本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著各種增材制造技術(shù)不斷發(fā)展，對于特種金屬及合金、特種陶瓷零件的成形，也越來越依靠這些新技術(shù)、新工藝、新方法。然而，零件成形加工采用FDM(熔融沉積制造成形)是一個利用熔融材料逐點(diǎn)、逐層動態(tài)堆積過程，在該過程中，相鄰沉積搭接熔滴在結(jié)合界面處，依靠后沉積熔滴攜帶的熱量使先前已沉積熔滴的表面發(fā)生局部重熔，實現(xiàn)彼此間的結(jié)合，進(jìn)行成形出整個三維零件。由于該加工方法雖然具有成本低、成形效率高、能耗低、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但是制造過程中也存在凹凸不平、粗糙度較大、質(zhì)感差等缺點(diǎn)使其不能滿足高精度使用技術(shù)要求。相比于聚合物材料，金屬、陶瓷等材料采用上述FDM工藝均受到限制，這主要是由于材料自身性能所決定的。因而，提出一種能夠克服上述缺陷的新方法具有重要的研究意義。

高分子材料的增材制造成形件并不具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感，而且其強(qiáng)度與耐溫程度亦較差。金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感固然可以通過噴漆等方法獲得，但并不能仔細(xì)觀看，如果采用高分子基復(fù)合材料來進(jìn)行增材制造，如果將明顯優(yōu)于噴漆。雖然這種成形件是為了提供給設(shè)計人員直觀的三維形象，或顯示多個零件的裝配關(guān)系，往往應(yīng)用于工藝美術(shù)、樣件展示、立體攝影等領(lǐng)域，很少用作機(jī)械零件，但是，技術(shù)人員還是希望這些成形件一方面具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感，另一方面也具有一定的機(jī)械性能，在較輕負(fù)載下作為一些機(jī)械零件來使用，如果采用金屬顆粒增強(qiáng)或陶瓷顆粒增強(qiáng)高分子基復(fù)合材料，效果也比較好。因此，提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中增材制造技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于：提出一種具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法，該制備方法具有操作簡單、制得的成形件綜合性能高，節(jié)約了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，適用性較廣。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種具有金屬質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法，該制備方法包括如下步驟：

1)材料準(zhǔn)備階段：選擇70-90份聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乳酸中的任一項作為熱塑性聚合物絲材，選擇10-30份金屬或合金粉末作為絲芯；并加熱使得熱塑性聚合物絲材至熔融狀態(tài)；將金屬或者合金粉末通過物理分散攪拌器勻速攪拌20-30min后，再保溫靜置20-30min，使其混合均勻分布在熔融狀態(tài)下的熱塑性聚合物絲材的基體中；選擇控制拉絲機(jī)絲材擠出口的孔徑為10-100μm，拉絲擠出溫度為100-300℃，拉絲輪旋轉(zhuǎn)速度為50-200r/min，將所述的基體通過拉絲機(jī)的絲材擠出口得到復(fù)合材料拉絲；

2)熔融沉積成形階段：使用CAD軟件構(gòu)件成形件的3D模型，并導(dǎo)入工控機(jī)的分層軟件進(jìn)行分層，生成軌跡運(yùn)行代碼；將上述步驟1)中制得的復(fù)合材料拉絲加熱逐漸達(dá)到熔融狀態(tài)，利用壓縮空氣的氣體壓力將該步驟中熔融狀態(tài)的復(fù)合材料拉絲通過不銹鋼耐壓金屬軟管輸送至3D打印機(jī)噴頭中；控制3D打印機(jī)噴頭液體溢出口處的噴頭加熱器，使得噴頭加熱器的加熱溫度保持在熔融狀態(tài)下復(fù)合材料拉絲的臨界溫度，根據(jù)軌跡運(yùn)行代碼，工控機(jī)控制噴頭在X、Y、Z三軸方向上運(yùn)動逐層進(jìn)行打印，形成復(fù)合材料成形件；其中打印速度為20-50cm/min；

