用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法制造方法及图纸

本申请公开一种用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法、3D打印线材、及缠绕轮，所述结晶控制装置使得生产中的3D打印线材在两个缠绕轮的线槽中往复缠绕时，经过的每一个线槽时的线速度都比前一个线槽时快，而使得3D打印线材在每一段都有拉伸来保持张力。本申请主要通过控制两个缠绕轮中每一个线槽的槽深，使得两个缠绕轮之间相邻两个位置中间的线材只有轻微拉伸张力，这样既保障了3D打印线材在第一缠绕轮与第二缠绕轮之间的张力，又最大限度的避免了线材拉伸，进而确保了线材直径的尺寸均一性。一性。一性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法


[0001]本申请涉及3D打印的
，尤其涉及一种用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法、3D打印线材、以及缠绕轮。

技术介绍

[0002]近年来，逐渐兴起的3D打印又称为增材制造，是近30年来兴起并快速发展的一类基于逐层材料累加原理的先进制造方法。3D打印多个技术路线中的一个技术路线为材料挤出式3D打印，由于该种3D打印方式具有较低的设备成本、较广的材料选择和较好的成型件性能等优势，近几年来获得了广泛的应用。材料挤出式3D打印工艺基于材料在流动态(如熔融态、溶液等)下，受压力作用下挤出、逐层堆积并固化(如玻璃态转变、结晶、溶剂挥发等)，从而构建3D物体。在材料挤出式3D打印中应用较为广泛的一项工艺称为熔融堆积成型(fused deposition modeling，简称FDM)或熔融线材制造(fused filament fabrication，简称FFF)，其基本原理是：将热塑性高分子的线材利用齿轮传送到一个高温的热端将高分子熔融，热端在计算机运动控制系统的控制下沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料局部熔合；这一过程会不断逐层重复从而构建三维物体。
[0003]材料挤出式3D打印多使用连续的线材作为其原材料形式。线材的平均直径通常大约在1.75mm
‑
2.85mm之间，且需要保证较好的尺寸均一度。目前应用在3D打印线材中最多的材料种类为聚乳酸(PLA)。3D打印用PLA线材一般通过挤出工艺进行制备，即将热塑性高分子通过螺杆挤出机挤出，经过水槽进行冷却定型后收卷。对于PLA这类结晶速度较慢的高分子材料，由于挤出后被迅速冷却，没有足够的时间结晶，制备的线材通常处于无定形(amorphous)状态，或仅有极低的结晶度。低结晶度会导致线材的耐热性差，更容易在打印头冷端过早软化从而导致挤出不顺畅甚至堵打印头的现象发生。目前市场上绝大多数的3D打印PLA线材均属此类。
[0004]专利CN106715100B公开了一种制备高结晶度3D打印PLA线材的方法。该方法通过对线材的后处理(退火)实现了线材的高结晶度。但经生产实践后发现，采用这一方法需要额外的后处理步骤，增加了生产工艺的复杂度并导致成品率偏低。
[0005]专利申请CN109483844A和CN209454120U公布了一种结晶度控制装置和方法，通过滚轮组增大线材在水浴中的停留时间即多段温度控制，实现了高分子挤出产品的“在线结晶”(无需后处理步骤)。但经生产实践后发现该方法在实际使用中操作较为复杂，且无法有效控制挤出产品的尺寸精度。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法、3D打印线材、以及缠绕轮，用于解决现有制备3D打印线材时操作较为复杂，且无法有效控制挤出产品的尺寸精度等技术问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本申请第一方面提供一种用于生产3D打印线材的结晶控制装置，包括：控温槽，包括用于盛装流体的槽体，用于通过控制所述流体的温度控制途径所述槽体内的3D打印线材达到结晶温度；张力控制机构，设置在所述控温槽内，包括设置在所述槽体近端的第一缠绕轮及设置在所述槽体远端的第二缠绕轮，用于供所述3D打印线材在所述第一缠绕轮及第二缠绕轮之间来回缠绕以增加所述3D打印线材在所述槽体内的滞留时间及滞留长度；其中，所述第一缠绕轮或/及第二缠绕轮上设置有多个线槽，所述多个线槽的全部或部分线槽的槽深依序增大，以便通过配置所述3D打印线材在第一缠绕轮及第二缠绕轮的缠绕方向或/及通过配置所述第一缠绕轮及第二缠绕轮的相对转速对途径所述槽体内的3D打印线材进行张力控制。
[0008]本申请第二方面提供一种用于生产3D打印线材的结晶控制方法，所述结晶控制方法包括以下步骤：将结晶性高分子熔融并挤出成型线材；令挤出的3D打印线材途径第一控温槽以降温定型；将定型的3D打印线材缠绕在位于所述第二控温槽中的张力控制机构上以使所述3D打印线材保持预设张力的状态下在所述控温槽内滞留预设时间以获得结晶的高分子材料线材；将所述3D打印线材从所述张力控制机构牵引出，并经冷却处理后收卷存储；其中，所述张力控制机构包括设置在所述控温槽近端的第一缠绕轮及设置在所述控温槽远端的第二缠绕轮，所述第一缠绕轮或/及第二缠绕轮上设置有多个线槽，所述多个线槽的全部或部分线槽的槽深依序增大，以便通过配置所述3D打印线材在第一缠绕轮及第二缠绕轮的缠绕方向或/及通过配置所述第一缠绕轮及第二缠绕轮的相对转速对途径所述控温槽内的3D打印线材进行张力控制。
[0009]本申请第三方面提供一种缠绕轮，用于成对地装设在用于生产3D打印线材的结晶控制装置上，所述缠绕轮包括轮本体以及形成在所述轮本体上用于供线材缠绕的多个线槽，所述多个线槽的全部或部分线槽的槽深依序增大，以便通过配置所述3D打印线材在成对的缠绕轮的缠绕方向或/及通过配置所述成对的缠绕轮的相对转速对途径所述结晶控制装置上的3D打印线材进行张力控制。
[0010]综上所述，本申请提供的用于生产3D打印线材的结晶控制装置与方法以及缠绕轮，使得张力控制机构中的3D打印线材在两个缠绕轮的线槽中往复缠绕时，经过的每一个线槽时的线速度都比前一个线槽时快一点，进而使得3D打印线材在每一段都有拉伸来保持张力。本申请主要通过控制两个缠绕轮中每一个线槽的槽深，使得两个缠绕轮之间相邻两个位置中间的线材只有轻微拉伸张力，这样既保障了3D打印线材在第一缠绕轮与第二缠绕轮之间的张力，又最大限度的避免了线材拉伸，进而确保了线材直径的尺寸均一性。
附图说明
[0011]本申请所涉及的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描所述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及专利技术的特点和优势。对附图简要说明如下：
[0012]图1显示为本申请的结晶控制方法在一实施例中的流程示意图。
[0013]图2显示为本申请的结晶控制装置在一实施例的结构示意图。
