CN112008969A - 超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法 - Google Patents

超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法，包括料仓，以及设置于所述料仓底部的喷头；滚压组件，能够对所述喷头挤出的超高分子量聚合物进行压实；所述滚压组件包括压辊，通过在所述喷头挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；固定座，用于实现所述压辊的固定；所述固定座能够在所述料仓的高度方向上移动。本发明提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法，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，成型结构灵活多变，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的问题。

Description

超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法
技术领域
本发明属于高分子材料成型技术领域，具体地说，涉及一种超高分子量聚合物的快速成型装置、***及其控制方法。
背景技术
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***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(Stereo LithographyApparatus,SLA)、分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,LS)、熔积成形(Fused Deposition Modeling，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***。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***；主控制***，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、***及其控制方法，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，同时通过增设滚压组件，将超高分子量聚合物碾压粘实，避免了超高分子量聚合物粘性较差，层与层之间粘接性不强的问题。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明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。
本发明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***。
本发明的再一个目的在于提供一种超高分子量聚合物快速成型***的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明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；
滚压组件，能够对所述喷头挤出的超高分子量聚合物进行压实。
其中，所述滚压组件包括
压辊，通过在所述喷头挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；
固定座，用于实现所述压辊的固定；
在一个实施方案中，所述固定座能够在所述料仓的高度方向上移动。
此外，还包括加热模块形成自所述料仓的顶部向底部一侧，温度逐渐递增的加热区域；
在一个实施方案中，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。
并且，
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***，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***，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***，分别与所述快速成型装置、所述工作台和所述传动***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量聚合物快速成型***的控制方法，包括
步骤101，将超高分子量聚合物填充至所述快速成型装置的料仓内后，将所述快速成型装置放置于工作位置，并与所述传动***连接；
步骤102，在所述控制***内选择所需的成型工件，并设置打印参数；
步骤103，通过所述控制***，将所需成型工件的三维形体切片化处理，转化为二维分层横截面信息，并得到沿高度方向逐层扫描的运动轨迹；