3)后處理階段：對上述步驟2)制得的復(fù)合材料成形件進(jìn)行清粉、刮研和打磨處理，對于表面光潔度要求高的成形件，還應(yīng)進(jìn)行精拋處理。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟1)中的物理分散攪拌器包括攪拌器、分散器和驅(qū)動設(shè)備；其中攪拌器和分散器分別與驅(qū)動設(shè)備相連接，驅(qū)動設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臺、垂直升降臺、電機(jī)，電機(jī)分別與旋轉(zhuǎn)臺和垂直升降臺相連接以實現(xiàn)正向和反向旋轉(zhuǎn)及上下移動；分散器中還添加有分散劑。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟2)中的3D打印機(jī)噴頭為可變摩擦力擠壓型噴頭，該可變摩擦力擠壓型噴頭包括噴頭、安裝在噴頭兩側(cè)的彈性元件和彈性力調(diào)節(jié)元件；其中彈性元件為彈簧，彈性力調(diào)節(jié)元件包括第一彈簧底座、第二彈簧底座和螺桿，彈簧設(shè)置在第一彈簧底座和第二彈簧底座之間，第一彈簧底座位置固定，第二彈簧底座可水平移動；并且第一彈簧底座和第二彈簧底座上均設(shè)置有螺紋通孔，螺桿依次穿過第一彈簧底座和第二彈簧底座的螺紋通孔，通過旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)第一彈簧底座和第二彈簧底座的間距。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟1)中的拉絲冷卻溫度為20-200℃，所述的金屬或者合金粉末的粒徑為8-100μm。

一種具有陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法，該制備方法包括如下步驟：

1)材料準(zhǔn)備階段：選擇70-90份聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乳酸中的任一項作為熱塑性聚合物絲材，選擇10-30份陶瓷粉末作為絲芯，并加熱使得熱塑性聚合物絲材至熔融狀態(tài)；將陶瓷粉末通過物理分散攪拌器勻速攪拌20-30min后，再靜置20-30min，使其混合均勻分布在熔融狀態(tài)下的熱塑性聚合物絲材的基體中；選擇控制拉絲機(jī)絲材擠出口的孔徑為10-100μm，拉絲溫度為100-300℃，拉絲輪旋轉(zhuǎn)速度為50-200r/min，將所述的基體通過拉絲機(jī)的絲材擠出口得到復(fù)合材料拉絲；

2)熔融沉積成形階段：使用CAD軟件構(gòu)件成形件的3D模型，并導(dǎo)入工控機(jī)的分層軟件進(jìn)行分層，生成軌跡運(yùn)行代碼；將上述步驟1)中制得的復(fù)合材料拉絲加熱逐漸達(dá)到熔融狀態(tài)，利用壓縮空氣的氣體壓力將該步驟中熔融狀態(tài)的復(fù)合材料拉絲通過不銹鋼耐壓金屬軟管輸送至3D打印機(jī)噴頭中；控制3D打印機(jī)噴頭液體溢出口處的噴頭加熱器，使得噴頭加熱器的加熱溫度保持在熔融狀態(tài)下復(fù)合材料拉絲的臨界溫度，根據(jù)軌跡運(yùn)行代碼，工控機(jī)控制噴頭在X、Y、Z三軸方向上運(yùn)動逐層進(jìn)行打印，形成復(fù)合材料成形件；其中打印速度為20-50cm/min；

3)后處理階段：對上述步驟2)制得的復(fù)合材料成形件進(jìn)行清粉、刮研和打磨處理，對于表面光潔度要求高的成形件，還應(yīng)進(jìn)行精拋處理。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟1)中的物理分散攪拌器包括攪拌器、分散器和驅(qū)動設(shè)備；其中攪拌器和分散器分別與驅(qū)動設(shè)備相連接，驅(qū)動設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臺、垂直升降臺、電機(jī)，電機(jī)分別與旋轉(zhuǎn)臺和垂直升降臺相連接以實現(xiàn)正向和反向旋轉(zhuǎn)及上下移動；分散器中還添加有分散劑。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟2)中的3D打印機(jī)噴頭為可變摩擦力擠壓型噴頭，該可變摩擦力擠壓型噴頭包括噴頭、安裝在噴頭兩側(cè)的彈性元件和彈性力調(diào)節(jié)元件；其中彈性元件為彈簧，彈性力調(diào)節(jié)元件包括第一彈簧底座、第二彈簧底座和螺桿，彈簧設(shè)置在第一彈簧底座和第二彈簧底座之間，第一彈簧底座位置固定，第二彈簧底座可水平移動；并且第一彈簧底座和第二彈簧底座上均設(shè)置有螺紋通孔，螺桿依次穿過第一彈簧底座和第二彈簧底座的螺紋通孔，通過旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)第一彈簧底座和第二彈簧底座的間距。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟1)中的拉絲冷卻溫度為20-200℃，所述的陶瓷粉末的粒徑為8-100μm。