[0014]图3显示为本申请的结晶控制装置在另一实施例的结构示意图。
[0015]图4显示为本申请的张力控制机构在一实施例中的结构示意图。
[0016]图5显示为图2中A
‑
A断面示意图。
[0017]图6显示为本申请的缠绕轮在一实施例中的结构示意图。
[0018]图7显示为图6中B
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B剖面示意图。
[0019]图8显示为本申请的缠绕轮在另一实施例中的结构示意图。
[0020]图9显示为本申请中第一缠绕轮与第二缠绕轮之间形成线网的示意图。
[0021]图10显示为本申请的缠绕轮在再一实施例中的结构示意图。
[0022]图11显示为本申请的缠绕轮在再一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，包括：控温槽，包括用于盛装流体的槽体，用于通过控制所述流体的温度控制途径所述槽体内的3D打印线材达到结晶温度；张力控制机构，设置在所述控温槽内，包括设置在所述槽体近端的第一缠绕轮及设置在所述槽体远端的第二缠绕轮，用于供所述3D打印线材在所述第一缠绕轮及第二缠绕轮之间来回缠绕以增加所述3D打印线材在所述槽体内的滞留时间及滞留长度；其中，所述第一缠绕轮或/及第二缠绕轮上设置有多个线槽，所述多个线槽的全部或部分线槽的槽深依序增大，以便通过配置所述3D打印线材在第一缠绕轮及第二缠绕轮的缠绕方向或/及通过配置所述第一缠绕轮及第二缠绕轮的相对转速对途径所述槽体内的3D打印线材进行张力控制。2.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体内用于盛装的流体包括：预设温度的水、预设温度的油，预设温度的熔融低温合金液体，预设温度的高温盐熔液体，预设温度的气流，或者预设温度的蒸汽。3.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体内用于盛装的流体的预设温度为80℃
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100℃之间，或者150℃
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300℃之间；或者所述槽体内用于盛装的流体的预设温度为15℃
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30℃之间。4.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体内用于盛装的流体为包括线材涂敷剂和/或表面刻蚀剂的液体或蒸汽。5.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体内设置有用于辐射所述槽体内部空间的红外辐射、微波辐射、交变磁场中的一种或多种装置。6.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体的一侧或两侧设置有供所述流体输入至所述槽体内部空间的管路。7.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体内设置有用于感测所述流体温度的温度传感器。8.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体的底部设置有自近端向远端方向延伸的多个沟槽，用于间隔形成于所述第一缠绕轮及第二缠绕轮之间形成的底部线网中相邻的3D打印线材。9.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体的槽口设置有可以开合的盖体。10.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体的近端设置有用于将所述3D打印线材引入或引出所述第一缠绕轮的第一近端导向轮；以及所述槽体的远端设置有用于将所述3D打印线材引入或引出所述第二缠绕轮的第二近端导向轮。11.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述槽体的近端设置有用于调节所述第一缠绕轮安装高度的第一调节机构；以及所述槽体的远端设置有用于调节所述第二缠绕轮安装高度的第二调节机构。12.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮及所述第二缠绕轮浸没于所述槽体内盛装的流体中。
13.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，还包括用于驱动所述第一缠绕轮旋转的第一驱动电机，以及用于驱动所述第二缠绕轮旋转的第二驱动电机。14.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮的最深线槽与所述第二缠绕的最深线槽位于所述槽体内的同一侧。15.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮或第二缠绕轮上多个线槽的槽深依据预设比例或者预设值依序增大。16.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮或第二缠绕轮上多个线槽中部分线槽的槽深依据预设比例或者预设值依序增大。17.根据权利要求15或16所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮或第二缠绕轮具有n+1个线槽，其中，每相邻两个槽的直径相差长度e，最深线槽的直径为r1，最浅线槽的直径为r2，则r2‑
r1＝n
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e，r1与r2的比值范围为80％
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99％。18.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述3D打印线材先缠绕所述第二缠绕轮的最深线槽，之后再缠绕所述第一缠绕轮的最深线槽后，并依据所述线槽从深到浅的次序在所述第二缠绕轮与第一缠绕轮之间往复缠绕，并经所述第一缠绕轮的最浅线槽引出。19.根据权利要求18所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述第一缠绕轮的转速大于或等于所述第二缠绕轮的转速。20.根据权利要求1所述的用于生产3D打印线材的结晶控制装置，其特征在于，所述3D打印线材先缠绕所述第二缠绕轮的最浅线槽，之...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗振兴，戈弋，罗小帆，
申请(专利权)人：苏州聚复科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：