一种聚合物微波烧结3D打印成形工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种聚合物微波烧结3D打印成形工艺及装置，聚合物微波烧结3D打印成形装置包括：壳体组件；成形平台，成形平台活动设置在壳体组件上；粉末供送系统，粉末供送系统用于将聚合物粉末填充至成形平台并形成聚合物粉末层；温度控制系统，温度控制系统用于预热聚合物粉末；微波吸能剂喷射系统，微波吸能剂喷射系统用于向聚合物粉末喷射微波吸能剂；微波发生系统，微波发生系统用于对聚合物粉末进行微波烧结；电源和控制系统。本申请公开的装置可形成单层聚合物粉末层，微波吸能剂喷射系统在聚合物粉末表面指定区域喷射微波吸收介质，微波发生系统通过微波能量对聚合物进行选择性混合加热的方式实现粉末烧结，并通过层层烧结实现零件整体成形。结实现零件整体成形。结实现零件整体成形。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物微波烧结3D打印成形工艺及装置


[0001]本专利技术涉及增材制造成形
，特别是涉及一种聚合物微波烧结3D打印成形工艺及装置。

技术介绍

[0002]增材制造，又被称为3D打印。该技术是通过在计算机中将三维模型分割成数个二维平面，之后通过逐层成形的方式将这些二维平面堆叠为三维物体。这种制造方式不需要额外的模具，可以较短的时间内实现具有复杂而精细结构的物体的小批量快速制造。
[0003]粉末床熔融是主流的聚合物增材制造技术之一，该技术利用粉末材料为原料，通过在粉床上铺设一层聚合物粉末，然后利用能量束（如激光束，即激光选区烧结技术）沿着预先设置好的路径上对粉末进行选择性烧结成形；然后重复逐层铺设粉末和选择性烧结的过程，最终制造出目标零件。然而这种激光选区烧结成形方式依然存在以下不足：（1）高能激光束等热源以逐点或逐域的方式对粉末材料进行加热，将会产生较高的温度梯度和热应力，导致零件翘曲变形、成形困难；（2）高速扫描过程中材料的加热时间短，因此对材料的热性能、流变性能等要求较高，目前可使用的聚合物材料种类较少；（3）逐点扫描成形效率较低，且工艺参数较为复杂；（4）所需要的高质量激光器价格昂贵，导致机器成本高。以上问题限制了聚合物增材制造技术的广泛应用。
[0004]微波烧结是一种材料烧结工艺的新方法，它利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化。该方法具有加热速度快、能源利用率高、温度梯度小等特点；此外，微波还具有择性加热的特点，即不同材料、不同物相对微波的吸收存在差异，可分为微波吸收材料、微波反射材料、微波穿透材料，这为实现选择性微波烧结3D打印提供了可能。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提出一种聚合物微波烧结3D打印成形工艺及装置，基于微波选择性加热的原理，利用聚合物介电损耗小、微波透明的特点，在聚合物粉末表面喷射具有高介电损耗的微波吸收介质，通过微波能量对聚合物进行选择性混合加热的方式实现粉末的烧结，并通过层层烧结实现零件的成形。该技术成形效率高、成本低，可以制造出更加精度更高，结构更加复杂，力学性能更好的零件，其成形材料的选择范围也更加广泛。
[0006]一种聚合物微波烧结3D打印成形装置，包括：壳体组件，所述壳体组件开设有微波腔；成形平台，所述成形平台活动设置在所述壳体组件上，所述成形平台位于所述微波腔内；粉末供送系统，所述粉末供送系统设置在所述壳体组件上，所述粉末供送系统的至少部分位于所述微波腔内，所述粉末供送系统用于将聚合物粉末填充至所述成形平台并形成聚合物粉末层；温度控制系统，所述温度控制系统设置在所述壳体组件上，所述温度控制系统位于所述微波腔内，所述温度控制系统用于预热聚合物粉末；微波吸能剂喷射系统，所述微波吸能剂喷射系统设置在所述壳体组件上，所述微波吸能剂喷射系统位于所述微波腔内，
