CN105563841B - 一种多孔三维部件的3d打印制作方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种多孔三维部件的3D打印制作方法及设备，该方法包括：准备包含液态光敏树脂和高分子液体添加剂的成型用浆料，液态光敏树脂可用紫外光照射固化，高分子液体添加剂含有粘结剂成分并提供导电体；在接收基底表面覆盖一层可溶性高分子粉末；采用静电喷涂方式按照设定的程序向接收基底上喷射浆料形成一层图案；对接收基底上的浆料图案照射紫外光进行固化；在固化后的浆料图案上再覆盖一层可溶性高分子粉末，然后再次进行浆料的喷射、固化，以此方式层层叠加，从而获得成型的三维部件；对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的可溶性高分子粉末溶解，形成孔隙，由此获得孔隙分布均匀的多孔三维部件。

Description

一种多孔三维部件的3D打印制作方法及设备

技术领域

本发明涉及一种多孔三维部件的3D打印制作方法及设备。

背景技术

3D打印是通过逐层添加材料获得三维部件的技术。在诸多3D打印成型工艺中，光固化3D打印是一种广泛受到重视的技术。常见的光固化3D打印是按照一定的扫描路径使光束照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化，然后再覆盖一层新的液态树脂，再进行照射固化，以此方式逐层照射叠加，从而获得三维的制件。这种技术常用于一些精度要求较高的模型、手板、工艺品的制作。但此技术只能用来成型实体的三维树脂部件，对于一些有特殊要求的如多孔部件则无法实现。

静电喷涂技术是利用高压静电场使微粒带电，在静电力作用下微粒沿着电场作定向运动，吸附在工件表面的一种表面处理方法，常用于喷涂作业中。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种多孔三维部件的3D打印制作方法及设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔三维部件的3D打印制作方法，包括以下步骤：

准备包含液态光敏树脂和高分子液体添加剂的成型用浆料，所述液态光敏树脂可用紫外光照射固化，所述高分子液体添加剂含有粘结剂成分并提供导电体；

在接收基底表面覆盖一层可溶性高分子粉末；

采用静电喷涂方式按照设定的程序向所述接收基底上喷射浆料形成一层图案；

对所述接收基底上的浆料图案照射紫外光进行固化；

在固化后的浆料图案上再覆盖一层可溶性高分子粉末，然后再次进行浆料的喷射、固化，以此方式层层叠加，从而获得成型的三维部件；

对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的可溶性高分子粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔三维部件。

进一步地：

所述液态光敏树脂包括UV环氧丙烯酸酯、UV聚氨酯丙烯酸酯、UV不饱和聚酯、UV聚酯丙烯酸酯、UV聚醚丙烯酯、UV纯丙烯酸树脂、UV环氧树脂、UV有机硅低聚物中的一种或多种。

所述高分子液体添加剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、纤维素中的一种或多种溶解于水、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、或丙酮溶剂中所得的溶液。

所述成型用浆料中所述液态光敏树脂所占的质量百分比为85-95％，所述高分子液体添加剂所占的质量百分比为5-15％。

在所述接收基底上覆盖的高分子粉末层厚为30-200微米。

所述可溶性高分子粉末为水溶性高分子粉末，所述对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗是用水配合水蒸气进行清洗。

一种多孔三维部件的3D打印制作设备，包括盛放浆料的容器、导电喷头、高压直流电源、接收基底、电极、紫外光源以及落粉装置，所述容器通过导管与所述导电喷头相连，所述导电喷头与所述高压直流电源的正极电连接，所述高压直流电源的负极与所述电极电连接，所述接收基底设置在所述导电喷头、所述紫外光源以及所述落粉装置的下方，所述电极与所述导电喷头相对设置在所述接收基底的下方。

进一步地：

所述导电喷头为不锈钢针头，所述电极为针状或柱状的电极。

还包括第一运动控制装置，所述容器、所述紫外光源和所述落粉装置安装在上固定板上,所述电极安装在电极固定板上，所述上固定板上通过连接杆与所述电极固定板固定连接，并耦合到所述第一运动控制装置，所述上固定板与所述电极固定板在所述第一运动控制装置的驱动下可沿X轴、Y轴、Z轴方向同步运动，其中X轴、Y轴方向定义水平面，Z轴方向定义竖直方向。

