[发明专利]一种3D打印装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印装置及使用该装置进行3D打印的3D打印方法。

背景技术

增材制造技是目前发展非常迅速的高科技制造技术。增材制造通俗意义上又称为3D打印，是通过逐层添加材料获得三维制件的制造方式。与传统的机械加工等减材制造方法相比，3D打印有着诸多优势，如可以用来制造外形极为复杂的制件、材料利用率高、制程环保、适合制造私人定制的产品等等。随着3D打印技术的快速发展，目前主流的3D打印方法已经能够制造金属、高分子、陶瓷等多种材料。对于高分子材料而言，目前主流的3D打印方法有有熔融挤出成型FDM，立体光固化成形SLA，激光选择性烧结SLS等等。

静电纺丝是一种利用静电场力制备微纳结构的方法，主要使用的材料是熔融状态的高分子材料或高分子材料的溶液。根据工艺条件的不同，静电纺丝的产物可以是微米级的颗粒、微球，以及纳米、微米级直径的连续纤维。多种塑胶材料都可以通过此技术简单、快捷地制成以上几种形态。尽管已经出现一些利用静电纺丝技术进行3D打印的方法，然而，如何优化打印工艺，进一步拓展打印材料适用范围，提高打印质量和打印精细度，以及提高打印控制灵活性和可靠性等，是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种3D打印装置及方法，增加打印材料适用范围，提高打印质量和打印精细度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种3D打印装置，包括喷头、直流电源、用于放置成形基底的成形工作台、以及接收电极，所述喷头包括同步移动的激光通路模块和至少一个静电纺丝模块，所述激光通路模块的出口轴线与所述静电纺丝模块的出口轴线交汇于一点，所述静电纺丝模块与所述接收电极分别连接所述直流电源的正负极，所述成形工作台设置在所述喷头和所述接收电极之间，所述静电纺丝模块对高分子溶液进行静电纺丝，在电场力的作用下产生向所述成形工作台射出的高分子颗粒的射流，射流材料被所述激光通路模块发射的激光束熔化以熔融状态落在所述成形基板的特定位置上并沉积成层，通过控制所述喷头按照预定轮廓进行多层沉积而形成三维的高分子材料制件。

进一步地：

所述喷头的移动路径是根据预先对待成形制件的三维模型进行离散分层所获得多层的轮廓信息而确定的。

还包括工作台运动控制装置，所述成形工作台固定在所述工作台运动控制装置上，所述工作台运动控制装置用于改变所述成形工作台到所述喷头的距离以实现不同层的打印。

所述接收电极与所述喷头同步移动并保持固定的距离。优选地，所述接收电极的电极托台与所述喷头固定连接。

所述成形工作台水平布置，所述喷头布置在所述成形工作台上方，所述激光通路模块的出口轴线垂直于所述成形工作台，所述静电纺丝模块的出口轴线与激光通路模块的出口轴线之间的角度为5°到45°。

所述静电纺丝模块包括主体、注射器、金属毛细管，所述注射器固定在所述主体内部的溶液通路中，所述金属毛细管安装在注射器的前端并通过所述主体上的出口孔伸出到所述溶液通路外，所述注射器的后端封闭，所述金属毛细管通过一根延伸穿过所述注射器的后端的导管与所述主体外部的推进器连通，所述推进器向所述导管内推送所述高分子溶液。优选地，所述注射器的后端通过软胶塞配合垫圈来封闭。

所述静电纺丝模块的主体、所述成形工作台及所述成形基板为不导电材质。优选地，所述静电纺丝模块的主体采用塑料、陶瓷、木材等材质，所述成形工作台采用塑料、陶瓷、木材、石材的薄板制成

所述高分子溶液中的高分子材料为聚乳酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、尼龙、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚己内酯、聚谷氨酸、纤维素、聚酰亚胺中的任一种或多种，所用高分子溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、甲酸、二甲基甲酰胺、N,N-二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮中的任一种或多种。优选地，调整高分子溶液的粘度以得到微球或带有短纤维的颗粒为佳。

四个所述静电纺丝模块呈十字形的方式围绕设置在激光通路模块的周围，各静电纺丝模块的喷头喷出的射流汇聚于一点，并且被所述激光通路模块发出的激光束所覆盖。

一种3D打印方法，使用所述的3D打印装置进行三维制件的打印或修复。