒所形成的分子链的取
向方向、以及角度，因此可以依照3D物件各层中的聚合物分子链的取向，来调整3D物件的材料性能、以及结构强度。此外，于习用3D打印装置中，无法于打印过程中研究聚合物材料的微观型态，然而，本专利技术藉由收集电场、以及磁场的变化对于带电聚合物颗粒的取向的影响，可以分析出带电聚合物颗粒所形成的分子链于打印过程中具体的熔融方式，此外，在带电聚合物颗粒表面电荷移动的过程中会引起磁场变化，因此，可以藉由带电聚合物颗粒的磁信号的改变，以分析出带电聚合物颗粒的取向信息，进而完成聚合物材料微观结构的分析。
附图说明
[0016]图1A至1B为一系列的立体结构图，用以说明本专利技术的取向3D打印装置的结构特征；
[0017]图2A至2B为一系列的立体图，用以说明打印材料于电场、以及磁场共同作用下，带电聚合物颗粒的取向分布变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取向3D打印装置，包含：一打印平台；一升降装置，与所述打印平台相连接，以控制所述打印平台进行升降；一供料装置，包含：一储存容器，其内部用以供一打印材料容置，其中所述打印材料中包含：一硅油、与一带电聚合物颗粒；以及一补液器，其一端与所述储存容器的内部相连通、以及另一端与所述打印平台相对应地设置，以可选择地将所述打印材料输送至所述打印平台上；一取向控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以控制所述带电聚合物颗粒于所述硅油中的取向分布；以及一激光装置，与所述打印平台相对应地设置，用以发射一激光照射所述打印材料，使所述打印材料熔融并定型。2.依据权利要求1的取向3D打印装置，其特征在于，其中更包含一旋转装置，与所述打印平台相连接，以可选择地控制所述打印平台进行旋转。3.依据权利要求1的取向3D打印装置，其特征在于，其中所述取向控制装置包含：一电场控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以可选择地对所述打印材料施加一电场，并藉由所述电场控制所述带电聚合物颗粒于所述硅油中水平移动；以及一磁场控制装置，与所述打印平台相对应地设置，以可选择地对所述打印材料施加一磁场，并藉由所述磁场控制所述带电聚合物颗粒于所述硅油中垂直移动。4.依据权利要求1的取向3D打印装置，其特征在于，其中更包含一加热装置，与所述打印平台相对应地设置，用以维持所述打印材料的温度。5.依据权利要求1的取向3D打印装置，其特征在于，其中所述激光装置包含：一激光发射器，用以发射所述激光；一光学透镜，与所述激光发射器相对应地设置，用以汇聚所述激光；以及一振镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄志，杨强，熊磊，虞少波，陈宇，姚志刚，费海洁，程跃，
申请(专利权)人：江西省通瑞新能源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：