[发明专利]成型丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于快速成型的材料及其制备方法，特别涉及一种用于熔融挤压成型的成型丝及其制备方法。

背景技术

三维打印机，是一种基于数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。其中一种三维打印机是以细丝的形式向打印头供给成型材料，即成型丝，成型丝在打印头内以电加热的方式被加热至熔融状态，打印头按照三维打印机的控制器产生的打印头相对载物台移动的路径，以逐层的方式打印出三维物体。

公告号为CN1216726C的专利文献的背景技术中描述了一种以成型丝向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，在供料盘011上缠绕有成型丝013，并被安装在三维打印机供料盘安装架的转轴012上，从而将成型丝013提供给三维打印机的打印头015。在使用过程中，将成型丝013从供料盘011上拉出，使被拉直的成型丝通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管014，直至将成型丝供给到打印头015上由电机0154驱动的供料滚轮0152及0153，在供料滚轮0152及0153的驱动下，成型丝进入液化器0151内，成型丝在液化器0151内经加热成熔融状态的成型材料，在后续成型丝推力的作用下，从设于液化器0151下端的打印喷嘴01511挤出并沉积于载物台上。

在上述打印过程中，由电动机驱动的供料滚轮推动成型丝进入液化器以产生一个所谓“液化器泵效应”，即成型丝本身相当于一个活塞，进入液化器内的成型丝挤压熔融状态的成型材料，使之按一定的体积速率从打印喷嘴挤出。从打印喷嘴挤出的成型材料的体积速率是成型丝进入液化器速率的函数，所以可以通过控制成型丝进入液化器的速率，从而控制成型材料从打印喷嘴挤出的体积速率。控制器控制打印头在水平的X-Y平面内移动，控制基座沿垂向的Z轴移动，还要控制供料滚轮推动成型丝进入液化器的速率，通过同步地控制这些变量，成型材料才能沿着由计算机设计的模型确定的路径逐层地打印出三维物体。

对于该三维打印机，其打印出的三维物体的精度取决于成型丝的供给精度，当成型丝的横截面积改变时，从打印喷嘴挤出的成型材料的体积速率将出现涨落，从而降低三维物体的打印质量。例如，当成型丝的直径与标准直径相比偏大时，单位时间内会从打印喷嘴挤出过多的成型材料，导致打印处堆积过多的成型材料，该处打印厚度过大，固化后形成凸起，破坏后续打印的基准面；类似地，当成型丝的直径太小时，导致打印处的成型材料可能欠缺或滞后，导致沉积层具有太多的孔隙，打印出的三维物体的表面光洁度差且无法达到希望的结构强度。这两种情况都会降低三维物体的打印质量。

为了减小成型丝的直径沿长度变化对三维物体打印质量的影响，要求成型材料能够以恒定的体积速率从打印喷头中挤出，此外，当打印头在X-Y平面内的移动速率增加时，成型材料从打印喷嘴挤出的体积速率也要对应的增加，即要求精确地控制进入液化器内成型丝的体积速率，而该体积速率为成型丝进入液化器内的速率与成型丝横截面积的乘积。

为了实现对成型丝进入液化器内体积速率的控制，专利号为US6085957的专利文献采用在成型丝进入液化器时对成型丝的直径进行瞬间检测，并且通过控制供料滚轮的转速从而对随后续进入液化器内的成型丝的前进速率进行瞬时调节，从而实现对成型丝进入液化器内的体积速率的控制。虽然该技术方案能够实现对体积速率的瞬时控制，提高三维物体的打印质量，但是其仍存在以下不足之处：每个三维打印机需要配备一个传感器，增加了设备成本；由于检测与控制的滞后性，其仍旧会存在一定的误差。

要想实现对成型丝进入液化器的体积速率的控制，最根本的解决方法是制造出高精度的成型丝，由于成型丝是通过拉丝的方式制造出来，成型丝在拉丝过程内部应力分布的不均匀、冷却过程收缩的不均匀是导致成型丝精度不高的主要原因。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于打印高质量三维物体的高精度成型丝。

本发明的另一目的是提供上述高精度成型丝的制备方法。

为了实现上述主要目的，本发明提供成型丝，按重量份数，其组分及含量为：

硅烷偶联剂 1-3份；

玻璃微珠   5-40份；

树脂       57-94份。