一种提高3D打印高分子器件机械性能的方法与流程

本发明涉及一种3d打印技术，尤其是一种提高3d打印器件机械性能（抗拉能力）的方法，具体地说是一种提高3d打印高分子器件机械性能的方法。
背景技术：
：3d打印是一种层叠累积成型的制造方式，具有快速制造复杂几何形状功能构件的优势。3d打印技术与传统材料技术相比有许多突出的优势。以塑料为代表的高分子聚合物具有在相对较低温度下的热塑性、良好的热流动性与快速冷却粘接性、或在一定条件(如光)的引发下快速固化的能力，因此在3d打印领域得到快速的应用和发展。同时，高分子材料的粘结特性允许其能够与较难以成型的陶瓷、玻璃、纤维、无机粉末、金属粉末等形成全新的复合材料，从而大大扩展3d打印的应用范围。因此，高分子材料成为目前3d打印领域基本的和发展最为成熟的打印材料。现有的研究已经表明，3d打印这种成型方式在带来极大便利的同时也存在一些自身的一些缺陷，其中一个就是层与层之间的界面结合性质和传统的材料本体有着明显的差别，某些方向的机械性能下降严重，常常不足原材料的50%，严重地影响了器件的性能和应用，使得打印器件很多时候仅仅是当模型展示。当温度高于高分子材料玻璃化温度时，高分子链的运动活性显著增加，有利于高分子链的缠绕、渗透等。当采用普通的热处理方式进行后处理时，需要在高于玻璃化温度的温度上进行较长时间的保温，才能保证器件内部材质的力学性能也能得到提高。但是长时间的高温保温不仅容易让器件产生变形、表面氧化，而且能耗也高。对此尚无好的解决方法。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的3d打印高分子器件机械性能不高，尤其是当打印方向与器件的抗拉伸方向垂直时，其性能很低，无法使用，而常规的高温加热易使器件产生变形、表面氧化，而且能耗也高的问题，发明一种基于微波可控加热的提高3d打印高分子器件机械性能的方法。。本发明的技术方案是：一种提高3d打印高分子器件机械性能的方法，其特征是将因3d打印机理所导致的层间结合力弱的高分子器件进行微波加热，以便在短时间内提高高分子链的运动活性，有效的促进打印器件内部层与层之间高分子链的渗透、融合，提高他们之间的作用力，减轻随打印方向不同产生的机械性能下降程度，拓展打印器件的功能和应用范围，更好的满足个性化的需求。所述的微波加热功率为100-400w，加热时间为1-10分钟。所述的微波加热功率为300w，加热时间为6分钟。本发明的有益效果是：本发明得到的经过处理后的3d打印高分子器件的层间作用力得到很好的改善，接近高分子材料本体的强度，使得3d打印高分子器件的实用性得到很大的提高，有助于促进3d打印的应用推广。本发明简单易行，应用前景广阔。附图说明图1为本发明的测试样条加工示意图（图中：i为3d打印出料嘴的运动方向）。图2为本发明的测试样条构成示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。一种提高3d打印高分子器件机械性能的方法，它包括以下操作步骤：（1）以3d打印成型的高分子器件为处理对象；（2）将3d打印的高分子器件放入微波处理器内，可根据器件的材质、厚度、大小进行功率的设定；（3）对器件进行微波处理，时间约1-10分钟。（4）关闭电源，降温后取出器件。本发明的工作原理是：本发明是基于高分子材料在玻璃化温度以上时呈现高弹态，无定型高分子链段可实现自由运动，有助于高分子链段的扩散和渗透。直接采用微波的方式对材料整体进行加热，促进这种链段的扩散和渗透，可以促进3d打印高分子层之间的高分子链的相互作用，提高层间作用力。当3d打印高分子器件的层间结合力增强后，整个器件的机械性能会有明显的改善。下面通过实例对本发明的作用效果作进一步的说明。以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(简称abs树脂)为打印基体材料，为了便于测试，打印器件为标准测试样条。实例1：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条，微波处理器功率100w，后处理的时间1分钟，降温后取出。实例2：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条，微波处理器功率100w，后处理的时间10分钟，降温后取出。实例3：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条，微波处理器功率400w，后处理的时间1分钟，降温后取出。实例4：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条，微波处理器功率400w，后处理的持续时间10分钟，降温后取出。实例5：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条，微波处理器功率300w，后处理的时间6分钟，降温后取出。实例6：以fem形式3d打印的abs树脂测试样条。将实例1-5的经微波处理和实例6未经微波处理的样条进行拉伸强度测试，各实例样条实测参数见表1。表1实施例测试样的拉伸强度实施例样条1的拉伸强度（mpa）样条2的拉伸强度（mpa）139182402534020442315412963917注：实例4的样条经微波处理后有轻微的变形。从上表可以看出，微波后处理对样条1的拉伸结果影响很小，这是因为测试拉伸方向和打印嘴的运动方向一致。而样条2的拉伸方向和打印嘴的运动方向垂直，由于层与层之间的作用力远低于材料本体内部的作用力，所以表现的宏观的力学性能下降明显，对比实施例6的样条1和2的测试结果可知。从表中可以看出，当功率为300瓦，微波加热时间为6分钟时抗拉强度提高70%以上，另然实例4的抗拉强度提高82%，但由于加热温度和时间过长，样条出现了变形，不是最佳选择。综观实例一到六及抗拉性能提高程度，可以看出，加热时间和功率应综合考虑，如果微波功率小，加热时间应适应延长，时间短、功率小，抗拉强度增加效果不明显（实例1），功率小时的最长加热时间可延长至10分钟（实例2），超过10分钟则效率不明显，且易器件表面老化和变形。如果加热功率大，加热时间应控制在10分钟以内，但并不是越短越好，但最长也不宜超过10分钟，否则就会产生变形（实例4），其中以实例5为最佳。通过上述实施例的试验数据可知，微波后处理的方式可以有效的促进打印器件内部层与层之间的融合，提高他们之间的作用力，减轻随打印方向不同产生的机械性能下降程度。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。当前第1页12