还包括第二运动控制装置，所述接收基底耦合到所述第二运动控制装置，所述接收基底在所述第二运动控制装置的驱动下可沿X轴、Y轴、Z轴方向运动，其中X轴、Y轴方向定义水平面，Z轴方向定义竖直方向。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种3D打印制作方法的方法和设备，利用本发明可以用来制作多孔的三维部件。其中，在接收基底上铺一层可溶性高分子粉末，利用静电喷涂的原理和设备，往接收基底上按照设定的程序喷射含液态光敏树脂和高分子液体添加剂的成型用浆料，形成一层图案，照射紫外光进行固化。在已经固化的树脂上再铺设一层可溶性高分子粉末，然后再进行喷射浆料、固化，以此方式层层叠加、最终获得三维部件。完成之后再用溶剂或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的高分子粉末溶解，形成孔洞，由此获得多孔的三维部件。本发明可成型多种树脂材料的三维多孔部件，无需加热系统就能实现三维多孔部件的3D打印制作，而且孔隙的大小易于控制，成型后的孔隙分布均匀，材料适用面广，本发明尤其适合于微小三维多孔部件的成型。

附图说明

图1为本发明多孔三维部件的3D打印制作设备一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

在一种实施例中，一种多孔三维部件的3D打印制作方法，包括以下步骤：

准备包含液态光敏树脂和高分子液体添加剂的成型用浆料，所述高分子液体添加剂含有粘结剂成分并提供导电体，所述液态光敏树脂可用紫外光照射固化；

在接收基底表面覆盖一层可溶性高分子粉末，粉末覆盖方式可以采用铺粉或落粉等方式；

采用静电喷涂方式按照设定的程序向所述接收基底上喷射浆料形成一层图案；

对所述接收基底上的浆料图案照射紫外光进行固化；

在固化后的浆料图案上再覆盖一层可溶性高分子粉末，然后再次进行浆料的喷射、固化，以此方式层层叠加，从而获得成型的三维部件；

对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的可溶性高分子粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔三维部件。

在一种优选的实施例中，所述液态光敏树脂包括UV环氧丙烯酸酯、UV聚氨酯丙烯酸酯、UV不饱和聚酯、UV聚酯丙烯酸酯、UV聚醚丙烯酯、UV纯丙烯酸树脂、UV环氧树脂、UV有机硅低聚物中的一种或多种。

在一种优选的实施例中，所述高分子液体添加剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、纤维素中的一种或多种溶解于水、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、或丙酮溶剂中所得的溶液。

在一种优选的实施例中，所述成型用浆料中所述液态光敏树脂所占的质量百分比为85-95％，所述高分子液体添加剂所占的质量百分比为5-15％。

在一种优选的实施例中，在所述接收基底上覆盖的高分子粉末层厚为30-200微米。

在一种优选的实施例中，所述可溶性高分子粉末为水溶性高分子粉末，所述对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗是用水配合水蒸气进行清洗。

如图1所示，在一种实施例中，一种多孔三维部件的3D打印制作设备，包括盛放浆料的容器3、导电喷头、高压直流电源、接收基底、电极、紫外光源2以及落粉装置，所述容器3通过导管7与所述导电喷头8相连，所述导电喷头8与所述高压直流电源10的正极电连接，所述高压直流电源10的负极与所述电极14电连接，所述接收基底12设置在所述导电喷头8、所述紫外光源2以及所述落粉装置的下方，所述电极14与所述导电喷头8相对设置在所述接收基底12的下方。落粉装置可包括进料筒4和落料管9。

在一种优选的实施例中，所述导电喷头8为不锈钢针头，所述电极14为针状或柱状的电极14。

在一种优选的实施例中，3D打印制作设备还包括第一运动控制装置1，所述容器3、所述紫外光源2和所述落粉装置安装在上固定板5上,所述电极14安装在电极固定板15上，所述上固定板5上通过连接杆13与所述电极固定板15固定连接，并耦合到所述第一运动控制装置1，所述上固定板5与所述电极固定板15在所述第一运动控制装置1的驱动下可沿X轴、Y轴、Z轴方向同步运动，其中X轴、Y轴方向定义水平面，Z轴方向定义竖直方向。

在一种优选的实施例中，3D打印制作设备还包括第二运动控制装置11，所述接收基底12耦合到所述第二运动控制装置11，所述接收基底12在所述第二运动控制装置11的驱动下可沿X轴、Y轴、Z轴方向运动，其中X轴、Y轴方向定义水平面，Z轴方向定义竖直方向。