步骤104，启动所述快速成型装置的加热模块，温度检测装置实时检测所述加热模块的温度，并将数据传输至所述控制***；
步骤105，所述加热模块的温度达到预设温度时，所述控制***将成型工件的二维分层横截面的运动轨迹传输至所述传动***，所述传动***将所述快速成型装置移动至初始位置；
步骤106，送料杆自所述料仓的顶部向底部移动，推动所述料仓内的超高分子量聚合物，熔融状态的超高分子量聚合物自喷头挤出；
步骤107，所述传动***按照成型工件的二维分层横截面的运动轨迹完成本层的打印；
步骤1071，滚压组件随着所述快速成型装置的移动，将所述喷头挤出的超高分子量聚合物压实；
步骤108，打印完本层后，所述传动***将所述快速成型装置移动至所述初始位置，并沿高度方向移动所述快速成型装置或所述工作台至下一层；
步骤109，重复步骤106至步骤108，直至成型工件的整体打印完成；
步骤110：取出工件，得到最终的成型工件。
其中，步骤1071中，所述滚压组件包括
压辊，通过在所述喷头挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；
固定座，用于实现所述压辊的固定；
在一个实施方案中，所述固定座能够在所述料仓的高度方向上移动。
此外，步骤104中，
所述加热模块对应所述快速成型装置的所述料仓，形成有加热区域；
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，所述加热模块为加热丝；
在一个实施方案中，步骤105中的所述预设温度范围在100℃至450℃之间。
同时，步骤104还包括
步骤1041，对所述工作台进行加热，直至设定温度；
在一个实施方案中，所述工作台的所述设定温度为20℃至200℃。
并且，步骤108还包括
步骤1081，用于盛放超高分子量聚合物的所述快速成型装置为至少两个；
当其中一个所述快速成型装置中的超高分子量聚合物消耗完毕后，所述控制***启动其他还盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置，并跳转回步骤104开始执行；
在一个实施方案中，在步骤1081的所述快速成型装置切换过程中，每个所述快速成型装置至少具有高度位移和水平位移两种模式；
超高分子量聚合物消耗完毕后的所述快速成型装置，先执行高度位移，后执行水平位移，进而实现从所述工作位置的离开；
盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置，先执行水平位移，达到所述工作位置后，执行高度位移。
另外，超高分子量聚合物为丝材、粉体、粒料中的一种或几种的组合。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置及其使用方法，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，同时通过增设滚压组件，将超高分子量聚合物碾压粘实，避免了超高分子量聚合物粘性较差，层与层之间粘接性不强的问题。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
在附图中：
图1是本发明超高分子量聚合物的快速成型装置第一装配示意图；
图2是本发明超高分子量聚合物的快速成型装置第二装配示意图；
图3是本发明超高分子量聚合物的快速成型装置第三装配示意图；
图4是本发明快速成型装置的料仓第一示意图；
图5是本发明快速成型装置的料仓第二示意图；
图6是本发明快速成型装置组合装配第一示意图；
图7是本发明快速成型装置组合装配第二示意图。
图中：1、快速成型装置；2、料仓；201、第一环形部；202、第二环形部；3、喷头；4、送料杆；5、加热模块；501、第一加热区域；502、第二加热区域；503、第三加热区域；6、辅助加热装置；7、滚压组件；701、压辊；702、固定座；8、温度检测装置；9、工作台；10、传动***；11、控制***。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1至图3为本发明超高分子量聚合物的快速成型装置1第一、第二和第三示意图，从图中可以看出，控制***11、传动***10、工作台9和快速成型装置1组成了超高分子量聚合物的成型装置，本发明所述的控制***11包括了计算机，以及通过数据线或者无线网络装置与设备连接时所需的电器元件及相关设备，由于在本领域中，3D打印等相关控制已较为成熟，因此本发明未做详细的描述，本领域技术人员可以理解为，通过控制***11实现成型工件的分层切割以及向传动***10中的数据传输和相应的控制等，在传动***10中，包括伺服电机或者步进电机等动力元件，以及皮带、带轮、齿轮等传动部件，这些在3D打印机上也较为常见，因此本发明未做详细描述，本发明所述的传动***10，其主要功能在于实现快速成型装置1与工作台9在三维空间内的移动，进而实现成型工件的打印成型，而在实际应用中，工作台9和快速成型装置1的具体传动方案并不影响本发明功能的实现，但凡能实现在三维空间内的成型打印即可。