與現(xiàn)有技術(shù)中增材制造技術(shù)相比，采用本發(fā)明一種具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法具有如下優(yōu)異效果：

(1)該制備方法不需要通過模具來成形，成形件的綜合性能得到改善，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

(2)成形件的外表面具有金屬質(zhì)感或者陶瓷質(zhì)感，與金屬或者陶瓷非常類似，尤其是金屬光澤、陶瓷上釉后的色度等，并且使用壽命大大提高。

(3)操作工序上，相對簡單，能夠廣泛被使用。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明一種具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法的簡單流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明一種具有金屬質(zhì)感或陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法的具體步驟作以詳細(xì)說明。

一種具有金屬質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法，該制備方法包括如下步驟：

1)材料準(zhǔn)備階段：選擇70-90份聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乳酸中的任一項作為熱塑性聚合物絲材，選擇10-30份金屬或合金粉末作為絲芯；并加熱使得熱塑性聚合物絲材至熔融狀態(tài)；將金屬或者合金粉末通過物理分散攪拌器勻速攪拌20-30min后，再保溫靜置20-30min，使其混合均勻分布在熔融狀態(tài)下的熱塑性聚合物絲材的基體中；選擇控制拉絲機(jī)絲材擠出口的孔徑為10-100μm，拉絲擠出溫度為100-300℃，拉絲輪旋轉(zhuǎn)速度為50-200r/min，將所述的基體通過拉絲機(jī)的絲材擠出口得到復(fù)合材料拉絲；

2)熔融沉積成形階段：使用CAD軟件構(gòu)件成形件的3D模型，并導(dǎo)入工控機(jī)的分層軟件進(jìn)行分層，生成軌跡運(yùn)行代碼；將上述步驟1)中制得的復(fù)合材料拉絲加熱逐漸達(dá)到熔融狀態(tài)，利用壓縮空氣的氣體壓力將該步驟中熔融狀態(tài)的復(fù)合材料拉絲通過不銹鋼耐壓金屬軟管輸送至3D打印機(jī)噴頭中；控制3D打印機(jī)噴頭液體溢出口處的噴頭加熱器，使得噴頭加熱器的加熱溫度保持在熔融狀態(tài)下復(fù)合材料拉絲的臨界溫度，根據(jù)軌跡運(yùn)行代碼，工控機(jī)控制噴頭在X、Y、Z三軸方向上運(yùn)動逐層進(jìn)行打印，形成復(fù)合材料成形件；其中打印速度為20-50cm/min；

3)后處理階段：對上述步驟2)制得的復(fù)合材料成形件進(jìn)行清粉、刮研和打磨處理。

所述步驟1)中的物理分散攪拌器包括攪拌器、分散器和驅(qū)動設(shè)備；其中攪拌器和分散器分別與驅(qū)動設(shè)備相連接，驅(qū)動設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臺、垂直升降臺、電機(jī)，電機(jī)分別與旋轉(zhuǎn)臺和垂直升降臺相連接以實現(xiàn)正向和反向旋轉(zhuǎn)及上下移動；分散器中還添加有分散劑。

