[发明专利]反应性单体原位聚合3D打印的方法及装置

说明书

本发明公开了一种反应性单体原位聚合3D打印的方法及装置，使反应性单体在3D打印机喷头高温原位聚合反应形成打印材料并打印成制品，所用单体应为气相或者液相的流体。采用多种不同组分的单体作为可补充的流体打印材料，通过输送管路及计算机控制阀进入打印机喷头内，多种单体接触后会在3D打印机喷头发生原位聚合形成熔融状聚合物打印材料，经过喷头喷出沉积形成制品。本发明提供的反应性单体在3D打印机喷头高温原位聚合反应形成打印材料并打印成制品的工艺方法，既避免了聚合产物的二次熔融分解，也实现让普通喷头也可以实现耐高温工程塑料的打印，还可以通过实时控制单体的成分、比例，实现不同位置打印材料的不同结构、成分。

技术领域

本发明涉及一种反应性流体单体原位聚合3D打印工艺方法和设备，用于3D打印的流体单体可为气相或液相，应用于3D打印技术领域。

背景技术

随着3D打印技术快速发展，各种3D打印工艺及3D打印装备层出不穷，其中基于熔融沉积成型(FDM)原理的3D打印技术发展最为迅速，应用也最为广泛。然而，目前通过FDM成型聚合物3D打印制品，所用打印耗材多为热塑性聚合物丝状材料，打印过程为仅为聚合物的物理熔融-冷却凝固过程。这样的打印过程存在以下几个有待提高的缺陷：

1.单一喷头内聚合物成分结构一致，无法在3D打印过程中针对制品不同位置的需求，实现打印产物结构、成分的实时控制；

2.聚合物成品在喷头内经历二次甚至多次熔融，可能会造成结构破坏和性能下降；

3.针对聚酰亚胺等耐高温工程塑料，除非采用高温打印喷头，否则难以进行3D打印。

目前还未见以反应性单体为3D打印原料在打印成型过程发生化学反应之后形成制品的先例。采用单体作为原料可降低原料熔融所需的喷头温度，一方面避免了聚合产物的二次熔融分解，另一方面让普通喷头也可实现耐高温工程塑料的打印。此外，通过实时控制单体的成分、比例，就可实现不同位置打印材料的不同结构、成分。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种反应性单体原位聚合3D打印的方法及装置，使反应性单体在3D打印机喷头高温原位聚合反应，形成打印材料并打印成制品。本发明所用单体为气相或者液相的流体。采用多种不同组分的单体作为可补充的流体打印材料，通过输送管路及计算机控制阀进入打印机喷头内，两种单体接触后会在3D打印机喷头发生原位聚合形成熔融状聚合物打印材料，经过喷头喷出沉积形成制品。本发明以反应性流体单体作为原料进行3D打印，能将推动3D打印技术深度发展，使反应性流体单体能应用于更多材料和结构的产品中。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种反应性单体原位聚合3D打印的方法，利用反应性单体作为原始打印介质材料，反应性单体至少包括第一反应性单体和第二反应性单体，通过输送管路及计算机控制阀，使各反应性单体通过供料系统进入打印机喷头内，多种反应性单体接触后，控制温度，在3D打印机喷头处使多种反应性单体发生原位聚合反应，形成熔融状聚合物的打印材料，经过喷头喷射直接沉积形成制品，或被挤出直接堆积形成制品；所用反应性单体为气相或者液相的流体，采用多种不同组分的反应性单体作为可补充的流体打印材料。

优选地，打印机的喷头采用螺杆式熔挤系统，喷头内的螺杆通过步进电机驱动，喷头及喷嘴外圈均有加热装置，可加热至设定的温度，靠近螺杆根部的料筒上开有两个进料口，由供料系统将流体反应性单体按设定的流量分别从两进料口输送至料筒内混合，达到设定温度后，混合的多种反应性单体在喷头内发生聚合反应，形成熔融聚合物；新生成的聚合物熔体在螺杆的剪切作用下，逐渐被前推至喷嘴处喷出，并在工作台上沉积成型；随着流体反应性单体源源不断地被输送到料筒内反应，聚合物也在不断地生成，并堆积成型，进而形成3D打印制品。