进一步地，在图中可以看到，本发明还设置有辅助加热装置6和温度检测装置8，其中辅助加热装置6为从喷头3挤出的超高分子量聚合物进行二次加热，使其在打印成型的过程中，能够保持一个易于成型的温度，且保持时间足够长，避免了过量的热交换带来的成型结构不稳固，超高分子量聚合物之间粘结不牢等问题，同时通过在快速成型装置1的外部设置温度检测装置8，还能准确地测得喷头3挤出的温度，在本发明中，在料仓2内部靠近加热模块5的位置也设置有温度检测装置8。
还进一步地，由于超高分子量聚合物的物理性质，其不同打印层之间的超高分子量聚合物粘结度较差，因此在二次加热的同时，还要对其施加外力，以使不同打印层之间的超高分子量聚合物粘结更加牢固，图3中所示，在喷头3附近设置有滚压组件7，滚压组件7包括压辊701和固定座702，压辊701为能够在打印层上滚动，进而实现喷头3挤出的超高分子量聚合物与上一层的超高分子量聚合物的压紧粘合，使之打印出的结构更加稳固。
再进一步地，所述喷头3通过所述加热模块5的热传递或者所述喷头3自身的加热装置实现所述喷头3的加热，具体来说超高分子量聚合物通过所述喷头3时，喷头3的温度也须接近第三加热区503的温度，这样设置才能保证超高分子量聚合物从所述喷头3挤出时的状态，对所述喷头3的加热可以通过所述加热模块5的热传递，或者在所述喷头3上设置加热装置，直接对所述喷头3进行加热，使喷头3达到第三加热区503的温度。
图4和图5为本发明快速成型装置1的料仓2第一和第二示意图，主要展示料仓2的内部结构，从图4和图5中可以看出，本发明所述料仓2分为两种结构，主要以加热模块5的安装位置进行区分，图4中为加热模块5安装于料仓2的外部，图5中为加热模块5安装于料仓2的内部，图中还可以看到，加热模块5在料仓2的高度方向上形成有至少三段加热区域，分别为第一加热区域501、第二加热区域502和第三加热区域503，每个加热区的温度不同，由于超高分子量聚合物加热到熔融状态后，易膨胀，且挤出强大较大，常规的挤出机无法实现熔融状态的超高分子量聚合物的挤出，而本发明通过将料仓2的加热区域设置为三个，使超高分子量聚合物添加到料仓2后，得到预热的过程，避免温度突然升高带来超高分子量聚合物膨胀、挤出压力变大的同时，超高分子量聚合物在料仓2内依然可以获得很好的加热环境，在第三加热区域503内，超高分子量聚合物被加热至熔融状态，在第二加热区域502和第一加热区域501的超高分子量聚合物将处在第三加热区域503的熔融状态的超高分子量聚合物从喷头3挤出，熔融状态的超高分子量聚合物所占料仓2的比例小，且有足够的预热空间，保证了挤出的同时，避免了熔融状态的超高分子量聚合物膨胀的问题。
进一步地，本发明将加热模块的加热区域分为第一加热区域501、第二加热区域502和第三加热区域503，在实际应用中，根据不同超高分子量聚合物的性质，可以根据需要将加热模块的加热区域范围三个以上或者三个以下，设置加热区域的主要目的在于防止超高分子量聚合物进入熔融状态过早，而导致挤出时熔融状态下的超高分子量聚合物膨胀，导致无法挤出的问题。
图6和图7为本发明快速成型装置1组合装配第一和第二示意图，主要展示快速成型装置1切换过程中的组合情况，当其中一个所述快速成型装置1中的超高分子量聚合物消耗完毕后，所述控制***11启动其他还盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，从图中可以看出，每个所述快速成型装置1至少具有高度位移和水平位移两种模式，高度位移传动***10实现，而水平位移通过快速成型装置1的内部组合方式实现，图6的水平位移主要通过平移的方式实现，图7的水平位移主要通过转动实现，超高分子量聚合物消耗完毕后的所述快速成型装置1，先执行高度位移，后执行水平位移，进而实现从所述工作位置的离开，盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，先执行水平位移，达到所述工作位置后，执行高度位移，在图6和图7中，仅仅对快速成型装置1的设置位置进行了展示，由于驱动装置以及如何实现传动，在传动领域均属较为常见，也不是本发明的发明点，因此没有做出过多的赘述。
本发明提供一种超高分子量聚合物的快速成型装置1及其使用方法，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，同时通过增设激光辅助加热，避免了挤出的超高分子量聚合物热量损失较大，粘连性不好，成型质量差的问题；并且通过增设滚压组件7，将超高分子量聚合物碾压粘实，避免了超高分子量聚合物粘性较差，层与层之间粘接性不强的问题。
实施例一
如图1至图5所示，本实施例所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置1，包括料仓2，内部设置有用于盛放超高分子量聚合物的腔室；喷头3，设置于所述料仓2的底部；送料杆4，设置为能够自所述料仓2的顶部伸入或伸出，用于将熔融状态的超高分子量聚合物，自所述喷头3挤压出所述料仓2；加热模块5，形成自所述料仓2的顶部向底部喷头3一侧，温度逐渐递增的加热区域。
