[发明专利]模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，其特征在于，包括熔体挤出设备、样品室、控制电子元件和通信终端，其中，

所述熔体挤出设备用于加热待挤出丝线材料挤出熔体液滴，所述熔体挤出设备通过支架连接z轴驱动电机；

所述样品室内设有用于承载从喷嘴喷出的熔体液滴的传感器，所述传感器内含有热电堆和热电偶；

所述控制电子元件包括PID控制器和数据采集卡；其中，PID控制器与样品室传感器、加热铝块连接，控制和稳定加热铝块的加热功率，并实时监测传感器检测区温度；数据采集卡与传感器连接，记录传感器的温度和加热功率等数据；

所述通信终端与熔体挤出设备、驱动电机以及控制电子元件电连接，通过用户界面控制熔体液滴挤出、挤出设备的驱动以及PID控制器程序的设定和数据采集卡数据的存储。

2.根据权利要求1所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，其特征在于，所述熔体挤出设备由挤出机、加热铝块、喷嘴组装而成，其中，所述加热铝块内含有热电偶和加热棒，待挤出丝线材料加入挤出机挤出后在加热铝块的作用下加热至熔点后从喷嘴喷出。

3.根据权利要求1所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，其特征在于，所述喷嘴直径为0.2mm-0.6mm。

4.根据权利要求1所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，其特征在于，所述待挤出丝线材料为商用PLA、PC、PA等3D打印材料，直径为1mm-3mm。

5.利用权利要求1-4中任一所述装置模拟研究熔体液滴快速固化过程的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设置z轴0点位置：挤出设备电连接，熔体挤出位置正对样品室传感器检测区域上方，根据待挤出丝线材料熔点设定挤出设备工作温度T并开始加热，将通信终端、控制电子元件、样品室电连接，启动PID控制器实时监测传感器温度，启动z轴驱动电机，使其缓慢向下正对传感器步进，监测传感器温度上升，喷嘴未接触传感器且传感器温度接近T时停止步进，此位置为z轴0点；

(2)通过驱动电机将挤出设备提升，将待挤出丝线材料装入熔体挤出设备中，设置工作温度T并开始加热，启动z轴电机移动至0点位置；

(3)设置传感器温度为T₀，启动PID控制器监测传感器温度，在通信终端用户界面启动熔体挤出设备挤出熔体液滴，当PID控制器监测传感器温度T₀发生变化后触发z轴电机迅速向上抬起，同时停止加热；

(4)数据采集卡采集传感器热电偶的信号数据，记录熔体液滴快速固化过程中的温度变化；

(5)当传感器温度回到室温，熔体液滴固化完成后进行超快扫描量热实验，在通信终端设置升降温扫描程序并发送给控制电子元件，控制电子元件通过控制传感器内部热电堆对传感器上固化的熔体液滴进行再升温，扫描并表征分析固化过程中形成的晶体结构；

(6)更改加热温度T或传感器温度T₀，重复步骤(1)-(5)，模拟3D打印中不同挤出温度和打印床温度下熔体液滴固化的过程。

6.根据权利要求5所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述熔体挤出设备工作温度T为0-500℃。

7.根据权利要求6所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的方法，其特征在于，采用PLA丝料时，温度T设置为215-235℃；采用PA6丝料时，温度T为240-280℃。

8.根据权利要求5所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的方法，其特征在于，步骤(3)中，通过设置传感器温度T₀模拟不同打印床温度，T₀温度范围为20℃-500℃。

9.根据权利要求5所述的模拟研究熔体液滴快速固化过程的方法，其特征在于，步骤(5)中，扫描速率为10K/s-100000K/s，扫描温度为-100℃-800℃。