所述步驟2)中的3D打印機(jī)噴頭為可變摩擦力擠壓型噴頭，該可變摩擦力擠壓型噴頭包括噴頭、安裝在噴頭兩側(cè)的彈性元件和彈性力調(diào)節(jié)元件；其中彈性元件為彈簧，彈性力調(diào)節(jié)元件包括第一彈簧底座、第二彈簧底座和螺桿，彈簧設(shè)置在第一彈簧底座和第二彈簧底座之間，第一彈簧底座位置固定，第二彈簧底座可水平移動；并且第一彈簧底座和第二彈簧底座上均設(shè)置有螺紋通孔，螺桿依次穿過第一彈簧底座和第二彈簧底座的螺紋通孔，通過旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)第一彈簧底座和第二彈簧底座的間距。

所述步驟1)中的拉絲冷卻溫度為20-200℃，所述的金屬或者合金粉末的粒徑為8-100μm。

一種具有陶瓷質(zhì)感復(fù)合材料增材制備方法，該制備方法包括如下步驟：

1)材料準(zhǔn)備階段：選擇70-90份聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乳酸中的任一項作為熱塑性聚合物絲材，選擇10-30份陶瓷粉末作為絲芯，并加熱使得熱塑性聚合物絲材至熔融狀態(tài)；將陶瓷粉末通過物理分散攪拌器勻速攪拌20-30min后，再靜置20-30min，使其混合均勻分布在熔融狀態(tài)下的熱塑性聚合物絲材的基體中；選擇控制拉絲機(jī)絲材擠出口的孔徑為10-100μm，拉絲溫度為100-300℃，拉絲輪旋轉(zhuǎn)速度為5-20r/min，將所述的基體通過拉絲機(jī)的絲材擠出口得到復(fù)合材料拉絲；

2)熔融沉積成形階段：使用CAD軟件構(gòu)件成形件的3D模型，并導(dǎo)入工控機(jī)的分層軟件進(jìn)行分層，生成軌跡運(yùn)行代碼；將上述步驟1)中制得的復(fù)合材料拉絲加熱逐漸達(dá)到熔融狀態(tài)，利用壓縮空氣的氣體壓力將該步驟中熔融狀態(tài)的復(fù)合材料拉絲通過不銹鋼耐壓金屬軟管輸送至3D打印機(jī)噴頭中；控制3D打印機(jī)噴頭液體溢出口處的噴頭加熱器，使得噴頭加熱器的加熱溫度保持在熔融狀態(tài)下復(fù)合材料拉絲的臨界溫度，根據(jù)軌跡運(yùn)行代碼，工控機(jī)控制噴頭在X、Y、Z三軸方向上運(yùn)動逐層進(jìn)行打印，形成復(fù)合材料成形件；其中打印速度為20-30cm/min；

3)后處理階段：對上述步驟2)制得的復(fù)合材料成形件進(jìn)行清粉和打磨處理，對于表面光潔度要求高的成形件，還應(yīng)進(jìn)行精拋處理。

所述步驟1)中的物理分散攪拌器包括攪拌器、分散器和驅(qū)動設(shè)備；其中攪拌器和分散器分別與驅(qū)動設(shè)備相連接，驅(qū)動設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臺、垂直升降臺、電機(jī)，電機(jī)分別與旋轉(zhuǎn)臺和垂直升降臺相連接以實現(xiàn)正向和反向旋轉(zhuǎn)及上下移動；分散器中還添加有分散劑。

所述步驟2)中的3D打印機(jī)噴頭為可變摩擦力擠壓型噴頭，該可變摩擦力擠壓型噴頭包括噴頭、安裝在噴頭兩側(cè)的彈性元件和彈性力調(diào)節(jié)元件；其中彈性元件為彈簧，彈性力調(diào)節(jié)元件包括第一彈簧底座、第二彈簧底座和螺桿，彈簧設(shè)置在第一彈簧底座和第二彈簧底座之間，第一彈簧底座位置固定，第二彈簧底座可水平移動；并且第一彈簧底座和第二彈簧底座上均設(shè)置有螺紋通孔，螺桿依次穿過第一彈簧底座和第二彈簧底座的螺紋通孔，通過旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)第一彈簧底座和第二彈簧底座的間距。

所述步驟1)中的拉絲冷卻溫度為20-200℃，所述的陶瓷粉末的粒徑為8-100μm。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。