其中，所述加热区域，自所述料仓2的顶部向底部一侧，依次分为第一加热区域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内的超高分子量聚合物，处于放入所述料仓2时的原始状态；所述第二加热区域502内的超高分子量聚合物，处于原始状态向熔融状态的过渡状态；所述第三加热区域503内的超高分子量聚合物，处于熔融状态。
实施例二
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一为基础，本实施例所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置1，其所述的第一加热区域501的加热范围与所述第二加热区域502和所述第三加热区域503的加热范围总和的比值介于1:3和1:1之间；所述第二加热区域502和所述第三加热区域503的加热范围比值介于1:5和1:1之间。
实施例三
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一或实施例二为基础，本实施例所述加热模块5为与所述料仓2配合的加热丝；所述加热模块5的加热温度为100℃至450℃之间。
实施例四
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一至实施例三任一所述实施例为基础，还包括温度检测装置8，设置于所述加热模块5的所述第三加热区域503内，用于检测所述加热模块5的温度，如图2所示，在快速成型装置1的外部也设置有温度检测装置8，用于实现对喷头3基础的超高分子量聚合物以及打印成型的超高分子量聚合物的温度进行检测。
实施例五
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一至实施例四任一所述实施例为基础，本实施例所述料仓2为中空结构，中空结构形成盛放超高分子量聚合物的腔室；所述送料杆4，为杆状结构，与所述料仓2的中空结构相配合；所述喷头3设置于中空结构的底部；所述加热模块5，环置于所述料仓2的外部。
或者，所述料仓2包括第一环形部201和套置于所述第一环形部201外侧的第二环形部202；所述第一环形部201与所述第二环形部202之间的间隙形成盛放超高分子量聚合物的腔室；所述送料杆4为杆状结构，与所述第一环形部201与所述第二环形部202之间的间隙形状相配合；所述喷头3与所述第二环形部202连接；所述加热模块5，设置于所述料仓2的所述第一环形部201的内部。
图4和图5为本发明快速成型装置1的料仓2第一和第二示意图，主要展示料仓2的内部结构，从图4和图5中可以看出，本发明所述料仓2分为两种结构，主要以加热模块5的安装位置进行区分，图4中为加热模块5安装于料仓2的外部，图5中为加热模块5安装于料仓2的内部，图中还可以看到，加热模块5在料仓2的高度方向上形成有三段加热区域，分别为第一加热区域501、第二加热区域502和第三加热区域503，每个加热区的温度不同，由于超高分子量聚合物加热到熔融状态后，易膨胀，且挤出强大较大，常规的挤出机无法实现熔融状态的超高分子量聚合物的挤出，而本发明通过将料仓2的加热区域设置为三个，使超高分子量聚合物添加到料仓2后，得到预热的过程，避免温度突然升高带来超高分子量聚合物膨胀、挤出压力变大的同时，超高分子量聚合物在料仓2内依然可以获得很好的加热环境，在第三加热区域503内，超高分子量聚合物被加热至熔融状态，在第二加热区域502和第一加热区域501的超高分子量聚合物将处在第三加热区域503的熔融状态的超高分子量聚合物从喷头3挤出，熔融状态的超高分子量聚合物在料仓2中，所占到的比例小，且有足够的预热空间，保证了挤出的同时，避免了熔融状态的超高分子量聚合物膨胀的问题。
实施例六
本实施例以上述实施例五为基础，本实施例所述送料杆4为柱塞式杆状结构或螺纹式杆状结构。
实施例七
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一至实施例六任一所述实施例为基础，本实施例所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置1，还包括辅助加热装置6，用于对所述喷头3挤出的超高分子量聚合物进行二次加热；所述辅助加热装置6发射的激光为环形中空光束；所述辅助加热装置6发射的环形中空光束，能够发射至所述喷头3挤出的超高分子量聚合物的位置；所述环形中空光束的中空部分，不小于对应所述喷头3挤出的超高分子量聚合物的直径，由于喷头3将超高分子量聚合物寄出后，超高分子量聚合物与外界环境进行热交换，造成超高分子量聚合物的外部温度较低，而内部温度较高，加之超高分子量聚合物本身的性质，使得不同打印层之间的超高分子量聚合物不容易粘合，本发明通过环形的中空光束对喷头3挤出的超高分子量聚合物的二次加热，使得超高分子量聚合物的外部温度也能保持在一个较高的温度上，与从喷头3挤出的超高分子量聚合物内部的温度相当，在挤压粘合的过程中能够保持在一个易于粘合的状态，提升成型后的结构强度。
