一种用于材料挤出成形的多功能3D打印头及其使用方法与流程

本发明涉及材料挤出成形的3d打印技术领域，具体涉及一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头及其使用方法。

背景技术：

3d打印技术是指打印头在程序控制下，按照当前层的截面信息进行材料填充制造，然后再通过层层累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意复杂零件以及拥有较好的打印自由度，在工业生产及日常生活中越来越具有实际应用价值。

可挤出成形材料的3d打印作为3d打印领域的一个重要分支，目前越来越受到国内外学者的重视，因其具备可制备材料范围广、部分材料可回收再制造的节能性、部分轻质量高强度的材料特点，而被广泛应用于包括航空航天、国防军事、医疗行业、工业现场及机器人、服务业等多个领域。目前，为了提高可挤出成形材料的3d打印，国内外就打印材料本身进行了多方面的性能改进，除过对于新材料的不断发掘和更新，更是利用短纤维、连续纤维等多种强化材料通过复合材料的3d打印来实现打印件在各个方向上的强度提升，至此，按规划路径打印后的材料每单层内各项力学指标都有了极大的提升。

但是依然存在以下问题：

一、层间力学性能较差是制约该领域3d打印发展的一个关键问题，虽然无论是通过短纤维预浸渍还是连续纤维增强，都只是在明显提升着单层的打印强度，而对于层间的力学性能提升依旧微乎其微，因此在较长的打印时长下，进行层间性能的提升尤为重要。

二、3d打印喷头本身对成形表面压力比较小，严重影响制件的体积密度和介-微-纳三重界面性能，因此提高制件的体积密度与多重界面性能，保证3d打印材料挤出成形制件的使用性能是另外一个必须克服的难题。

技术实现要素：

为了克服以上技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头及其使用方法，可以更好的将可挤出成形材料在打印过程中的层间力学性能进行提升。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头，包括连接在固定件2上的3d打印送料喷头1，和3d打印送料喷头1的喷嘴101进行配合打印的激光器3固定在固定件2上，和3d打印送料喷头1的喷嘴101进行配合打印的热滚压筒5通过连接件4固定在固定件2上；

所述的热滚压筒5包括热滚压筒中心轴501，热滚压筒中心轴501一端通过两个小轴承503连接在热滚压筒外壳504内，热滚压筒中心轴501另一端通过大轴承507连接在热滚压筒外壳504内，热滚压筒中心轴501中部粘贴有恒温加热片505，恒温加热片505通过恒温加热片导线506穿过热滚压筒中心轴501上的两个小孔外接电源，热滚压筒中心轴501的端头设有热滚压筒固定孔502。

所述的一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头的使用方法，包括下列步骤：

1)将3d打印送料喷头1、激光器3连接在固定件2上，将热滚压筒5通过连接件4连接在固定件2上；

2)将固定件2安装到3d打印机上，并在3d打印送料喷头1中填装入可挤压成形的打印材料，对3d打印送料喷头1内的加热装置及传感器、激光器3、热滚压筒5中的恒温加热片505提供相应电源；

3)在3d打印送料喷头1打印第一层基底材料结束之后，激光器3启动，按照不同材料所需激光频率进行提前设定，设置好的激光在3d打印送料喷头1打印前段小范围适度烧融上一层已打印材料；

4)热滚压筒5与3d打印送料喷头1同步工作，按照不同材料设置恒温加热片505的输出温度，适度热滚压打印后表面；

6)以此类推，按照3d打印机打印过程打印成形所需打印件。

本发明的有益效果为：

采用本发明的一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头及其使用方法，可以很好的利用激光预热及打印后热滚压打印表面在一定程度上满足了提升层内各项性能的同时，有效提升了打印件的打印密度及层间界面性能，而如果再借助更加精确的传感反馈技术对激光器及热滚压设备进行温度均匀性及与材料参数的高度匹配的情况下，更是对于可挤出成形材料的3d打印意义非凡。

