[发明专利]一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法及制品

权利要求书

1.一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，将3D打印制件作为发泡注射制品的模内嵌件，最终形成的3D打印制件与发泡材料浑然一体，具体包括以下步骤：

（1）对欲加工的制件的结构进行分析，确定其特点及使用目标，并进而确定3D打印制件的嵌入位置、尺寸和形状特征；

（2）根据3D打印原料选择、3D打印制件在模具内的固定方式以及欲嵌入3D打印制件的位置、尺寸和形状特征，开展3D打印制件的结构设计并完成制件的打印；

（3）将3D打印制件预热后放入模具内；

（4）将气体与热塑性聚合物原料在注射机中塑化均匀并形成待发泡的热塑性聚合物原料，将其充入模具内的3D打印制件的空腔内，经过发泡及冷却后，3D打印制件与后填入的原料形成均一的组合制件；

（5）将所得的组合制件进行后处理。

2.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的3D打印制件的结构包括模内安放部分以及泡孔结构调控部分，其中模内安放部分比模具型腔相应位置的尺寸大0.5%~2%，泡孔结构调控部分与熔体在注射过程中的流动以及泡孔的长大相互适应。

3.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的3D打印制件预热温度低于其热变形温度20~40度，并且预热温度和注射模具的温度差值在0度~60度之间。

4.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的热塑性聚合物原料为包含气体的气熔复合物，其气熔复合物中的气体来源由材料中部分成分受热分解产生，或者由物理发泡剂直接注入到注射机料筒内并与聚合物熔体混合后形成；所述气体为化学发泡剂受热分解出来的氮气和二氧化碳，水受热分解后出来的水蒸汽，或者以超临界流体状态充入的氮气和二氧化碳。

5.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的热塑性聚合物原料充入模具时型腔压力控制在50MPA~100MPA之间，注射速度控制在注射过程中材料达到最大剪切速率时注射速度的50%~80%之间；所述待发泡的热塑性聚合物原料与3D打印材料相同或不同。

6.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，步骤（5）中所述的对所得的组合制件进行后处理的具体步骤包括将制件放置于和制件形状相互适应的夹具中，并在低于后注入材料熔点温度20~40度范围内保持2~8分钟。

7.根据权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，所述3D打印制件在制造过程中，采用变速打印来提高材料在3D打印中的牵伸作用。

8.根据权利要求7所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，其特征在于，所述3D打印制件的变速打印包括以下步骤：（1）确定某一个欲变速的打印距离；（2）根据该打印距离确定分段打印数量，每一分段距离控制在0.2~2mm之间；（3）确定每一个变速点位置及速度的变化值；（4）修改打印段的代码，将原有的直线段打印分成N个分段打印，其各段的速度大小交替变化。

9.一种权利要求1所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构方法得到的制品，其特征在于，该制品的内部具有微细取向泡孔，并且全部或局部使用3D打印制造的嵌件；所述3D打印嵌件所使用的工艺是FDM、SLS、POLYJET、MJF、SLA工艺的一种或多种形式的组合。

10.一种权利要求9所述的利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法得到的制品在高性能或功能化注射发泡成型制件上的应用。