[发明专利]一种熔融沉积成型的玻璃3D打印装置及其打印方法

说明书

一种熔融沉积成型的玻璃3D打印装置及其打印方法，涉及玻璃3D打印。所述装置设有直线电机、铜螺母、打印头组件、基板、中心对正环和固定板；直线电机、铜螺母和中心对正环组成送料部；打印头组件包括陶瓷片、电加热阴极、电加热阳极、绝缘瓷套管、陶瓷坩埚、石墨加热头、弹簧、不锈钢环和不锈钢套筒。将电加热阴级、电加热阳极分别接上直流电源的正负极；打印前，将玻璃棒装夹在送料部，进行基板的预热，开启通电回路以加热石墨加热头，石墨加热头达到熔融温度后，启动送料部和打印程序进行打印。加热效率高，且温度调控容易；打印成本低；打印过程中打印头不易堵塞，打印连续性好，打印的玻璃样件透明度高、表面质量好、外形美观。

技术领域

本发明涉及玻璃3D打印技术领域，尤其是涉及一种熔融沉积成型的玻璃3D打印装置及其打印方法。

背景技术

3D打印又名增材制造、快速制造等，是一项通过将对象进行微分，并数字建模，将三维物体分解为“二维平面”，然后直接采用材料堆积等形式加工出三维实体的方式。熔融沉积成型是3D打印中最常见的成型方式，它是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在高温下将材料加热到熔融状态，然后逐层堆积，直至打印出完整的空间三维物体。

对于塑料、树脂和金属等材料的3D打印已经较为成熟。相比之下，目前玻璃材料的3D打印还存在许多技术难题：第一，利用玻璃粉激光烧结的打印方式打印出的玻璃样件尺寸较小、颗粒感强以及透明度差，采用激光加热方式作为热源成本昂贵，难以实际应用和商业化；第二，利用熔融沉积成型的打印方式，熔融的玻璃浆由于粘度高，容易造成打印喷头堵塞并且难以清洗；第三，温度难以控制，温度的精确控制是成功打印的关键，温度过高则玻璃浆流动性大从而使打印样件成型效果差，温度过低则无法熔融玻璃难以打印。

中国专利CN201710097044.4公开一种玻璃3D打印方法及装置，该方法包括：将玻璃原料放置于坩埚炉中；通过围绕在该坩埚炉外壁的第一高频线圈对玻璃原料进行加热，融化玻璃原料；根据融化后的玻璃原理形成玻璃制品。

中国专利CN201610510758.9公开一种基于熔融沉积成型的玻璃3D打印喷头组件，包括：冷端引导管，一端与送料装置连接，带有冷却模块；热端引导管，带有第一加热器，一端连接所述冷端引导管；隔热层，安装在冷端引导管和热端引导管之间；喷头，连接所述热端引导管的另一端；还提供了一种基于熔融沉积成型的玻璃3D打印方法；解决玻璃熔融沉积成型过程中由于玻璃棒提前软化导致的供料阻塞的问题，保证了玻璃3D打印的顺利进行，提高了打印件的力学性能和透明度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的所述问题，提供可克服目前玻璃3D打印设备成本较高、打印喷头容易堵塞、打印样件尺寸小及透明度差等问题的一种熔融沉积成型的玻璃3D打印装置。

本发明的另一目的在于提供一种熔融沉积成型的玻璃3D打印方法。

本发明所述熔融沉积成型的玻璃3D打印装置设有直线电机、铜螺母、打印头组件、基板、中心对正环和固定板；所述直线电机、铜螺母和中心对正环组成送料部；送料部和打印头组件设在固定板上，固定板通过螺栓安装在三轴数控滑台上；铜螺母设直线电机上，铜螺母用于固定玻璃棒，并通过控制直线电机的运动即实现平稳送料；所述打印头组件包括陶瓷片、电加热阴极、电加热阳极、绝缘瓷套管、陶瓷坩埚、石墨加热头、弹簧、不锈钢环和不锈钢套筒；所述中心对正环设在不锈钢套筒上方；所述绝缘瓷套管设在不锈钢套筒两侧凸缘处，所述陶瓷片固定在加热电极外端，弹簧设在陶瓷片上，弹簧用于辅助固定加热电极并保证点接触的稳定；所述陶瓷坩埚和不锈钢环设在不锈钢套筒内，用于辅助固定石墨加热头；所述石墨加热头设在电加热阴级与电加热阳极之间；所述基板用于固定打印出的玻璃样件。

所述基板可采用玻璃平板，基板的厚度可为4.0mm。

所述石墨加热头呈圆柱台阶状，内壁孔径最小为6.5mm。

本发明所述熔融沉积成型的玻璃3D打印方法，包括以下步骤：