[发明专利]一种利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印系统及方法，红外线灯管为环形结构，通过固定装置套装在打印机喷头上，打印用的半结晶聚合物材料从红外线灯管的中心通过实现预热，打印机喷头下方的基板上设置的已打印层和未打印层通过红外线灯管实现二次加热。本发明有效改善了层与层之间的连接强度；同时起到一段时间的保温作用，能够在之前预热的基础上有效改善层间的连接。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印系统及方法。

背景技术

3D打印作为一种近几年快速发展的先进制造技术，已被广泛应用于生物医疗、航空航天以及汽车制造等领域。3D打印方法中最常见的一种低成本打印方法是熔融挤出成型法，熔融挤出成型法的主要流程是通过将连续丝材经过喷嘴加热后，达到半液态，然后挤压在平台或者之前打印层上的一种方法。熔融挤出成型法的主要优势在于其成本较低，打印速度较快，打印工艺相对简单，但是由于该方法本身所固有的较强的各向异性，使得打印件在打印方向上层与层之间的结合力明显弱于其他方向，即对于半结晶聚合物材料，在经过加热块加热挤出后，材料迅速冷却并发生凝固，使得聚合物分子链在相邻层间的扩散时间有限，层与层之间的材料无法得到良好的结合，导致熔融沉积材料在沉积方向上的连接强度无法得到保证，使得打印件的力学性能随着方向的不同而有所变化。

现阶段，提高熔融挤出成型法的层间连接强度常用方法是利用激光进行精准预热，其主要是利用激光预热产生的热量促进分子链的运动，降低已沉积层与打印层之间的温度差，使得层与层之间形成有效地结合，获得较高的连接强度。虽然激光加热的精准性好，加热效率高，但是由于其整个系统复杂；成本高；最关键的一点在于，在使用激光进行预热时，整个激光预热装置与熔融挤出成型喷头的相对位置是保持不变的，即激光预热的位置并不会跟着打印路径的切换而切换，只有当打印头朝着某个固定方向打印时，才能起到良好的预热效果，所以必然存在打印同一层的过程中激光无法提前进行预热的情况，导致层与层之间不同处的连接强度参差不齐，并且对于高熔点半结晶聚合物材料来说，喷嘴处打印材料的温度与环境温度相差较大，这样导致材料在刚刚完成打印后温度耗散很快，层与层之间的材料没有足够的时间完成扩散，造成了层与层之间较低的连接强度，这也是现阶段为了提高层间连接强度亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种在熔融挤出成型中利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印系统及方法，能够保证在打印前对已打印层进行预热并且在打印完成后对打印层进行保温的效果，有效提高打印件的层间连接强度。

本发明采用以下技术方案：

一种利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印系统，包括红外线灯管，红外线灯管为环形结构，通过固定装置套装在打印机喷头上，打印用的半结晶聚合物材料从红外线灯管的中心通过实现预热，打印机喷头下方的基板上设置的已打印层和未打印层通过红外线灯管实现二次加热。

具体的，红外线灯管的波长为2.5～25μm。

具体的，红外线灯管的功率为300～1000W。

具体的，红外线灯管的灯管内壁上设置有反射层。

进一步的，反射层采用金或铜材料制成。

具体的，固定装置上设置有环形结构的卡座，卡座能沿固定装置上下移动，红外线灯管设置在卡座上。

本发明的另一技术方案是，一种利用辐照加热提高层间连接强度的3D打印方法，利用所述的3D打印系统，包括以下步骤：

S1、将环形结构的红外线灯管通过固定装置固定在打印机喷头上，调整红外线灯管相对于基板的高度；

S2、拉伸试样，对拉伸试样进行切片处理，设置打印速度，层厚和打印温度；