CN106584885A - 一种非金属材料制品的3d打印与玻璃钢复合制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，包括以下步骤：(A)、通过3D打印机打印3D制品1，所述3D制品1由3D打印层111堆叠而成，所述3D制品1包括外壳和设在外壳上的加强层、加强筋或者其他3D打印结构，所述3D制品1可以是3D打印的成品也可以是半成品；(B)、在打印出的3D制品1上进行玻璃钢化处理，使得3D制品1的部分或全部表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料2，所述玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体，经玻璃钢化处理后的3D制品1的塑性和韧性好、整体强度高。

Description

一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺
【技术领域】
本发明涉及一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺。
【背景技术】
3D打印技术是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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。但3D打印存在逐层进行的特点，在非金属材料的打印中往往会导致3D打印层与层之间的结合力低甚至剥离，使得3D打印制品的结构强度以及密实性不好等问题，这导致了3D打印技术的推广应用受到了极大限制。
而纯玻璃钢制品能够具有较好的硬度以及外观成型，但是其一般都需要先制作出一个模型，然后根据模型进行玻璃钢成型制作，对于小批量甚至单件制作的中、大型产品来说，木型制作的费用高，以及制作的时间都带来了极大的浪费；且玻璃钢制品由于玻璃纤维的特性，其塑性特别是韧性较差，这使得纯玻璃钢制品的应用同样受到了较大限制。
本发明就是基于这种情况作出的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种简单的非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，通过该工艺制作的3D制品，解决了3D打印层之间结合力不好的问题、其连接牢固、密实性能好，由于玻璃钢内部有3D打印部分作为支撑，所述3D打印制品的塑性和韧性好、整体强度高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(A)、通过3D打印机打印3D制品；
(B)、在打印出的3D制品上进行玻璃钢化处理，使得3D制品的部分或全部表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述玻璃钢复合材料包括纤维制品和合成树脂。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述纤维制品为纤维丝、纤维布、纤维带、纤维毡、和纤维纱中的一种或几种。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述的纤维制品有两层以上，且相邻两层的纤维制品交错排列。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述纤维制品的制作材料为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维中的一种或几种。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述步骤(B)具体包括以下步骤：
(B11)、准备好纤维丝和合成树脂胶液；
(B12)、浸胶：将纤维丝通过合成树脂胶液浸胶；
(B13)、在3D制品的部分或全部表面上进行上述纤维丝的缠绕，形成纤维丝层，根据设计缠绕至所需厚度；
(B14)、纤维丝层固化；
(B15)、在上述纤维丝层待凝固时，对其表面进行加压整平；
(B16)、经加压整平后的纤维丝层完全凝固。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：在所述步骤(B12)和(B13)之间还包括以下步骤：
(B22)、将浸胶后的纤维丝预烘干；
(B23)、在准备对3D制品进行上述纤维丝的缠绕之前，将纤维丝上预烘干的合成树脂胶液加热成粘流态。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述步骤(B)具体包括以下步骤：
(B31)、提供纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种，及合成树脂胶液；
(B32)、粘结玻璃钢复合材料：
在打印出的3D制品的部分或全部表面上刷上或喷上合成树脂胶液，在刷好或喷好合成树脂胶液处铺上纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种，直到达到预设厚度；
或者，在纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱的一种或几种上浸涂或者刷涂上合成树脂胶液，然后铺设到打印出的3D制品的部分或全部表面上直到达到预设厚度；
(B33)、刮涂：对粘结在3D制品上的玻璃钢复合材料进行刮涂；
