[发明专利]一种用于熔融挤出成型的3D打印的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融挤出成型3D打印的方法及装置，具体涉及一种用于3D打印的激光加热的方法及装置，属于3D打印加工技术领域。

背景技术

3D打印技术，又称增材制造技术，其以计算机三维设计模型为蓝本，通过计算机数字软件程序控制，利用激光烧结，或加热熔融等方式将金属、陶瓷或聚合物等材料逐层堆积成型，从而制造出三维实体产品。独特的制造优势，使其发展迅速，目前已广泛应用在航空航天、电子消费、医学及教育等领域。其中熔融挤出成型(FDM)是最为常用的3D打印技术，其所使用的材料为热塑性树脂。

在FDM型3D打印机实际的打印过程中，经常出现由于打印件层间结合力差而导致制件开裂现象。其原因主要在于挤出装置挤出熔融树脂构造新一层结构时，已成型的上一层材料已基本完成固化，表面温度降低，与新一层材料不能实现良好融合，导致层间结合力差。在打印较大型构件时，由于每层结构所需要的构筑时间较长，上述因素影响更为明显，经常出现制件开裂甚至两层结构完全不能相连的现象。因此，常用的FDM打印方法效率和打印制品的质量仍需进行改善。

发明内容

为改善现有技术存在的问题，本发明提供一种熔融挤出成型3D打印方法，包括当挤出熔融材料时，向层状材料表面辐照激光。

根据本发明的方法，其中向层状材料表面辐照激光以升高所述层状材料的温度。

根据本发明的方法，优选地，激光辐照可以使被辐照的层状材料达到熔融的温度，和/或所述激光辐照可以使被辐照的层状材料熔融及流平，以促进相邻层状材料之间的粘结。

对激光辐照区域的形状没有特别限制，例如可以选择其形状，以使得所述层状材料表面在多于一个的受辐照点上的温度升高。作为实例，所述激光辐照区域的形状可以是开放的或闭合的平面形状，例如环绕挤出装置投影点的形状，如正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形或其他适宜的形状。

根据本发明的方法，优选地，对于被激光辐照的打印材料没有任何限制，只要其适用于3D打印即可。作为实例，受激光辐照的打印材料可以为树脂、石蜡、陶瓷、金属等。作为示例性的实例，打印材料可以为PLA、ABS或尼龙66等。

优选地，所述激光辐照区域可以随熔融挤出装置移动。

作为实例，可以在熔融挤出装置的周围辐照激光至成型材料表面，如附图1所示，激光辐照区域随挤出装置一起移动。辐照激光所产生的热效应传递到材料，使材料温度升高。

根据本发明的实施方案，激光辐照区域可以位于挤出装置前方和/或后方，例如可以在挤出装置的前方和后方均设置激光辐照区域。

根据本发明的优选实施方案，位于挤出装置前方的激光辐照区域使上一层材料升温熔融，以促进下层的粘结。

根据本发明的优选实施方案，位于挤出装置后方的激光辐照区域使新挤出的材料层升温熔平，以促进面内粘接。

优选地，可以调节激光辐照强度，从而适于不同种类成型材料的粘结。

根据本发明，所述激光可以为连续激光。优选地，所述连续激光的输出功率连续可调，例如可以为1～100W，如10～30W。作为示例性的实例，输出功率可以为12W、14.5W或16W。

优选地，可通过调节激光输出功率以调节被辐照的材料的表面温度。例如，所述表面温度可以为100～400℃，优选为150～300℃。作为示例性的实例，被辐照的材料表面温度可为150℃、165℃或190℃。

根据本发明，还可测定被辐照材料的实际表面温度，和/或测定被辐照材料的实际表面温度与表面温度设定值之间的差值。

或者如果合适，本发明的方法还可包括计算被辐照材料的实际表面温度与表面温度设定值之间的差值的步骤。

进一步地，可通过调节激光的输出功率，以调整被辐照材料的实际表面温度。优选地，被辐照材料的实际表面温度与表面温度设定值之间的差值通过这样的调节得到缩小。

例如，当所述差值达到表面温度设定值的20％以上(如15％以上、10％以上或5％以上)时，或者所述差值达到20℃以上(如15℃以上、10℃以上或5℃以上)时，通过调节激光的输出功率，进而调整材料的实际表面温度。

本发明还提供一种熔融挤出成型3D打印装置，包括激光投射装置。

根据本发明，所述激光投射装置用于当挤出熔融材料时，向层状的材料表面辐照激光。

优选地，所述激光投射装置是可移动的，例如可以随熔融挤出装置移动。

优选地，所述激光投射装置的输出功率是可调节的。所述激光投射装置可以具有上文所述的输出功率和性能。