[发明专利]三维打印机和打印方法、三维打印头

说明书

本发明涉及一种三维打印机、三维打印头以及打印方法。本发明提供本发明提供的三维打印头包括材料容积腔，螺杆设置在材料容积腔内，电机与螺杆连接，供料装置与材料容积腔连通，打印喷嘴设置在材料容积腔的端部，加热器设置在材料容积腔上，且位于供料装置和打印喷嘴之间，超临界流体供应系统与材料容积腔连通。熔融的打印材料加入超临界流体，在螺杆的混合搅拌作用下产生单相熔融混合物，形成均匀的微孔气泡化作用，从而降低打印物体的密度值，降低三维打印物体的尺寸偏差，三维打印物体的平直性提升50%以上，有效降低打印时候的熔融打印材料所需要的温度，节省能源并且防止操作人员的烫伤。

技术领域

本发明属于三维打印机领域，具体地说，是涉及一种螺杆挤压三维成型的三维打印机、三维打印头以及这种打印机的打印方法。

背景技术

快速成型技术能够用于三维（3D）打印的成型过程，通过电脑数据的转换过程实现三维物体的制造。通常，3D打印快速成型技术主要包括三种类型：立体雕刻（Stereolithography）、逐层叠加制造（Laminated Object Manufacturing）和选择性沉积塑形（Selective Deposition Modeling，SDM）。熔融堆积成型技术（FDM）是属于选择性沉积塑形（SDM)的一种技术工艺。现阶段，FDM三维打印机通常是利用热塑性聚合物材料在熔融状态下，从打印喷嘴处挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，再一层一层地叠加最终形成产品。

申请号为CN201410066757.0中国发明专利申请公开了一种三维打印机，这种三维打印机的原理采用螺杆挤压成型，在控制系统的作用下，通过螺杆把加热熔融的打印材料由打印喷嘴喷涂在打印平台上。螺杆挤压成型原理的三维打印机属于FDM型的三维打印机，然而，这种类型的三维打印机存在一些缺陷。

目前，市场上FDM三维打印机所使用的聚合物材料通常是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龙（PA）和聚碳酸酯（PC），使用这些材料的三维打印机的打印头的加热温度通常在200℃以上。例如，使用ABS材料的三维打印机需要打印头的加热温度达到220℃，而使用PLA材料的三维打印机需要打印头的加热温度达到205℃，这样就需要耗费大量的热量来使材料熔融，从而造成过多能源的浪费，并且打印头的温度过高也容易造成人员烫伤。另外，这种三维打印机在挤出成型物体时，由于高温熔融线材需要经逐渐缓慢冷却固化成型，因此其打印速度很慢。此外，由于打印线材在打印物体的表面产生的拉丝效应，会导致打印物体的表面不是很光滑。并且，对于高温熔融材料成型的物体，在物体内部还存在因分子取向和温差而产生的内应力，从而导致成型物体收缩时不均匀，尺寸偏差较大，最终使得三维打印物体产生翘曲、变形等问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种三维打印机的三维打印头。

本发明的另一目的是提供一种三维打印机。

本发明的再一目的是提供一种三维打印机的打印方法。

本发明提供的三维打印头包括材料容积腔，螺杆设置在材料容积腔内，电机与螺杆连接并驱动螺杆转动，供料装置与材料容积腔连通，打印喷嘴设置在材料容积腔的端部，加热器设置在材料容积腔上，且位于供料装置和打印喷嘴之间，超临界流体供应系统与材料容积腔连通, 向材料容积腔输出超临界流体。