一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统，包括料仓，以及设置于所述料仓底部的喷头；加热模块，沿所述料仓的竖直方向，形成对所述料仓内的超高分子量聚合物进行加热的加热区域；所述加热区域自所述料仓的顶部向底部一侧，温度逐渐递增；所述加热区域，自所述料仓的顶部向底部一侧，依次分为第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域。本实用新型专利技术提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统，将超高分子量聚合物加热至熔融状态并挤出成型，具有适应温度区间跨度大，对环境适应性强，节省材料，打印成型结构灵活多变等，此外通过设置呈梯度变化的加热区域，避免了在熔融状态的超高分子量聚合物膨胀变形。

A rapid prototyping device and system of ultra high molecular weight polymer

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统
本技术属于高分子材料成型
，具体地说，涉及一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统。
技术介绍
3D打印是一个通俗的概念，是快速成型技术的一种，产生于20世纪80年代后期。该技术集机械工程，材料工程，数控技术，激光技术等多项技术一体，采用材料累加法制造零件原型。其原理是先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，形成数字化模型，然后将三维模型分解为逐层的二维截面，通过软件与数控系统将打印材料逐层堆积固化，制造出实体产品。比较主流的方法包括光固化立体成形(StereoLithographyApparatus,SLA)、分层实体制造(LaminatedObjectManufacturing,LOM)、选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,LS)、熔积成形(FusedDepositionModeling，FDM)等。相较于传统的制造方法，3D打印技术可以忽略产品部件的外形复杂程度；制造快速，可实现产品设计与模具生产的同步进行，提高研发效率，缩短设计周期；原材料利用率极高，接近100％。基于上述优点，该技术在汽车、家电、通讯、航空、工业造型、医疗、考古等行业得到日益广泛的应用。3D打印使用的材料从光敏树脂、ABS、类ABS、蜡型、玻璃纤维等塑料类材料，到不锈钢、铝合金、铁镍合金、钴铬钼合金等金属类材料，种类相比过去已有所丰富，但是与传统制造所使用的材料相比仍有差距，作为新一代工程塑料，超高分子量聚合物具有比强度高、韧性好、耐磨损、耐腐蚀、耐低温、耐应力开裂、抗冲击、抗粘附以及自润滑等诸多优异性能，因此在工农业生产、医药以及国防建设等方面发挥着越来越重要的作用。然而，这类材料具有极高的分子量，以及超长、缠结的分子链，熔体呈高弹态，熔融指数近似为零；成型温度范围窄，易氧化降解；临界剪切速率低、摩擦系数小，因此不易成型加工。近些年，激光技术因具有精度高、速度快、周期短、无需模具等优点，因此在材料加工领域中尤其是在高分子材料的快速成型中的应用发展迅猛，但在实际应用和研究中发现，超高分子量聚合物的激光快速成型存在如下问题：第一、超高分子量聚合物在成型前处于离散堆积的粉末状态，粉末颗粒之间存在大量空隙。由于空气是热的不良导体，因此会影响成型过程中热量的传导。此外，聚合物熔融状态下流动性极差，颗粒间的相对位置变化小，成型件内部存在大量气孔，致密度低，严重影响成型质量。第二、超高分子量聚合物的加工温度范围较窄，对激光能量密度、烧结位置温度更为敏感。当激光能量密度较高时，烧结位置的温度过高，使得聚合物氧化分解，发生断链反应而形成双键、自由基等。分子键的断裂，会导致成型件性能下降。同时，分子链与结晶度也密切相关，结晶度又会影响到制品的刚度、拉伸强度、硬度、耐热性、抗溶性、气密性以及耐化学腐蚀性等，有时甚至直接导致成型件作废。申请号为CN201410181568.8的中国专利公开了一种用于精确控温的高分子材料紫外激光3D打印方法及装置。其装置包括：恒温箱，激光头，非接触式温度监测装置，扫描振镜，加工平台，铺粉装置，加工材料，计算机控制系统。其中激光头采用双管芯结构，内管与外管同轴固定，并在两管之间固定一片或多片渐变中性滤波片，所述滤波片激光透过率由内管到外观的径向降低。申请号为CN201510428966.X的中国专利公开了一种实现超高分子量聚合物激光快速成型的装置及方法，该装置包括：激光发射端，出射用于辐照超高分子量聚合物粉末并使其熔化的激光束；压辊，用于对激光束烧结位置的超高分子量聚合物进行压实；红外测温仪，用于监测所述烧结位置的温度变化；信号处理装置，用于根据温度信号反馈工艺参数调整信号给主控制系统；主控制系统，根据工艺参数调整信号控制激光发射端和压辊。