所述微波吸能剂喷射系统与所述成形平台相对设置，所述微波吸能剂喷射系统用于向指定区域的聚合物粉末喷射微波吸能剂；微波发生系统，所述微波发生系统设置在所述壳体组件上，所述微波发生系统位于所述微波腔内，所述微波发生系统与所述成形平台相对设置，所述微波发生系统用于对吸收微波吸能剂的聚合物粉末进行微波烧结；电源和控制系统，所述电源和控制系统设置在所述壳体组件上，所述电源和控制系统分别与所述成形平台、所述粉末供送系统、所述温度控制系统、所述微波吸能剂喷射系统和所述微波发生系统电连接。
[0007]在其中一个实施例中，所述成形平台为成形活塞缸，所述成形活塞缸包括第一活塞、第一导杆组件和成形缸筒，所述成形缸筒设有第一空腔，所述第一导杆组件活动设置在所述成形缸筒上，所述第一导杆组件位于所述第一空腔内，所述第一导杆组件与所述电源和控制系统电连接，所述第一活塞设置在所述第一导杆组件上，所述第一导杆组件可驱动所述第一活塞沿所述成形缸筒的高度方向进行往复运动，所述第一活塞的侧壁与所述成形缸筒的内壁相抵，所述第一活塞与所述成形缸筒的端部围合形成成形腔，所述成形腔与所述微波腔连通。
[0008]在其中一个实施例中，所述第一导杆组件包括第一螺杆和步进电机，所述步进电机与所述电源和控制系统电连接，所述第一螺杆分别与所述第一活塞和所述步进电机传动连接。
[0009]在其中一个实施例中，所述粉末供送系统包括供粉装置和铺粉装置，所述供粉装置设置在所述壳体组件上，所述供粉装置用于向所述成形平台输送聚合物粉末，所述铺粉装置活动设置在所述壳体组件上，所述铺粉装置可相对所述成形平台进行往复运动，所述铺粉装置用于平整所述成形平台上的聚合物粉末。在其中一个实施例中，所述供粉装置包括供粉活塞缸，供粉活塞缸包括供粉缸筒、第二活塞和第二导杆组件，所述供粉缸筒设置在所述壳体组件上，所述供粉缸筒位于所述微波腔内，所述供粉缸筒与所述成形平台相邻设置，所述供粉缸筒设有第二空腔，所述第二导杆组件设置在所述供粉缸筒上，所述第二导杆组件位于所述第二空腔内，所述第二导杆组件与所述电源和控制系统电连接，所述第二活塞设置在所述第二导杆组件上，所述第二导杆组件可驱动所述第二活塞沿所述供粉缸筒的高度方向进行往复运动，所述第二活塞的侧壁与所述成形缸筒的内壁相抵，所述第二活塞与所述供粉缸筒的端部围合形成第一储粉腔，所述第一储粉腔与所述微波腔连通。
[0010]在其中一个实施例中，所述供粉装置包括漏粉斗，所述漏粉斗设置在所述壳体组件上，所述漏粉斗的水平高度高于所述成形平台的水平高度，所述漏粉斗设有第二储粉腔，所述漏粉斗朝向所述成形平台的一侧开设有出粉口，所述第二储粉腔可通过所述出粉口与所述微波腔连通，所述漏粉斗通过开合所述出粉口向所述成形平台输送聚合物粉末。
[0011]在其中一个实施例中，所述漏粉斗的数量为两个，两个所述漏粉斗分别位于所述成形平台的两侧。
[0012]在其中一个实施例中，所述铺粉装置包括铺粉器、第一导轨和第一驱动组件，所述第一导轨设置在所述壳体组件的内壁上，所述第一导轨与所述成形平台相对设置，所述第一驱动组件设置在所述壳体组件或所述第一导轨上，所述第一驱动组件与所述电源和控制系统电连接，所述铺粉器活动设置在所述第一导轨上，所述铺粉器位于靠近所述成形平台的一侧，所述铺粉器与所述第一驱动组件传动连接，所述第一驱动组件驱动所述铺粉器沿
所述第一导轨相对所述成形平台进行往复运动，所述铺粉器用于平整所述成形平台上的聚合物粉末。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一驱动组件包括电机和皮带轮。
[0014]在其中一个实施例中，所述铺粉器为刮刀或辊筒，其中辊筒由电机驱动旋转。
[0015]在其中一个实施例中，所述温度控制系统包括加热组件和温度监控组件，所述加热组件和所述温度监控组件均设置在所述壳体组件上，所述加热组件和所述温度监控组件均位于所述微波腔内，所述加热组件和所述温度监控组件分别与所述电源和控制系统电连接，所述温度监控组件用于检测温度并向所述电源和控制系统反馈温度信号。