图1至图3为本发明超高分子量聚合物的快速成型装置1第一、第二和第三示意图，从图中可以看出，本发明还设置有辅助加热装置6和温度检测装置8，其中辅助加热装置6为从喷头3挤出的超高分子量聚合物进行二次加热，使其在打印成型的过程中，能够保持一个易于成型的温度，且保持时间足够长，避免了过量的热交换带来的成型结构不稳固，超高分子量聚合物之间粘结不牢等问题，同时通过在快速成型装置1的外部设置温度检测装置8，还能准确地测得喷头3挤出的温度，在本发明中，在料仓2内部靠近加热模块5的位置也设置有温度检测装置8。
实施例八
如图1至图5所示，本实施例以上述实施例一至实施例七任一所述实施例为基础，本实施例所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置1，还包括滚压组件7，用于对所述喷头3挤出的超高分子量聚合物进行压实；所述滚压组件7包括压辊701，通过在所述喷头3挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；固定座702，用于实现所述压辊701的固定；所述固定座702能够在所述料仓2的高度方向上移动。
图1至图3为本发明超高分子量聚合物的快速成型装置1第一、第二和第三示意图，从图中可以看出，由于超高分子量聚合物的物理性质，其不同打印层之间的超高分子量聚合物粘结度较差，因此在二次加热的同时，还要对其施加外力，以使不同打印层之间的超高分子量聚合物粘结更加牢固，图3中所示，在喷头3附近设置有滚压组件7，滚压组件7包括压辊701和固定座702，压辊701为能够在打印层上滚动，进而实现喷头3挤出的超高分子量聚合物与上一层的超高分子量聚合物的压紧粘合，使之打印出的结构更加稳固。
实施例九
本实施例以上述实施例一至实施例八任一所述实施例为基础，本实施例所述一种超高分子量聚合物的快速成型方法，包括，
工作台9，用于盛放所述快速成型装置1挤出的超高分子量聚合物；
传动***10，驱动所述快速成型装置1和所述工作台9在三维空间内移动；
控制***11，分别与所述快速成型装置1、所述工作台9和所述传动***10连接，并存储成型工件的三维形体信息；
还包括
步骤101，将超高分子量聚合物填充至所述快速成型装置1的料仓2内后，将所述快速成型装置1放置于工作位置，并与所述传动***10连接；
步骤102，在所述控制***11内选择所需的成型工件，并设置打印参数；
步骤103，通过所述控制***11，将所需成型工件的三维形体切片化处理，转化为二维分层横截面信息，并得到沿高度方向逐层扫描的运动轨迹；
步骤104，启动所述快速成型装置1的加热模块5，温度检测装置8实时检测所述加热模块5的温度，并将数据传输至所述控制***11；
步骤105，所述加热模块5的温度达到预设温度时，所述控制***11将成型工件的二维分层横截面的运动轨迹传输至所述传动***10，所述传动***10将所述快速成型装置1移动至初始位置；
步骤106，送料杆4自所述料仓2的顶部向底部移动，推动所述料仓2内的超高分子量聚合物，熔融状态的超高分子量聚合物自喷头3挤出；
步骤1061，所述控制***11启动辅助加热装置6，所述辅助加热装置6对喷头3挤出的超高分子量聚合物进行二次加热；
步骤107，所述传动***10按照成型工件的二维分层横截面的运动轨迹完成本层的打印；
步骤1071，滚压组件7随着所述快速成型装置1的移动，将所述喷头3挤出的超高分子量聚合物压实；
步骤108，打印完本层后，所述传动***10将所述快速成型装置1移动至所述初始位置，并沿高度方向移动所述快速成型装置1或所述工作台9至下一层；
步骤109，重复步骤106至步骤108，直至成型工件的整体打印完成；
步骤110：取出工件，得到最终的成型工件。
实施例十
本实施例以上述实施例九为基础，本实施例所述步骤104中，所述加热模块5对应所述快速成型装置1的所述料仓2，形成有加热区域；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内的超高分子量聚合物，处于放入所述料仓2时的原始状态；所述第二加热区域502内的超高分子量聚合物，处于原始状态向熔融状态的过渡状态；所述第三加热区域503内的超高分子量聚合物，处于熔融状态；所述第一加热区域501的加热范围与所述第二加热区域502和所述第三加热区域503的加热范围总和的比值介于1:3和1:1之间；所述第二加热区域502和所述第三加热区域503的加热范围比值介于1:5和1:1之间。
实施例十一
本实施例以上述实施例九或实施例十为基础，本实施例所述步骤104还包括步骤1041，对所述工作台9进行加热，直至设定温度；所述工作台9的所述设定温度为20℃至200℃。
