一种实现温度控制的高分子材料的3D打印方法

摘要

本发明提供一种可以实现温度控制的高分子材料的3D打印方法，该打印方法由打印设备来执行，其中设备包括一个工作台(3)，工作台(3)包括能在高度方向上往复运动的建造台(5)和其上铺洒待打印的高分子材料所形成的粉床(4)；一个激光加工头(1)，其用于向高分子材料释放射线从而使材料发生熔化；一台主控制系统(6)，其中存储关于三维产品相继分层的横截面的信息；一个用于监测粉床(4)上表面温度分布的红外温度探测器(2)以及接收并处理探测器中的温度信号的信号处理装置(7)，信号处理装置(7)连接到主控制系统(6)。使用该方法实现了对高分子材料3D打印的温度控制，解决了由于高分子材料导热系数低、热积累多而引起的温度变化与材料分解问题，获得了高质量的高分子材料3D打印成型工件。

主权项

一种实现温度控制的高分子材料的3D打印方法，该打印方法由打印设备来执行，其中设备包括一个工作台(3)，工作台(3)包括能在高度方向上往复运动的建造台(5)和其上铺洒待打印的高分子材料的粉床(4)；一个激光加工头(1)，其用于向高分子材料释放射线从而使材料发生熔化；一台主控制系统(6)，其中存储关于三维产品相继分层的横截面的信息；一个用于监测粉床上表面温度分布的红外温度探测器(2)以及接收并处理探测器中的温度信号的信号处理装置(7)，信号处理装置连接到主控制系统(6)；其中上述方法包括如下步骤：步骤1：将所需成型工件的3D形体通过计算机切片处理转化为2D截面的组合，得到沿高度方向逐层扫描的运动轨迹，并载入所述主控制系统(6)；步骤2：在建造台(5)上铺洒材料粉末，使建造台(5)上的粉床(4)具有一定的厚度，刮平粉床(4)上表面，并使粉床(4)上表面与工作台(3)上表面重合；步骤3：通过主控制系统(6)调整激光加工头(1)位置，使激光加工头(1)与粉床(4)上表面待加工位置的距离满足成型过程对离焦量的要求；步骤4：调整红外温度探测器(2)的位置，使其探测目标指向粉床(4)上表面待加工位置；步骤5：通过主控制系统(6)分别设定预热过程中与成型过程中的初始激光输出功率以及激光加工头(1)沿运动轨迹的扫描速度；步骤6：对待加工层材料粉末进行预热处理，通过主控制系统(6)先后开启激光加工头(1)与红外温度探测器(2)，使激光加工头(1)沿设定的运动轨迹进行扫描，进行对应高度的2D截面的粉末预热工作；步骤7：红外温度探测器(2)实时探测预热位置温度，将温度数值反馈给信号处理装置(7)；信号处理装置(7)通过比较温度数值与所设温度上下限，将结果实时反馈给主控制系统(6)来调整激光加工头(1)的激光输出功率或扫描速度，保证预热位置温度在设定温度范围内；步骤8：完成预热工作后，通过主控制系统(6)先后关闭红外温度探测器(2)与激光加工头(1)，并将激光加工头(1)迅速移至起始位置，准备进行成型工作；步骤9：进行对应高度的2D截面的粉末成型工作，通过主控制系统(6)先后开启激光加工头(1)与红外温度探测器(2)，使激光加工头(1)沿设定的运动轨迹进行扫描，进行对应高度的2D截面的激光成型工作；步骤10：红外温度探测器(2)实时探测加工位置温度，将温度数值反馈给信号处理装置(7)；信号处理装置(7)通过比较温度数值与所设温度上下限，将结果实时反馈给主控制系统(6)来调整激光加工头(1)的激光输出功率或扫描速度，保证加工位置温度在设定温度范围内；步骤11：完成对相应高度的2D截面的成型工作，通过主控制系统(6)先后关闭红外温度探测器(2)与激光加工头(1)；步骤12：降低建造台(5)高度，粉床(4)位置随之下降，在粉床(4)上铺洒材料粉末，使新得到的粉床(4)的上表面与工作台(3)的上表面重新重合；步骤13：重复步骤6～12，直至工件整体成型完成；步骤14：取出工件，去掉多余的粉末，进行打磨、烘干处理，得到最终的成型工件。