本發(fā)明涉及3d打印部件設(shè)計和高分子及其復(fù)合材料加工領(lǐng)域，具體為通過惰性氣體輔助3d打印聚合物的機構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、熔融沉積3d打印技術(shù)作為一種快速成型制造方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個商業(yè)領(lǐng)域中。在聚合物材料的3d打印過程中，仍然存在著一些亟待解決的問題，這些問題制約了聚合物材料在3d打印工藝中的選擇范圍。首先，部分聚合物由于本身彈性模量較小，在打印過程中容易發(fā)生形變，導(dǎo)致其在喉管中產(chǎn)生進料阻塞的問題。其次，某些聚合物材料在高溫熔融狀態(tài)下與空氣接觸會發(fā)生氧化變質(zhì)，這不僅會降低材料的性能，還可能影響打印件的精度和可靠性。

2、解決上述問題將為3d打印線材材料的選擇擴充范圍，而更加豐富的材料種類將使熔融沉積3d打印產(chǎn)品適用于更多的應(yīng)用場合。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法及3d打印機構(gòu)，本發(fā)明在3d打印頭設(shè)計中引入了惰性氣體通道，在3d打印過程中通入惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料周圍。首先，環(huán)繞的氣流可以使柔軟的聚合物材料盡量保持直線形態(tài)，而不會因為過度彎曲卡在喉管中；另一方面，惰性氣體將高溫聚合物材料與空氣隔離，使其不會產(chǎn)生氧化變質(zhì)。這項技術(shù)有望突破目前部分聚合物材料不能應(yīng)用于3d打印工藝的限制。新的聚合物材料將為熔融沉積3d打印工藝提供更多的功能性。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法，包括以下步驟：

4、在3d打印過程中，設(shè)置惰性氣體通道并向聚合物材料周圍通入惰性氣體，形成環(huán)繞所述聚合物材料的惰性氣體鞘；所述惰性氣體鞘的環(huán)繞氣流使低彈性模量(＜20mpa)的聚合物材料維持直線形態(tài)以避免彎曲變形導(dǎo)致的喉管阻塞，同時將所述聚合物材料的高溫熔融部分與空氣隔離以防止氧化變質(zhì)。

5、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)，用于實現(xiàn)上述3d打印方法，包括氣管接頭、進氣散熱塊、輸料口、加熱塊、通氣喉管、噴頭、密封圈；

6、氣管接頭和輸料口連接在進氣散熱塊頂部，氣管接頭用于連接惰性氣體源，輸料口用于輸入聚合物材料；

7、通氣喉管的上端通過螺紋連接于進氣散熱塊底部，通氣喉管的下端通過螺紋與加熱塊連接，加熱塊的下方通過螺紋連接有所述噴頭，通氣喉管的下端面與噴頭的上端面貼合；

8、所述進氣散熱塊內(nèi)設(shè)有氣體通道和輸料通道，氣體通道的一端與氣管接頭連通，另一端與通氣喉管連通；

9、輸料通道位于輸料口正下方，輸料通道的底部與通氣喉管的頂端連接，通氣喉管的頂部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有密封圈防止氣體泄漏；

10、該3d打印機構(gòu)能夠在3d打印過程中通過氣體通道充入惰性氣體，惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料的周圍形成惰性氣體鞘。

11、進一步的，進氣散熱塊為可替換模塊，包括雙通道進氣散熱塊或四通道進氣散熱塊，以實現(xiàn)若干材料同步惰性氣體輔助打印。

12、進一步的，所述通氣喉管的內(nèi)腔橫截面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，使惰性氣體均勻環(huán)繞所述聚合物材料。

13、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種3d打印設(shè)備，包含上述惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)。

14、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種聚合物材料3d打印制品，采用上述的3d打印方法制備，所述聚合物材料為低彈性模量材料，包括聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯中的至少一種。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

