CN103722744A - 一种3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印方法，包括：所述支撑结构具有间隔排列的多个方形的凸部和多个方形的凹部；在沉积并热处理形成第一层原材料层的过程中，先在所有的凸部上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在所有的凹部上沉积并热处理多个第二原材料片段；在沉积并热处理形成下一层原材料层的过程中，先在上一层的所有的第一原材料片段上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在上一层的所有的第二原材料片段上沉积并热处理多个第二原材料片段；其中，每个第一原材料片段呈弧形，每个第二原材料片段呈弧形。本发明在构造三维模型的过程中，就使材料内的应力得到释放，从而有效消除了物品变形的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印方法。
背景技术
3D打印(3D printing)，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过对粉末状的原材料进行热处理，使部分原材料依照所设计的三维CAD模型热熔，从而构造物体的技术。
在3D印刷期间或之后可能发生所印刷物体的变形，比如，由于在印刷过程中，物体基体上的应变聚积，所印刷物体会向内收缩。现有技术中，一层片层都是连续进行的。
发明内容
针对上述技术问题，本发明设计开发了一种可消除导致物体变形的聚积应力的3D打印方法。
本发明提供的技术方案为：
一种3D打印方法，包括以下步骤：
步骤一、生成三维CAD模型，根据所述三维CAD模型生成n个横截面层；
步骤二、根据各横截面层在支撑结构上沉积并热处理一原材料层，逐层沉积和热处理原材料层以形成三维模型；
所述支撑结构具有间隔排列的多个方形的凸部和多个方形的凹部，每个凸部在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个凹部在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，任一凸部和任一凹部的形状和尺寸一致；
在沉积并热处理形成第一层原材料层的过程中，先在所有的凸部上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在所有的凹部上沉积并热处理多个第二原材料片段；
在沉积并热处理形成下一层原材料层的过程中，先在上一层的所有的第一原材料片段上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在上一层的所有的第二原材料片段上沉积并热处理多个第二原材料片段；
其中，每个第一原材料片段在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个第二原材料片段在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，且每个第一原材料片段的厚度均匀，每个第二原材料片段的厚度均匀，位于同一层上的所有的第一原材料片段和所有的第二原材料片段的厚度一致。
优选的是，所述的3D打印方法中，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30～60秒。
优选的是，所述的3D打印方法中，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30秒。
优选的是，所述的3D打印方法中，所述步骤三中，对所述三维模型进行热处理，热处理温度为比原材料的熔点低15～20℃，热处理时间为10分钟，之后再冷却至室温。
优选的是，所述的3D打印方法中，所述步骤三中，以2～3℃／分钟的速度冷却至室温。
本发明所述的3D打印方法的有益效果为：
本发明将支撑结构设计为具有间隔排列的多个凸部和多个凹部的形状，在凸部上逐层构造第一原材料片段，在凹部上逐层构造第二原材料片段；在构造每层原材料层时，先构造所有的第一原材料片段，再构造所有的第二原材料片段；第一原材料片段呈凸的弧形，第二原材料片段呈凹的弧形，在构造三维模型的过程中，就使材料内的应力得到释放，从而有效消除了物品变形的情况。
另外，本发明将支撑结构设计成相应的形状，不需要对打印头的排布方式做改进，就可以实现本发明中具有特定形状的第一原材料片段和第二原材料片段的打印，不增加设备改造的成本。
附图说明
