具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，可以是两个元件内部的连通。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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种利用辐照加热提高层间连接强度的方法，综合考虑现有采用预热方法的能量损耗、预热效率、装置复杂程度等因素，提供一种能够有效提高层间连接强度的3D打印系统，该打印系统的核心部件是环形加热灯管，通过使用现有的熔融挤出3D打印机，将环形结构的红外线灯管通过固定支架套在3D打印机的打印头四周，组成一个完整的打印系统。

请参阅图1，3D打印系统包括固定装置2、红外线灯管3、打印机喷头5和基板7，固定装置2设置在打印机喷头5上，固定装置2上固定连接有环形结构的红外线灯管3，红外线灯管3套装在打印机喷头5上，打印用的半结晶聚合物材料1从环形结构的红外线灯管3中心通过实现预热，打印机喷头5下方的基板7上设置的已打印层4和未打印层6通过红外线灯管3实现二次加热。对于熔融挤出成型法，核心的难点在于打印过程中层与层之间的连接强度不足，原因在于喷头所挤出的材料温度较高，相较于环境温度来说，形成一个较大的温差，使得挤出材料的温度在短时间内迅速下降，打印材料温度的高低对于层间连接强度的提高起着关键性作用，本发明中所采用的环形结构的红外线灯管3，可以在打印喷头5沉积之前对已沉积层进行预热，将已沉积层材料的温度提高到有利于层之间材料实现缠结的温度，从而提高层之间的连接强度，在材料沉积到已打印层之后，红外线灯管3通过对打印层进行二次加热，减缓打印材料的温度下降速度，从而二次提高层之间的连接强度，得到具有理想层间连接强度的试样。

固定装置2包括螺栓，螺栓上设置有卡座，卡座能够沿螺栓上下移动，红外线灯管3设置在卡座上，通过卡座固定和调节红外线灯管3与打印层之间的距离。

对半结晶聚合物材料1进行红外光谱分析，得到半结晶聚合物材料1的红外光谱图，通过观察红外光谱图获得半结晶聚合物材料1吸收峰出现的波长为2.5～25μm，确定半结晶聚合物材料1的玻璃态转变温度；设定红外线灯管3的波长为2.5～25μm；功率为300～1000W的红外线灯管3能够将材料在1～2s内加热到半结晶聚合物材料的玻璃态转变温度以上。

考虑到预热效率与辐照面积的大小对于打印层的影响，环形结构的红外线灯管3的灯管上表面涂覆有一层反射层，反射层采用金或铜，将红外线灯管3向上辐照的能量通过反射层反射到已打印层4上，能够给有效起到反射红外线的作用，同时可以起到聚焦光斑，精准加热的效果。

本发明一种利用辐照加热提高层间连接强度的方法，包括以下步骤：

S1、将环形结构的红外线灯管3通过固定装置2固定在打印机喷头5上，调整红外线灯管3相对于基板7之间的位置在10～20cm，使得已打印层4在预热后达到玻璃态转变温度以上；

S2、利用GB 16421-1996打印标准拉伸试样，通过FDM打印机专用的切片软件对标准拉伸试样进行切片处理，设置合适的参数，包括打印速度40～60mm/s，层厚0.1～0.4mm，打印温度380～420℃，将代码导入到FDM打印机中，同时开启环形结构的红外线灯管3进行加热，开始打印；

S3、打印过程中，红外线灯管3首先对已打印层4进行预热，降低已打印层4与未打印层6的温差，促进分子链在两层之间的相互扩散，当打印机喷头5在一点打印完成后，红外线灯管3继续对未打印层6进行保温处理，提高已打印层4与未打印层6之间的交联时间，最终打印出具有良好层间结合强度的试样。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以半结晶高熔点聚合物材料PEEK打印标准拉伸试样为例。

1)对PEEK材料进行红外光谱分析，得到PEEK材料的红外光谱图，通过观察红外光谱图可知，PEEK材料容易吸收的红外线波长范围在5.6～12.5μm，选用环形红外线灯管的波长也应尽量包括这个范围，并且由于PEEK材料的玻璃态转变温度为143℃，所选用的环形红外线灯管功率应该满足将材料在较短时间内加热到150～200℃；通过在灯管内壁涂覆一层涂料，例如金或铜，可以有效起到反射红外线的作用，同时可以起到聚焦光斑，精准加热的效果；

2)将选用的环形红外线灯管通过固定装置固定在FDM打印机喷头上，通过调整环形红外线灯管相对于基板之间的位置，使得已打印层在预热后可达到PEEK材料的玻璃态转变温度以上；

3)利用GB 16421-1996打印标准拉伸试样，通过FDM打印机专用的切片软件对标准拉伸试样试样进行切片处理，设置合适的参数，包括打印速度，层厚，打印温度等，将代码导入到FDM打印机中，同时开启环形红外线灯管进行加热，开始打印。

在打印过程中，环形红外线灯管首先对已打印层进行预热，这一过程可以明显降低已打印层与下一层之间的温差，促进分子链在两层之间的相互扩散，当喷头在一点打印完成后，环形红外线灯管继续对打印层进行保温处理，提高层与层之间的交联时间，最终打印出具有良好层间结合强度的试样。

综上所述，本发明一种利用辐照加热提高层间连接强度的方法，通过将环形加热管固定在FDM打印机喷头处，可以在喷头进行任意方向打印时，保证对之前已打印层的预热，降低已打印层与打印层之间的温差，有利于两层之间的粘接；并且，对刚刚沉积的丝材，环形加热管可以继续对其进行加热，起到一个保温作用，进一步提高了层间的粘接，有利于制造出具有良好层间连接强度的结构。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。