本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)fdm3d打印制件力學(xué)性能的方法，屬于快速成型材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：快速成型(rapidprototype,rp)技術(shù)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)，是服務(wù)于制造業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的一種關(guān)鍵技術(shù)。它對(duì)促進(jìn)企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力等起著積極的推動(dòng)作用。該技術(shù)自問世以來，逐漸在世界各國的制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并由此催生出一個(gè)新興的
技術(shù)領(lǐng)域：
。3d打印技術(shù)作為一種新興的快速成型技術(shù)，主要被應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，用于替代這些領(lǐng)域的一些傳統(tǒng)的精加工工藝。另外，3d打印技術(shù)也逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物工程、建筑、服裝等領(lǐng)域，為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。目前，3d打印成型方式主要包括熔融沉積成型(fuseddepositionmodeling，fdm)、選擇性激光燒結(jié)成型(selectivelasersintering，sls)、光固化成型(stereolithographyapparatus，sla)、分層實(shí)體成型(laminatedobjectmanufacturing，lom)等技術(shù)，其中fdm發(fā)展最快。fdm是指絲狀熱塑性材料由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)噴頭，在噴頭中加熱到熔融態(tài)，經(jīng)噴嘴擠出。熔融態(tài)的絲狀材料被擠壓出來，按照三維軟件的分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠壓并在指定的位置凝固成型，逐層沉積凝固，最后形成整個(gè)三維產(chǎn)品。fdm的操作環(huán)境干凈、安全，工藝簡單、易于操作，且不產(chǎn)生垃圾，因此大大拓寬了操作場(chǎng)合。其所用原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。但是現(xiàn)階段fdm成型方式存在本質(zhì)上的缺陷。當(dāng)物料從高溫噴頭擠出后僅依靠自身重力沉積在已冷卻的下層物料上，同時(shí)迅速被冷卻產(chǎn)生一定的收縮，造成層與層之間的空隙較大，層間結(jié)合強(qiáng)度小，最終使得制件整體性能差，因此目前fdm應(yīng)用范圍被大大限制，主要集中在工藝品和手辦等行業(yè)。目前研究人員主要從打印參數(shù)和材料設(shè)計(jì)兩方面對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行探索和研究，前者通過調(diào)整打印頭的行走路徑、沉積線條的寬度、每層高度和填充度等打印參數(shù)來改善，而后者通過向基體中添加短纖維、晶須和剛性粉末等實(shí)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種增強(qiáng)fdm3d打印制件力學(xué)性能的方法，給如何提升fdm3d打印制件的力學(xué)性能提供了一種新的思路。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種增強(qiáng)fdm3d打印制件力學(xué)性能的方法，其特征在于：制備3d打印線材時(shí)，向高分子基體中添加熱膨脹微球，通過后期對(duì)3d打印制件進(jìn)行加熱使得微球輕微膨脹，推動(dòng)基體移動(dòng)，從而減小制件內(nèi)部沉積線條之間的空隙，提升力學(xué)性能；所述高分子基體的熔點(diǎn)應(yīng)低于熱膨脹微球的起始膨脹溫度，以確保在制備3d打印線材時(shí)微球不膨脹。所述熱膨脹微球的外殼是高分子聚合物，內(nèi)部是碳?xì)浠衔铮谑軣崆闆r下，外殼軟化，碳?xì)浠衔镉梢簯B(tài)氣化，從而使外殼膨脹增大。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明取得的有益效果是：1)適用范圍廣，工藝簡單，原料成本低廉，易于批量化操作；2)通過調(diào)節(jié)加熱溫度和加熱時(shí)間，膨脹程度可控?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明描述的方法為增強(qiáng)fdm3d打印制件力學(xué)性能開辟了一種新的思路。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的說明：圖1為熱膨脹微球的工作原理圖；圖2為未添加熱膨脹高分子微球時(shí)fdm3d打印制件的截面sem圖；圖3為添加2％熱膨脹高分子微球時(shí)fdm3d打印制件的截面sem圖；圖4為添加2％熱膨脹高分子微球時(shí)fdm3d打印制件在140℃下加熱120s的截面sem圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本
發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明：為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明。采用改性聚乙烯蠟作為基體，其熔融指數(shù)為19g/10min，熔點(diǎn)約95℃；采用akzonobelexpancel930du120熱膨脹微球，其起始膨脹溫度為120℃。將2％膨脹微球加入基體中，混合均勻，通過雙螺桿共混制備fdm3d打印線材，線材直徑約1.75mm。將制備的線材放入fdm3d打印機(jī)進(jìn)行打印，打印參數(shù)：噴嘴溫度100℃，噴嘴直徑0.5mm，每層高度0.2mm，填充度100％。采用平板壓機(jī)對(duì)3d打印制件進(jìn)行熱處理，為避免制件直接和壓機(jī)接觸，采用低熱傳導(dǎo)系數(shù)的絲網(wǎng)固定在壓機(jī)中，使得制件受熱均勻，加熱溫度140℃，加熱時(shí)間120s。從附圖可以看出未添加熱膨脹微球的制件內(nèi)部空隙較大，而添加2％熱膨脹微球之后，空隙明顯減小。經(jīng)過熱處理之后，微球膨脹，推動(dòng)基體材料填補(bǔ)空隙，使得空隙進(jìn)一步減小。表1力學(xué)性能的比較未添加添加2％未熱處理添加2％且熱處理拉伸強(qiáng)度/mpa2.232.403.01壓縮強(qiáng)度/mpa1.802.193.49技術(shù)特征：技術(shù)總結(jié)本發(fā)明提供一種增強(qiáng)FDM?3D打印制件力學(xué)性能的方法，為如何提升FDM?3D打印制件的力學(xué)性能開辟了一種新的思路。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：制備3D打印線材時(shí)，向高分子基體中添加熱膨脹微球，通過后期對(duì)3D打印制件進(jìn)行加熱使得微球輕微膨脹，推動(dòng)基體移動(dòng)，從而減小制件內(nèi)部沉積線條之間的空隙，提升力學(xué)性能。技術(shù)研發(fā)人員：王劍磊受保護(hù)的技術(shù)使用者：福建科盛工貿(mào)有限公司技術(shù)研發(fā)日：2017.04.12技術(shù)公布日：2017.09.15