[发明专利]一种提升3D打印层附力的方法及装置

说明书

本发明公开了一种提升3D打印层附力的方法及装置，其中方法包括：在三维模型的切片分层阶段设置具有特殊结构的纵向腔体，在打印阶段采用多喷头3D打印设备，其中树脂打印喷头负责产品成型，层间增强喷头负责产品加强；所述层间增强喷头在所述纵向腔体中添加金属或纤维塑料，注入液态粘结溶剂，冷却后形成稳定的层间增强骨架。本发明通过优化三维模型的切片分层结构，多喷头3D打印技术和多材料组合应用技术，创新地提出在模型内腔添加金属或纤维增强塑料，并注入液态粘结溶剂，冷却后形成稳定的层间增强骨架，从而消除打印过程中出现的层分离或切口现象，缩减打印材料使用量，增加3D打印堆积层之间的纵向粘附强度，提升3D打印产品的机械性能。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种提升3D打印层附力的方法及装置。

背景技术

3D打印作为制造业领域快速发展的新兴技术，与传统减材制造的方式截然不同，是以数字化模型为基础，运用粉末状金属或丝状塑料的可粘合材料，通过分层制造和逐层叠加的方式来构建实物。主流的3D打印技术有熔融层积成型、选择性激光粉末烧结成型、液态光敏树脂激光固化等,其中熔融层积成型技术凭借其机械结构简单、制造维护及材料成本低的优势，已经占据3D打印市场的半壁江山。

熔融层积成型技术在带来便利的同时也存在一些原理性的缺陷,其中一个便是层与层之间的粘附强度问题。打印过程中堆积层之间粘结存在一定的时间间隔，致使喷头挤出的熔融材料与已堆积的模型之间具有温度差，造成逐层叠加的纵向粘附强度远远小于已堆积层的横向抗拉强度，因此在3D打印过程中易出现层分离、切口和断裂等现象，以及打印成品的逐层叠加方向无法承受过大载荷的情况。

经公开资料查询，天津工业大学申请了“一种纤维增强复合材料3D打印的层间增强”专利(申请号201810616915.3)，该专利公开了一种纤维增强复合材料3D打印的层间增强技术，通过热塑性树脂打印喷头和层间增强喷头交替工作，向打印完成的叠层区域纵向植入高温金属棒，完成不同层次的增强。该技术虽然在一定程度上能够增强纵向层粘附力，但存在纵向层粘附力强度不够以及强行植入过程破坏已有打印结构的情况。

另外，北京机科国创轻量化科学研究院有限公司申请了“一种层间增强复合材料3D打印装置”专利(申请号201910469186.8)，该专利公开了一种层间增强复合材料3D打印装置，装置包含打印模块和纤维铺放模块，其中纤维铺放模块负责短纤维层间铺放，通过控制纤维铺放模块振动频率、振幅和网筛的筛网孔径，实现不同长度短纤维的均匀定量精确铺放。该技术将进一步加强已堆积层的横向粘附力，但对纵向层粘附力未起到相应加强作用。

发明内容

本发明提供了一种提升3D打印层附力的方法，以解决现有的3D打印技术中层与层之间的粘附强度不高的问题。

本发明采用的技术方案是：一种提升3D打印层附力的方法，所述方法包括：

在三维模型的切片分层阶段设置具有特殊结构的纵向腔体，在打印阶段采用多喷头3D打印设备，其中树脂打印喷头负责产品成型，层间增强喷头负责产品加强；所述层间增强喷头在所述纵向腔体中添加金属或纤维塑料，注入液态粘结溶剂，冷却后形成稳定的层间增强骨架。

优选地，所述三维模型的切片分层设置有不同高度的所述纵向腔体，形成层间错落的增强骨架。

优选地，所述纵向腔体顶部设有直径不大于3mm的开口。

优选地，所述层间增强喷头由纤维打印模块和热熔胶打印模块组成，所述纤维打印模块在纵向腔体中添加金属或纤维塑料，所述热熔胶打印模块向纵向腔体中注入液态粘结溶剂。

优选地，所述纤维打印模块填充原材料为铝合金、钛合金、钢材和纤维塑料，所述纤维打印模块内部设置有截断装置。

优选地，所述液态粘结溶剂是由热塑性材料经过所述热熔胶打印模块加热挤压而成，所述液态粘结溶剂为TPU热熔胶、PE热熔胶或环氧树脂热熔胶。