上述现有技术虽然提出了关于超高分子量聚合物的快速成型方法，但在实际应用中依然存在着诸多的问题，例如上述现有技术均采用了激光烧结粉床的方式实现超高分子量聚合物的快速成型，该方法的激光只能提供20-30度的温度差，无法打印大跨度温差的材料，同时铺粉的方式浪费过多的材料，且多数情况下是新旧粉混合使用，对成型工件的质量存在影响，此外激光烧结粉床的方式对环境温度要求较为严格，需要在温室或封闭空间内才能实现打印，并且铺粉的方法无法打印封闭结构，应用场合有限。因此，有必要对现有技术的不足和缺陷进行改进，提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置及快速成型系统，采用高温熔融的方式，将超高分子量聚合物加热至熔融状态并挤出成型，具有适应温度区间跨度大，对环境适应性强，节省材料，且打印成型结构灵活多变等特点，此外通过设置呈梯度变化的加热区域，避免了在熔融状态的超高分子量聚合物膨胀变形，无法挤出的问题。有鉴于此特提出本技术。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的超高分子量聚合物的快速成型装置。本技术的另一个目的在于提供一种超高分子量聚合物的快速成型系统。为解决上述技术问题，本技术采用技术方案的基本构思是：一种超高分子量聚合物的快速成型装置，包括料仓，以及设置于所述料仓底部的喷头；加热模块，沿所述料仓的竖直方向，形成对所述料仓内的超高分子量聚合物进行加热的加热区域；所述加热区域自所述料仓的顶部向底部一侧，温度逐渐递增。其中，所述加热区域，自所述料仓的顶部向底部一侧，依次至少分为第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域；所述第一加热区域、所述第二加热区域和所述第三加热区域的加热温度依次递增；在一个实施方案中，在所述第一加热区域、所述第二加热区域和所述第三加热区域中任意加热区域内，对超高分子量聚合物的加热为均匀加热；在一个实施方案中，在所述第三加热区域内，超高分子量聚合物处于熔融状态；在一个实施方案中，所述第一加热区域的加热范围与所述第二加热区域和所述第三加热区域的加热范围总和的比值介于1:3和1:1之间；在一个实施方案中，所述第二加热区域和所述第三加热区域的加热范围比值介于1:5和1:1之间；在一个实施方案中，所述加热模块的加热温度为100℃至450℃之间；在一个实施方案中，所述加热模块为加热丝。此外，还包括温度检测装置，设置于所述加热模块的所述第三加热区域内，用于检测所述加热模块的温度；在一个实施方案中，所述喷头通过所述加热模块的热传递或者设置于所述喷头的加热装置实现所述喷头的加热。一种超高分子量聚合物的快速成型系统，包括上述任一所述的超高分子量聚合物的快速成型装置；工作台，用于盛放所述快速成型装置挤出的超高分子量聚合物；传动系统，驱动所述快速成型装置和所述工作台在三维空间内移动；控制系统，分别与所述快速成型装置、所述工作台和所述传动系统连接，并存储成型工件的三维形体信息。上述所述的超高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：包括/n料仓(2)，以及设置于所述料仓(2)底部的喷头(3)；/n加热模块(5)，沿所述料仓(2)的竖直方向，形成对所述料仓(2)内的超高分子量聚合物进行加热的加热区域；/n所述加热区域自所述料仓(2)的顶部向底部一侧，温度逐渐递增。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：包括
料仓(2)，以及设置于所述料仓(2)底部的喷头(3)；
加热模块(5)，沿所述料仓(2)的竖直方向，形成对所述料仓(2)内的超高分子量聚合物进行加热的加热区域；
所述加热区域自所述料仓(2)的顶部向底部一侧，温度逐渐递增。


2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：
所述加热区域，自所述料仓(2)的顶部向底部一侧，依次至少分为第一加热区域(501)、第二加热区域(502)和第三加热区域(503)；
所述第一加热区域(501)、所述第二加热区域(502)和所述第三加热区域(503)的加热温度依次递增。


3.根据权利要求2所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：在所述第一加热区域(501)、所述第二加热区域(502)和所述第三加热区域(503)中任意加热区域内，对超高分子量聚合物的加热为均匀加热。


4.根据权利要求2所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：在所述第三加热区域(503)内，超高分子量聚合物处于熔融状态。


5.根据权利要求2所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：
所述第一加热区域(501)的加热范围与所述第二加...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永梅，向前，武炎，马远远，张京楠，曹新宇，郑鲲，叶钢，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11