附图说明

图1是使用本发明多功能3d打印头的打印示意图。

图2是本发明多功能3d打印头的各模块拆分结构示意图。

图3(a)是热滚压筒5的结构示意图，图3(b)为图3(a)的剖面图。

图4是热滚压筒5的各零部件拆分示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1和图2，一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头，包括连接在固定件2上的3d打印送料喷头1，其中3d打印送料喷头1通过送料喷头卡位孔203确定固定位置，并借助送料喷头固定螺孔204用螺栓顶住3d打印送料喷头1的平面，以实现在喷头固定件2上的固定；和3d打印送料喷头1的喷嘴101进行配合打印的激光器3固定在固定件2上，激光器3由激光器上激光器固定螺孔301和固定件上激光器固定螺孔202对齐固定在喷头固定件2上；和3d打印送料喷头1的喷嘴101进行配合打印的热滚压筒5通过连接件4固定在固定件2上，热滚压筒5与连接件4通过热滚压筒固定孔502与热滚压筒固定轴402进行配合连接，而固定件2与连接件4则通过连接件上热压件固定螺孔401与热压件固定螺孔201对齐用螺栓连接。

参照图3和图4，所述的热滚压筒5包括热滚压筒中心轴501，热滚压筒中心轴501一端通过两个小轴承503连接在热滚压筒外壳504内，热滚压筒中心轴501另一端通过大轴承507连接在热滚压筒外壳504内，热滚压筒中心轴501中部粘贴有恒温加热片505，恒温加热片505通过恒温加热片导线506穿过热滚压筒中心轴501上的两个小孔外接电源，热滚压筒中心轴501的端头设有热滚压筒固定孔502。

所述的一种用于材料挤出成形的多功能3d打印头的使用方法，包括下列步骤：

1)参照图1、图2，将3d打印送料喷头1、激光器3连接在固定件2上，将热滚压筒5通过连接件4连接在固定件2上；

2)将固定件2安装到3d打印机上，并在3d打印送料喷头1中填装入可挤压成形的打印材料，对3d打印送料喷头1内的加热装置及传感器、激光器3、热滚压筒5中的恒温加热片505提供相应电源；

3)在3d打印送料喷头1打印第一层基底材料结束之后，激光器3启动，按照不同材料所需激光频率进行提前设定，设置好的激光在3d打印送料喷头1打印前段小范围适度烧融上一层已打印材料；

4)热滚压筒5与3d打印送料喷头1同步工作，按照不同材料设置恒温加热片505的输出温度，适度热滚压打印后表面；

6)以此类推，按照3d打印机打印过程打印成形所需打印件。

本发明可以很好的利用激光预热及打印后热滚压打印表面，使得在一定程度上既满足了提升层内各项性能的同时，更是有效提升了打印件的打印密度及层间界面性能，再借助更加精确的传感反馈技术对激光器及热滚压设备进行温度均匀性及与材料参数的高度匹配的情况下，对于更加有效的提升打印件的层间力学性能意义巨大。

技术特征：

技术总结
一种用于材料挤出成形的多功能3D打印头及使用方法，多功能3D打印头包括连接在固定件上的3D打印送料喷头，和3D打印送料喷头的喷嘴进行配合打印的激光器固定在固定件上，和3D打印送料喷头的喷嘴进行配合打印的热滚压筒通过连接件固定在固定件上；热滚压筒包括热滚压筒中心轴，热滚压筒中心轴一端通过两个小轴承连接在热滚压筒外壳内，热滚压筒中心轴另一端通过大轴承连接在热滚压筒外壳内，热滚压筒中心轴中部粘贴有恒温加热片，使用方法利用激光预热及打印后热滚压打印表面在一定程度上满足了提升层内各项性能的同时，有效提升了打印件的打印密度及层间界面性能。

技术研发人员：田小永;罗盟;侯章浩;李涤尘
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2017.03.02
技术公布日：2017.07.07