[发明专利]一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置

说明书

本发明公开了一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置，属于3D打印快速成型技术领域，该方法先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。该装置包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；在熔融塑化组件的螺杆中设计分流拉伸汇流元件对物料进行分流汇流和拉伸流，以保证在较小螺杆长径比的条件下对物料进行有效塑化熔融和均化熔融物料。本发明可以不借助任何异种材料嵌件或化学助剂，用同种材料成型并提高3D打印制品的强度。

技术领域

本发明属于3D打印快速成型技术领域，尤其涉及一种具有增强骨架的异步3D打印方法及装置。

背景技术

目前，3D打印主要分为熔融沉积成型、液态光敏树脂光固化、选择性激光烧结、选择性激光熔化等技术。虽然不同类型的3D打印技术所用成型材料、成型原理和系统特点不同，但其基本原理是一样的，均为“分层制造、逐层堆积”，因其层与层之间的结合力薄弱，容易导致堆积方向上的强度不足。现有3D打印内部结构为相互平行的层面叠加，原有的填充结构在三维方向上至少存在一维仅依靠熔融材料间薄弱的粘接力固化相连，制品存在拉伸强度及剪切强度差的短板。

为了增加3D打印产品的强度，现有技术中主要存在如下两种方法：

一、将3D打印件与金属等预制件相嵌的方法，形成具有金属内嵌件的组合结构3D打印工件以提高制品整体强度。但是，此方法需要内嵌金属件，导致制品重量增加，灵活性下降。

二、通过添加辅助溶剂提高层间结合力的方法，即在打印喷头挤出丝料的同时，依靠辅助溶剂溶解已打印的堆积丝料表面，使相邻层间熔接固化。但是，此方法需要额外的助剂。

因此，在3D打印快速成型技术领域中，对于增加3D打印产品强度的方法和装置仍存在研究和改进的需求，这也是目前3D打印快速成型技术领域中的一个研究热点和重点，更是本发明得以完成的出发点。

发明内容

为此，本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种具有增强骨架的异步3D打印方法，在不借助外加嵌件或助剂的前提下，能够显著提高3D打印制品强度；在同等材料的用量下，可增强制品在堆叠方向上的拉伸强度与剪切强度，且对制品其他维度的拉伸强度与剪切强度也有改善，以解决现有熔融沉积成型制品堆叠方向上强度不足的技术问题。

作为同一种技术构思，本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种具有增强骨架的异步3D打印装置。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种具有增强骨架的异步3D打印方法，先通过熔融沉积成型打印半成品，该打印半成品具有上侧开口的内部随形空腔；然后将熔融物料从开口处注射到打印半成品的内部随形空腔，保压到熔融物料固化形成增强骨架，最终制得具有增强骨架的3D打印制品。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种实现上述打印方法的具有增强骨架的异步3D打印装置，包括打印注射组件、熔融塑化组件、过渡连接组件、三维移动平台及控制系统；所述打印注射组件与所述熔融塑化组件通过所述过渡连接组件相连，并将三部分的内部相通，形成熔融物料的流动通道；所述过渡连接组件外有过渡加热器；所述打印注射组件、所述熔融塑化组件和所述三维移动平台的各动作工序均受所述控制系统监测和控制。

作为一种改进，所述打印注射组件包括打印头、打印箱体、储料仓、打印加热圈和由直线驱动装置驱动的注射活塞；所述注射活塞滑动安装于所述打印箱体内，所述打印箱体与所述注射活塞之间形成所述储料仓，所述储料仓设于所述熔融物料的流动通道上；所述注射活塞在所述直线驱动装置的带动下完成注射动作及调节所述储料仓的容积；所述打印加热圈对所述打印箱体进行温度控制，以保证所述打印箱体内部熔融物料的温度处于合理范围；所述打印头可拆卸地安装于所述打印箱体上，且所述打印头上设置有打印口启闭装置。