第一运动控制装置1和第二运动控制装置11可以固定在框架6上。

多孔三维部件的制作成型过程如下：首先在成型接收基底12上采用铺粉或落粉的方法覆盖一层高分子粉末，层厚为30-200微米，高分子粉末为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、纤维素中的一种或几种。利用静电喷涂的原理和设备，使成型用浆料接入一个高压静电场中，在电场力的牵引下通过针状喷头以微液滴的形态连续喷出，按照设定的程序移动喷头，使微液滴沉积到接收基板上形成一层图案。其中，接收基底12可通过第一运动控制装置1驱动沿X,Y,Z轴运动。紫外光源2,容器3、落粉装置、电极固定板15可通过第二运动控制装置11驱动沿X,Y,Z轴同步运动，确保导电喷头8与电极14始终在一条轴线上。然后照射紫外光对浆料进行固化。在已经固化的浆料上再铺设或洒落一层高分子粉末，然后再次进行喷射浆料、固化，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。完成之后再用溶剂或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的高分子粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔的三维部件。

实施例1：

首先制备成型用浆料。配方如下：UV环氧丙烯酸酯质量百分比90％，聚氧化乙烯水溶液质量百分比10％。将上述成分混合搅拌均匀，制成成型用浆料。选择内径为0.06毫米的不锈钢针头作为喷头，接入高压直流电源10装置。金属针状喷头与一个高压直流电源10的正极相连接。在喷头下方设置一个绝缘的接收基底12，接收基底12上预先铺设一层聚乙烯醇(分子量98000)粉末，层厚为50微米。下方有一个针状或柱状的电极14并与高压直流电源10的负极相连。浆料储存在一个容器3之中，并通过导管与喷头相连。将需成型部件的三维图档进行切片分层，生产每一层部件的轮廓，以此作为喷头移动路径。开启高压直流电源10，设定电压为30KV，喷头与针状电极14之间形成一个电场，针头尖端至接收基底12的距离为15cm。浆料在高压电场的静电引力作用下，通过针状喷头形成液滴向负极运动从而沉积到接收基底12上形成一层图案。然后对接收基底12照射紫外光，使沉积的浆料固化。下一步在已经固化的树脂上再撒落一层聚乙烯醇粉末，然后再进行喷射、固化，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。完成之后再用纯净水进行多次清洗，将三维部件中的聚乙烯醇粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔的三维部件。其中孔隙大小在100微米到800微米之间。

实施例2：

成型用浆料成分：UV聚氨酯丙烯酸酯质量百分比88％，聚乙烯吡咯烷酮水溶液质量百分比12％。接收基底12上预先铺设一层聚丙烯酸(分子量100000)粉末，层厚为40微米。高压直流电源10设定电压为25KV，喷头与针状电极14之间形成一个电场，针头尖端至接收基底12的距离为12cm。成型工艺与实施例1相同。3D打印完成后，用纯净水配合水蒸气对打印部件进行多次清洗，将三维部件中的聚丙烯酸粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔的三维部件。其中孔隙大小在120微米到1000微米之间。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多孔三维部件的3D打印制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

准备包含液态光敏树脂和高分子液体添加剂的成型用浆料，所述液态光敏树脂可用紫外光照射固化，所述高分子液体添加剂含有粘结剂成分并提供导电体；

在接收基底表面覆盖一层可溶性高分子粉末；

采用静电喷涂方式按照设定的程序向所述接收基底上喷射浆料形成一层图案；

对所述接收基底上的浆料图案照射紫外光进行固化；

在固化后的浆料图案上再覆盖一层可溶性高分子粉末，然后再次进行浆料的喷射、固化，以此方式层层叠加，从而获得成型的三维部件；

对成型的三维部件用溶剂和/或溶剂的蒸气进行清洗，将三维部件中的可溶性高分子粉末溶解，形成孔隙，由此获得多孔三维部件；

所述成型用浆料中所述液态光敏树脂为UV环氧丙烯酸酯或UV聚氨酯丙烯酸酯，所占的质量百分比为90％或88％，所述高分子液体添加剂为聚氧化乙烯水溶液或聚乙烯吡咯烷酮水溶液，所占的质量百分比为10％或12％，在所述接收基底上覆盖的可溶性高分子粉末为分子量98000的聚乙烯醇或分子量100000的聚丙烯酸粉末，层厚为50微米或40微米，所述对成型的三维部件用水或水配合水蒸气进行清洗。