图1为本发明所述的一层原材料层的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种3D打印方法，包括以下步骤：步骤一、生成三维CAD模型，根据所述三维CAD模型生成n个横截面层；步骤二、根据各横截面层在支撑结构3上沉积并热处理一原材料层6，逐层沉积和热处理原材料层以形成三维模型；所述支撑结构3具有间隔排列的多个方形的凸部1和多个方形的凹部2，每个凸部1在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个凹部2在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，任一凸部1和任一凹部2的形状和尺寸一致；在沉积并热处理形成第一层原材料层的过程中，先在所有的凸部上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在所有的凹部上沉积并热处理多个第二原材料片段；在沉积并热处理形成下一层原材料层的过程中，先在上一层的所有的第一原材料片段上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在上一层的所有的第二原材料片段上沉积并热处理多个第二原材料片段；其中，每个第一原材料片段4在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个第二原材料片段5在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，且每个第一原材料片段4的厚度均匀，每个第二原材料片段5的厚度均匀，位于同一层上的所有的第一原材料片段和所有的第二原材料片段的厚度一致。
由于被打印物体内部的应力会导致被打印物体的边缘翘起，引起被打印物体的变形。本发明中，在打印一层原材料层时，不进行连续打印，而是分成间隔排列的两个部分打印——第一原材料片段和第二原材料片段，其中，第一原材料片段和第二原材料片段在剖面上都呈弧形，该形状有助于第一原材料片段和第二原材料片段成型过程中释放应力；第一原材料片段是向下弯曲的，第二原材料片段是向上弯曲的，相邻的第一原材料片段和第二原材料片段之间的应力也会彼此抵消。由于被打印物体在应力的作用下其边缘部分容易上翘，因此，先形成向下弯曲的第一原材料片段也可以有效控制被打印物体的变形。
本发明中还设计了一种支撑结构，该支撑结构的形状有助于形成具有本发明中特定形状的第一原材料片段和第二原材料片段，基于上述支撑结构，打印头仍然排布在同一高度上(即现有技术中的排布方式)，就可以实现打印，这就有效控制了打印设备的改造成本。
在第一原材料片段或者第二原材料片段的制造过程中，由于热处理是紧随沉积发生的，因此，即使第一原材料片段或者第二原材料片段不是直线的，并且采用的是粉末状的原材料，这种弧形的第一原材料片段或者第二原材料片段也是可以实现的。
为了保证相邻的第一原材料片段和第二原材料片段之间的结合强度，二者的加工的时间间隔不宜过长。所述的3D打印方法中，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30～60秒。
所述的3D打印方法中，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30秒。
为了进一步在整体消除变形的影响，所述的3D打印方法中，所述步骤三中，对所述三维模型进行热处理，热处理温度为比原材料的熔点低15～20℃，热处理时间为10分钟，之后再冷却至室温。所述的3D打印方法中，所述步骤三中，以2～3℃／分钟的速度冷却至室温。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、生成三维CAD模型，根据所述三维CAD模型生成n个横截面层；
步骤二、根据各横截面层在支撑结构上沉积并热处理一原材料层，逐层沉积和热处理原材料层以形成三维模型；
所述支撑结构具有间隔排列的多个方形的凸部和多个方形的凹部，每个凸部在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个凹部在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，任一凸部和任一凹部的形状和尺寸一致；
在沉积并热处理形成第一层原材料层的过程中，先在所有的凸部上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在所有的凹部上沉积并热处理多个第二原材料片段；
在沉积并热处理形成下一层原材料层的过程中，先在上一层的所有的第一原材料片段上沉积并热处理多个第一原材料片段，之后在设定的时间间隔内，在上一层的所有的第二原材料片段上沉积并热处理多个第二原材料片段；
其中，每个第一原材料片段在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，每个第二原材料片段在由平行于任一边的直线沿竖直方向向下做剖面时呈弧形，且每个第一原材料片段的厚度均匀，每个第二原材料片段的厚度均匀，位于同一层上的所有的第一原材料片段和所有的第二原材料片段的厚度一致。
2.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30～60秒。
3.如权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤二中，所述设定的时间间隔为30秒。
4.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤三中，对所述三维模型进行热处理，热处理温度为比原材料的熔点低15～20℃，热处理时间为10分钟，之后再冷却至室温。
5.如权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤三中，以2～3℃／分钟的速度冷却至室温。
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