实施例十二
本实施例以上述实施例九至实施例十一任一所述实施例为基础，本实施例所述步骤105中的所述预设温度范围在100℃至450℃之间；超高分子量聚合物为丝材、粉体、粒料中的一种或几种的组合。
实施例十三
本实施例以上述实施例九至实施例十二任一所述实施例为基础，本实施例所述步骤1061中，所述辅助加热装置6发射的激光为环形中空光束；所述辅助加热装置6发射的环形中空光束，能够发射至所述喷头3挤出的超高分子量聚合物的位置；所述环形中空光束的中空部分，不小于对应所述喷头3挤出的超高分子量聚合物的直径。
实施例十四
本实施例以上述实施例九至实施例十三任一所述实施例为基础，本实施例所述步骤1071中，所述滚压组件7包括压辊701，通过在所述喷头3挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；固定座702，用于实现所述压辊701的固定；所述固定座702能够在所述料仓2的高度方向上移动。
实施例十五
本实施例以上述实施例九至实施例十四任一所述实施例为基础，本实施例所述步骤108还包括步骤1081，用于盛放超高分子量聚合物的所述快速成型装置1为至少两个；当其中一个所述快速成型装置1中的超高分子量聚合物消耗完毕后，所述控制***11启动其他还盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，并跳转回步骤104开始执行。
实施例十六
本实施例以上述实施例十五为基础，本实施例所述在步骤1081的所述快速成型装置1切换过程中，每个所述快速成型装置1至少具有高度位移和水平位移两种模式；超高分子量聚合物消耗完毕后的所述快速成型装置1，先执行高度位移，后执行水平位移，进而实现从所述工作位置的离开；盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，先执行水平位移，达到所述工作位置后，执行高度位移。
图6和图7为本发明快速成型装置1组合装配第一和第二示意图，主要展示快速成型装置1切换过程中的组合情况，当其中一个所述快速成型装置1中的超高分子量聚合物消耗完毕后，所述控制***11启动其他还盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，从图中可以看出，每个所述快速成型装置1至少具有高度位移和水平位移两种模式，高度位移传动***10实现，而水平位移通过快速成型装置1的内部组合方式实现，图6的水平位移主要通过平移的方式实现，图7的水平位移主要通过转动实现，超高分子量聚合物消耗完毕后的所述快速成型装置1，先执行高度位移，后执行水平位移，进而实现从所述工作位置的离开，盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置1，先执行水平位移，达到所述工作位置后，执行高度位移，在图6和图7中，仅仅对快速成型装置1的设置位置进行了展示，由于驱动装置以及如何实现传动，在传动领域均属较为常见，也不是本发明的发明点，因此没有做出过多的赘述。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

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)；
滚压组件(7)，能够对所述喷头(3)挤出的超高分子量聚合物进行压实。
2.根据权利要求1所述的超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：所述滚压组件(7)包括
压辊(701)，通过在所述喷头(3)挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；
固定座(702)，用于实现所述压辊(701)的固定；
优选地，所述固定座(702)能够在所述料仓(2)的高度方向上移动。
3.根据权利要求1或2所述的超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：还包括
加热模块(5)形成自所述料仓(2)的顶部向底部一侧，温度逐渐递增的加热区域；
优选地，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；
更优选地，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；
还优选地，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；
再优选地，所述第一加热区域(501)的加热范围与所述第二加热区域(502)和所述第三加热区域(503)的加热范围总和的比值介于1:3和1:1之间；
又优选地，所述第二加热区域(502)和所述第三加热区域(503)的加热范围比值介于1:5和1:1之间；
又一次优选地，所述加热模块(5)的加热温度为100℃至450℃之间；
再一次优选地，所述加热模块(5)为加热丝。
