[发明专利]一种挤出成型的3D打印方法和打印装置

说明书

一种挤出成型的3D打印方法和打印装置，使用共轴喷头或并肩喷头，打印材料由所述共轴喷头的内流道或所述并肩喷头的主流道挤出，牺牲材料由所述共轴喷头的外流道或所述并肩喷头的副流道流出，其中所述牺牲材料具有低于所述打印材料的粘度且可以充分流动，所述打印材料沿预定打印路径扫描打印时，所述牺牲材料充填所述打印材料的打印路径间的空隙并起到支承作用，所述打印材料和所述牺牲材料共同固化后，通过后处理去除所述牺牲材料，仅留下所述打印材料。本发明简单易行，对打印条件和打印机设计要求较低，且能够改善宏观孔径和线形缺陷的挤出成型。

技术领域

本发明涉及3D打印，特别是一种挤出成型的3D打印方法和打印装置。

背景技术

3D打印是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统“去除型”制造。增材制造技术是利用计算机设计数据，采用材料逐层堆积的方法制造实体的技术。

3D打印存在着许多不同的技术，包括熔融沉积、电子束成形、激光烧结、激光熔化、光固化成型等。其中，基于物理或化学固化的挤压成型是一种操作简单、应用广泛的工艺手段。然而，打印的产品多具有交叉网格形式的结构，这种结构在转换网格方向(如横纵交替打印)时受重力作用，容易产生路径变窄、弯月面等形状缺陷，甚至无法成型网格跨度过大，宏观孔径过大和孔隙率过高的打印产品。

专利文献CN201510601277公开了一种使用光敏-低温沉积复合成型，用低温冻结的水作为牺牲材料，对光敏材料实现辅助支撑的3D打印方式，然而对打印环境要求苛刻，打印操作、喷头设计都比较复杂。

共轴喷头，即出口呈同心圆形，可同时喷射两种或多种材料的喷头。专利文献CN201310070087、CN201410194780和CN201610148388公开了使用共轴喷头实现包芯结构的双材料打印，但发明目的为多材料打印，且内芯材料被外包材料隔开，无法单独除去外包材料而避免塌陷。

另有一种并肩喷头，其通常指流道出口相互靠近，且保持同步移动的双流道或多流道单喷头。

3D打印，尤其是挤出成形的3D打印方法存在受打印线形重力影响大，打印的网格容易产生路径变窄、弯月面等形状缺陷，线间跨度较大的网格难以成型等问题。这导致了无法打印宏观孔径大、孔隙率高的网格，限制了打印的功能自由度，尤其限制了稀疏网格和有填充多材料网格的打印。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单易行，对打印条件和打印机设计要求较低，且能够改善宏观孔径和线形缺陷的挤出成型的3D打印方法和打印装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种挤出成型的3D打印方法，使用共轴喷头或并肩喷头，打印材料由所述共轴喷头的内流道或所述并肩喷头的主流道挤出，牺牲材料由所述共轴喷头的外流道或所述并肩喷头的副流道流出，其中所述牺牲材料具有低于所述打印材料的粘度且可以充分流动，所述打印材料沿预定打印路径扫描打印时，所述牺牲材料充填所述打印材料的打印路径间的空隙并起到支承作用，所述打印材料和所述牺牲材料共同固化后，通过后处理去除所述牺牲材料，仅留下所述打印材料。优选地，所述内流道/主流道的出口与所述外流道/副流道的出口设置成所述内流道/主流道的出口部分浸润于所述外流道/副流道出口处因表面张力形成的球形液面中，使得所述牺牲材料能够借助重力和表面张力作用随挤出的打印材料流出。

进一步地：

所述打印材料沿预定打印路径打印成网格。

所述内流道/主流道的出口略低于所述外流道/副流道的出口从而既能使挤出的打印材料对出口处的牺牲材料产生带动其流出的表面张力作用又能减少打印材料与牺牲材料混合。

所述打印材料的打印路径与所述牺牲材料的填充范围不交错重叠，所述牺牲材料溢到打印路径上方的部分在所述喷头提高一层继续打印时被所述喷头的移动刮去。