[0016]在其中一个实施例中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微波烧结3D打印成形装置，其特征在于，包括：壳体组件（1），所述壳体组件（1）开设有微波腔（101）；成形平台，所述成形平台活动设置在所述壳体组件（1）上，所述成形平台位于所述微波腔（101）内；粉末供送系统，所述粉末供送系统设置在所述壳体组件（1）上，所述粉末供送系统的至少部分位于所述微波腔（101）内，所述粉末供送系统用于将聚合物粉末填充至所述成形平台并形成聚合物粉末层；温度控制系统，所述温度控制系统设置在所述壳体组件（1）上，所述温度控制系统位于所述微波腔（101）内，所述温度控制系统用于预热聚合物粉末；微波吸能剂喷射系统，所述微波吸能剂喷射系统设置在所述壳体组件（1）上，所述微波吸能剂喷射系统位于所述微波腔（101）内，所述微波吸能剂喷射系统与所述成形平台相对设置，所述微波吸能剂喷射系统用于向指定区域的聚合物粉末喷射微波吸能剂；微波发生系统（6），所述微波发生系统（6）设置在所述壳体组件（1）上，所述微波发生系统（6）位于所述微波腔（101）内，所述微波发生系统（6）与所述成形平台相对设置，所述微波发生系统（6）用于对吸收微波吸能剂的聚合物粉末进行微波烧结；电源和控制系统，所述电源和控制系统设置在所述壳体组件（1）上，所述电源和控制系统分别与所述成形平台、所述粉末供送系统、所述温度控制系统、所述微波吸能剂喷射系统和所述微波发生系统（6）电连接。2.根据权利要求1所述的聚合物微波烧结3D打印成形装置，其特征在于，所述成形平台为成形活塞缸，所述第一活塞（21）缸包括第一活塞（21）、第一导杆组件（22）和成形缸筒（23），所述成形缸筒（23）设有第一空腔，所述第一导杆组件（22）活动设置在所述成形缸筒（23）上，所述第一导杆组件（22）位于所述第一空腔内，所述第一导杆组件（22）与所述电源和控制系统电连接，所述第一活塞（21）设置在所述第一导杆组件（22）上，所述第一导杆组件（22）可驱动所述第一活塞（21）沿所述成形缸筒（23）的高度方向进行往复运动，所述第一活塞（21）的侧壁与所述成形缸筒（23）的内壁相抵，所述第一活塞（21）与所述成形缸筒（23）的端部围合形成成形腔（201），所述成形腔（201）与所述微波腔（101）连通。3.根据权利要求1所述的聚合物微波烧结3D打印成形装置，其特征在于，所述粉末供送系统包括供粉装置和铺粉装置，所述供粉装置设置在所述壳体组件（1）上，所述供粉装置用于向所述成形平台输送聚合物粉末，所述铺粉装置活动设置在所述壳体组件（1）上，所述铺粉装置可相对所述成形平台进行往复运动，所述铺粉装置用于平整所述成形平台上的聚合物粉末。4.根据权利要求3所述的聚合物微波烧结3D打印成形装置，其特征在于，所述供粉装置包括供粉活塞缸，供粉活塞缸包括供粉缸筒（31）、第二活塞（32）和第二导杆组件（33），所述供粉缸筒（31）设置在所述壳体组件（1）上，所述供粉缸筒（31）位于所述微波腔（101）内，所述供粉缸筒（31）与所述成形平台相邻设置，所述供粉缸筒（31）设有第二空腔，所述第二导杆组件（33）设置在所述供粉缸筒（31）上，所述第二导杆组件（33）位于所述第二空腔内，所述第二导杆组件（33）与所述电源和控制系统电连接，所述第二活塞（32）设置在所述第二导杆组件（33）上，所述第二导杆组件（33）可驱动所述第二活塞（32）沿所述供粉缸筒（31）的高度方向进行往复运动，所述第二活塞（32）的侧壁与所述成形缸筒（23）的
内壁相抵，所述第二活塞（32）与所述供粉缸筒（31）的端部围合形成第一储粉腔（301），所述第一储粉腔（301）与所述微波腔（101）连通；和/或所述供粉装置包括漏粉斗（34），所述漏粉斗（34）设置在所述壳体组件（1）上，所述漏粉斗（34）的水平高度高于所述成形平台的水平高度，所述漏粉斗（34）设有第二储粉腔，所述漏粉斗（34）朝向所述成形平台的一侧开设有出粉口，所述第二储粉腔可通过所述出粉口与所述微波腔（101）连通，所述漏粉斗（34）通过开合所述出粉口向所述成形平台输送聚合物粉末；和/或所述铺粉装置包括铺粉器（35）、第一导轨（36）和第一驱动组件，所述第一导轨（36）设置在所述壳体组件（1）的内壁上，所述第一导轨（36）与所述成形平台相对设置，所述第一驱动组件设置在所述壳体组件（1）或所述第一导轨（36）上，所述第一驱动组件与...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟，姚洪波，韩晓筱，陈锋，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：