4.根据权利要求3所述的超高分子量聚合物的快速成型装置，其特征在于：
还包括温度检测装置(8)，设置于所述加热模块(5)的所述第三加热区域(503)内，用于检测所述加热模块(5)的温度；
优选地，所述喷头(3)通过所述加热模块(5)的热传递或者设置于所述喷头(3)的加热装置实现所述喷头(3)的加热。
5.一种超高分子量聚合物的快速成型***，其特征在于：包括
权利要求1-4任一所述的一种超高分子量聚合物的快速成型装置；
工作台(9)，用于盛放所述快速成型装置(1)挤出的超高分子量聚合物；
传动***(10)，驱动所述快速成型装置(1)和所述工作台(9)在三维空间内移动；
控制***(11)，分别与所述快速成型装置(1)、所述工作台(9)和所述传动***(10)连接，并存储成型工件的三维形体信息。
6.根据权利要求5所述的超高分子量聚合物快速成型***的控制方法，其特征在于：包括
步骤101，将超高分子量聚合物填充至所述快速成型装置(1)的料仓(2)内后，将所述快速成型装置(1)放置于工作位置，并与所述传动***(10)连接；
步骤102，在所述控制***(11)内选择所需的成型工件，并设置打印参数；
步骤103，通过所述控制***(11)，将所需成型工件的三维形体切片化处理，转化为二维分层横截面信息，并得到沿高度方向逐层扫描的运动轨迹；
步骤104，启动所述快速成型装置(1)的加热模块(5)，温度检测装置(8)实时检测所述加热模块(5)的温度，并将数据传输至所述控制***(11)；
步骤105，所述加热模块(5)的温度达到预设温度时，所述控制***(11)将成型工件的二维分层横截面的运动轨迹传输至所述传动***(10)，所述传动***(10)将所述快速成型装置(1)移动至初始位置；
步骤106，送料杆(4)自所述料仓(2)的顶部向底部移动，推动所述料仓(2)内的超高分子量聚合物，熔融状态的超高分子量聚合物自喷头(3)挤出；
步骤107，所述传动***(10)按照成型工件的二维分层横截面的运动轨迹完成本层的打印；
步骤1071，滚压组件(7)随着所述快速成型装置(1)的移动，将所述喷头(3)挤出的超高分子量聚合物压实；
步骤108，打印完本层后，所述传动***(10)将所述快速成型装置(1)移动至所述初始位置，并沿高度方向移动所述快速成型装置(1)或所述工作台(9)至下一层；
步骤109，重复步骤106至步骤108，直至成型工件的整体打印完成；
步骤110：取出工件，得到最终的成型工件。
7.根据权利要求6所述的超高分子量聚合物快速成型***的控制方法，其特征在于：
步骤1071中，所述滚压组件(7)包括
压辊(701)，通过在所述喷头(3)挤出的超高分子量聚合物表面滚动，实现对超高分子量聚合物的压实；
固定座(702)，用于实现所述压辊(701)的固定；
优选地，所述固定座(702)能够在所述料仓(2)的高度方向上移动。
8.根据权利要求6或7所述的超高分子量聚合物快速成型***的控制方法，其特征在于：
步骤104中，
所述加热模块(5)在所述快速成型装置(1)的所述料仓(2)外部形成有加热区域；
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；
优选地，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；
更优选地，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；
还优选地，所述加热模块(5)为加热丝；
再优选地，步骤105中的所述预设温度范围在100℃至450℃之间；
又优选地，步骤104还包括
步骤1041，对所述工作台(9)进行加热，直至设定温度；
又一次优选地，所述工作台(9)的所述设定温度为20℃至200℃。
9.根据权利要求6所述的超高分子量聚合物快速成型***的控制方法，其特征在于：
步骤108还包括
步骤1081，用于盛放超高分子量聚合物的所述快速成型装置(1)为至少两个；
当其中一个所述快速成型装置(1)中的超高分子量聚合物消耗完毕后，所述控制***(11)启动其他还盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置(1)，并跳转回步骤104开始执行；
优选地，在步骤1081的所述快速成型装置(1)切换过程中，每个所述快速成型装置(1)至少具有高度位移和水平位移两种模式；
超高分子量聚合物消耗完毕后的所述快速成型装置(1)，先执行高度位移，后执行水平位移，进而实现从所述工作位置的离开；
盛放有超高分子量聚合物的所述快速成型装置(1)，先执行水平位移，达到所述工作位置后，执行高度位移。
10.根据权利要求6-9任一所述的超高分子量聚合物快速成型***的控制方法，其特征在于：超高分子量聚合物为丝材、粉体、粒料中的一种或几种的组合。
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