16、1.改善材料進料穩(wěn)定性：通過在3d打印頭中設(shè)計專用的惰性氣體通道，在打印過程中將惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料周圍。該環(huán)繞氣流能夠使低彈性模量、柔軟的聚合物材料保持直線形態(tài)，有效防止材料因過度彎曲而在喉管中卡塞，從而實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的進料效果。

17、2.改善噴嘴出料穩(wěn)定性：惰性氣體形成的壓力能夠更好地推動熔融物的擠出，相比擠出機推動耗材產(chǎn)生的壓力，惰性氣體產(chǎn)生的壓力分布更均勻且穩(wěn)定，有效地改善了受最大體積速度的影響產(chǎn)生的打印過程中線條缺失的問題。

18、3.防止高溫聚合物氧化變質(zhì)：采用惰性氣體形成的保護鞘隔離聚合物材料的高溫熔融部分與空氣接觸，有效防止氧化變質(zhì)問題。這不僅保證了材料在打印過程中的穩(wěn)定性，還提高了打印件的精度和可靠性。

19、4.拓寬聚合物材料選擇范圍：由于成功解決了柔性聚合物在進料過程中易變形卡塞以及高溫狀態(tài)下易發(fā)生氧化的問題，本發(fā)明使得原本不適用于熔融沉積3d打印的聚合物材料(如聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等)能夠?qū)崿F(xiàn)打印。豐富的材料種類有助于3d打印制品在功能性和應(yīng)用場景上的進一步擴展。

20、5.提升打印系統(tǒng)的靈活性與模塊化：本發(fā)明的3d打印機構(gòu)采用了模塊化設(shè)計(如可替換的雙通道或四通道進氣散熱塊)，不僅能滿足多種材料的同步惰性氣體輔助打印要求，而且使整個打印系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性和靈活性。

21、總體來說，本發(fā)明通過惰性氣體輔助送料的技術(shù)方案，既解決了低彈性模量聚合物在進料過程中的卡塞問題，又防止了高溫狀態(tài)下聚合物的氧化變質(zhì)問題，從而提高了打印過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，同時拓寬了3d打印材料的應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種惰性氣體輔助送料的3d打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.一種惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)，用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的3d打印方法，其特征在于，包括氣管接頭(1)、進氣散熱塊(2)、輸料口(3)、加熱塊(4)、通氣喉管(5)、噴頭(6)、密封圈(7)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)，其特征在于，進氣散熱塊(2)為可替換模塊，包括雙通道進氣散熱塊或四通道進氣散熱塊，以實現(xiàn)若干材料同步惰性氣體輔助打印。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)，其特征在于，所述通氣喉管(5)的內(nèi)腔橫截面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，使惰性氣體均勻環(huán)繞所述聚合物材料。

5.一種3d打印設(shè)備，其特征在于，包含如權(quán)利要求2-4中任一項所述的惰性氣體輔助送料的3d打印機構(gòu)。

6.一種聚合物材料3d打印制品，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的3d打印方法制備，所述聚合物材料為低彈性模量材料，包括聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種惰性氣體輔助送料的3D打印方法及3D打印機構(gòu)，在3D打印機構(gòu)中設(shè)計了惰性氣體通道，在3D打印過程中通入惰性氣體環(huán)繞在聚合物材料周圍。環(huán)繞的氣流可以使柔軟的聚合物材料盡量保持直線形態(tài)，而不會因為過度彎曲卡在喉管中，這解決了低彈性模量聚合物材料不能持續(xù)進料的問題。同時，惰性氣體將高溫聚合物材料與空氣隔離，使其不會產(chǎn)生氧化變質(zhì)，保證了打印件的精度和可靠性。這項技術(shù)有望突破目前部分聚合物材料不能應(yīng)用于3D打印工藝的限制。更豐富的聚合物材料種類也將拓寬3D打印制品的功能性，使其可以的應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：穆九柯,郭宇琦,郎天鴻,楊世舉
受保護的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15