熔融沉积3D打印喷头、熔融沉积3D打印方法和系统

本申请涉及3d打印，尤其涉及一种熔融沉积3d打印喷头、熔融沉积3d打印方法和系统。

背景技术：

1、通过在热塑性高分子基材中填充如碳纳米管、石墨、金属颗粒等导电填料制备导电高分子复合丝材，可直接打印具备导电、导热、电磁响应等功能的一体化零部件，是当前熔融沉积成型的主流发展方向。具体地，将固态的导电丝材送入打印喷嘴中，由打印喷嘴的加热腔将导电丝材从固态加热至熔融态，并由打印喷嘴的出料口挤出到打印平台，导电丝材在打印平台上冷却后从熔融态变为沉积态；通过逐层沉积于打印平台，最终在打印平台上堆积形成打印件，从而实现熔融沉积成型，即熔融沉积3d打印。

2、相关技术在对导电丝材进行加热时普遍采用电阻加热块。然而，熔融沉积成型逐层堆叠的工艺本质决定了，新挤出的熔体与沉积层之间的层间结合强度，完全依赖于高分子链在层间结合界面处的相互扩散与缠结程度。导电填料的引入虽然提升了成型件的整体导热速率，但沉积层的散热速率远高于纯高分子材料，熔体在沉积层上铺展后的温度骤降，而相关技术仅对打印喷嘴进行加热，其层间结合界面的有效熔融保温窗口极窄，高分子链在充分扩散缠结之前已然凝固，这导致如丝间及层间的孔隙率攀升、层间结合薄弱、成型件沿厚度方向的力学性能呈现显著的各向异性、导电通路在层间结合界面处极易发生物理断裂等现象的出现，严重影响了导电丝材的挤出稳定性、以及打印件的层间结合强度与导电连续性，从而制约了打印件的力学性能和导电性能。

技术实现思路

1、本申请实施例的主要目的在于提出一种熔融沉积3d打印喷头、熔融沉积3d打印方法和系统，旨在在确保导电丝材充分熔融以保障挤出稳定性的前提下，有效扩宽了层间结合界面的有效熔融保温窗口，从而同步增强打印件的层间结合强度和导电连续性，全面优化熔融沉积3d打印件的力学性能和导电性能。

2、为实现上述目的，本申请实施例的一方面提出了一种熔融沉积3d打印喷头，所述喷头包括：

3、打印喷嘴机构；

4、送丝机构，用于将固态的导电丝材馈入至所述打印喷嘴机构；

5、第一加热机构，用于对第一加热腔内部的导电丝材进行热传导加热；其中，所述第一加热腔为所述打印喷嘴结构中远离所述打印喷嘴结构的出料口的结构段；

6、第二加热机构，用于对第二加热腔内部的导电丝材进行涡流热加热，并对层间结合界面进行涡流热保温；其中，所述第二加热腔为所述打印喷嘴结构中接近所述出料口的结构段；

7、其中，所述导电丝材经加热熔融后由所述打印喷嘴机构挤出至位于所述喷头下方的打印平台，挤出后的导电丝材经冷却后从熔融态变为沉积态，进而在所述打印平台上堆积形成打印件；所述层间结合界面表示熔融态的导电丝材与沉积态的导电丝材之间的二维接触平面。

8、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种熔融沉积3d打印方法，所述方法应用于一种熔融沉积3d打印喷头，所述方法包括：

9、获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数；

10、在当前打印轮次中，根据所述打印工艺参数，控制所述打印喷嘴机构运动，并控制所述送丝机构将固态的导电丝材馈入至所述打印喷嘴机构，根据所述第一加热参数，控制所述第一加热机构对所述第一加热腔内部的导电丝材进行热传导加热，根据所述第二加热参数，控制所述第二加热机构对所述第二加热腔内部的导电丝材进行涡流热加热，并对所述层间结合界面进行涡流热保温；

11、若所述当前打印轮次不是最后一个打印轮次，则根据所述打印工艺参数，控制所述打印平台下降，并跳转至下一个所述打印轮次，否则控制所述打印喷嘴机构、所述送丝机构、所述第一加热机构和所述第二加热机构停止工作，沉积态的导电丝材堆积在所述打印平台上，形成打印件。

12、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种熔融沉积3d打印系统，所述系统包括：

13、上述的熔融沉积3d打印喷头；

14、获取模块，用于获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数；

15、第一处理模块，用于在当前打印轮次中，根据所述打印工艺参数，控制所述打印喷嘴机构运动，并控制所述送丝机构将固态的导电丝材馈入至所述打印喷嘴机构，根据所述第一加热参数，控制所述第一加热机构对所述第一加热腔内部的导电丝材进行热传导加热，根据所述第二加热参数，控制所述第二加热机构对所述第二加热腔内部的导电丝材进行涡流热加热，并对所述层间结合界面进行涡流热保温；

16、第二处理模块，用于若所述当前打印轮次不是最后一个打印轮次，则根据所述打印工艺参数控制所述打印平台下降，并跳转至下一个所述打印轮次，否则控制所述打印喷嘴机构、所述送丝机构、所述第一加热机构和所述第二加热机构停止工作，沉积态的导电丝材堆积在所述打印平台上，形成打印件。

17、根据本申请实施例提供的一种熔融沉积3d打印喷头、熔融沉积3d打印方法和系统，配置有打印喷嘴机构、送丝机构、第一加热机构和第二加热机构；送丝机构将导电丝材馈入至打印喷嘴机构，第一加热机构对第一加热腔内部的导电丝材进行热传导加热，第一加热腔为打印喷嘴结构中远离打印喷嘴结构的出料口的结构段，第二加热机构对第二加热腔内部的导电丝材进行涡流热加热并对层间结合界面进行涡流热保温，第二加热腔为打印喷嘴结构中接近出料口的结构段，导电丝材经加热熔融后由打印喷嘴机构挤出至打印平台，挤出后的导电丝材经冷却后从熔融态变为沉积态，进而在打印平台上堆积形成打印件；层间结合界面表示熔融态的导电丝材与沉积态的导电丝材之间的二维接触平面。根据本申请实施例的技术方案，集成有热传导与涡流热两种热源，同时实现导电丝材的均匀加热和层间结合界面的原位保温，如此可在确保导电丝材充分熔融以保障挤出稳定性的前提下，有效扩宽了层间结合界面的有效熔融保温窗口，从而同步增强打印件的层间结合强度和导电连续性，全面优化熔融沉积3d打印件的力学性能和导电性能。

18、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

1.一种熔融沉积3d打印喷头，其特征在于，所述喷头包括：

2.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所述第二加热机构包括感应线圈和感应电源，所述感应线圈与所述感应电源电性连接，所述感应线圈螺旋缠绕于所述第二加热腔，所述感应线圈的轴线与所述打印喷嘴机构的轴线重合；

3.一种熔融沉积3d打印方法，其特征在于，应用于如权利要求1-2任一项所述的熔融沉积3d打印喷头，所述方法包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一加热参数包括所述第一加热机构的期望加热温度；所述获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数，包括：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二加热参数包括作用于所述第二加热腔内部的导电丝材的磁场频率、以及作用于所述层间结合界面的磁场频率；所述获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数，包括：

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二加热参数包括作用于所述第二加热腔内部的导电丝材的磁场频率、作用于所述层间结合界面的磁场频率、作用于所述第二加热腔内部的导电丝材的感应电流、以及作用于所述层间结合界面的感应电流；所述获取打印工艺参数、第一加热参数和第二加热参数，包括：

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种熔融沉积3d打印系统，其特征在于，所述系统包括：