(B34)、在上述玻璃钢复合材料待凝固时，对其表面进行加压整平；
(B35)、经加压整平后的玻璃钢复合材料完全凝固。
如上所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：步骤(A)中打印3D制品的同时放置预埋件。
与现有技术相比，本发明有如下优点：玻璃钢复合材料与3D打印的材料粘结在一起，使玻璃钢复合材料与3D打印层结合为一体，玻璃钢复合材料不但起到了大大提高3D打印层的表面强度，消除3D打印层与层之间结合力低的问题，同时也使其表面变得更加密实，更加光滑美观；而3D打印层又弥补了纯玻璃钢复合材料制品的塑性、韧性以及整体强度差的缺陷，使得经玻璃钢化处理后的3D制品的塑性和韧性好、整体强度高；此工艺简单，也易于实现玻璃钢复合材料制品的自动化生产；另外，由于3D打印的整体性和连贯性，在制作3D制品时不需要像一般的工业生产一样需分别生产零部件，再进行组装，因而克服了目前的玻璃钢制品生产工艺中需要对各个零部件分别制作木型的缺陷，因此对于中大型产品、零部件多的产品、及批量性生产的产品，其生产都较为方便，制作的费用低、时间短。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1是实施例1中的一种3D打印出来的外壳经玻璃钢化处理后的剖视图；
图2是图1中沿I-I方向的剖切视图；
图3是实施例3中的一种3D打印出来的制品经玻璃钢化处理后的剖视图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，包括以下步骤：
(A)、通过3D打印机打印3D制品1，所述3D制品1由3D打印层111堆叠而成，所述3D制品1包括外壳和设在外壳上的加强层、加强筋或者其他3D打印结构，所述3D制品1可以是3D打印的成品也可以是半成品；
(B)、在打印出的3D制品1上进行玻璃钢化处理，使得3D制品1的部分或全部表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料2，所述玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体。所述的3D制品1按照产品结构的不同，可以在3D打印完成之后,再进行表面的玻璃钢化处理；也可以采用边打印边进行内外表面的玻璃钢化处理。
经过玻璃钢化处理后的3D制品1，玻璃钢复合材料2与3D打印的材料表面粘结在一起，使玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体，玻璃钢复合材料2不但起到了大大提高3D打印层111的表面强度，消除3D打印层与层之间结合力低的问题，同时也使其表面变得更加密实，更加光滑美观；而3D打印层111又弥补了纯玻璃钢复合材料制品的塑性、韧性、以及整体强度差的缺陷，使得经玻璃钢化处理后的3D制品1的塑性和韧性好、整体强度高；并且工艺简单，也易于实现玻璃钢复合材料制品的自动化生产。
另外，由于3D打印的整体性和连贯性，在制作3D制品1时不需要像一般的工业生产一样需分别生产零部件，再进行组装，因而克服了目前的玻璃钢制品生产工艺中需要对各个零部件分别制作木型的缺陷，因此对于中大型产品、零部件多的产品、及批量性生产的产品，其生产都较为方便，制作的费用低、时间短。
因经过玻璃钢化处理后的3D制品1的表层强度比较高，对完成玻璃钢化处理后的3D制品1进行加工处理将变得比较困难，在步骤(A)打印3D制品1的同时还可以进行预埋件的放置，使得经过玻璃钢化处理后的3D制品1不再需要进行加工处理及安装所需的预埋件，工艺简单，同时保留了3D制品1表层的玻璃钢复合材料2的完整性，性能更加的优越。
所述玻璃钢复合材料2包括纤维制品和合成树脂。
所述纤维制品为纤维丝、纤维布、纤维带、纤维毡、和纤维纱中的一种或几种，或其他纤维制品。
所述的纤维制品有两层以上，且相邻两层的纤维制品交错排列，进一步增强玻璃钢复合材料的强度、塑性、韧性及密封性。
所述纤维制品的制作材料为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维中的一种或几种，所述纤维制品的制作材料还可以是其他纤维。
实施例1：
如图1和图2所示，一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺如下：
(A)、通过3D打印机打印出所需3D制品1，所述3D制品1为外壳；
(B)、在打印完成的外壳的外表面上进行玻璃钢化处理，使外壳的外表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料2，所述玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体。
上述步骤(B)具体包括以下步骤：
(B11)、准备好纤维丝21和合成树脂胶液22；
(B12)、浸胶：将纤维丝21通过合成树脂胶液22浸胶，浸有合成树脂胶液22的纤维丝21即为玻璃钢复合材料2；
(B13)、在外壳的外表面上进行上述纤维丝21的缠绕，形成纤维丝层，所述纤维丝层有两层以上，相邻两层的纤维丝交错排列，根据设计缠绕至所需厚度；
(B14)、纤维丝层固化，使纤维丝上的粘流态的合成树脂胶液22慢慢凝固；
(B15)、在上述纤维丝层待凝固时，对其表面进行加压整平，及采用超声波对其表面进行抛光处理，因玻璃钢复合材料2完全凝固后的强度高，可在其凝固到脱离粘流状态后，利用其在完全凝固前的易塑性，可对其表面进行加压整平，以及进行表面抛光处理，使其表面光滑美观；
(B16)、经加压整平后的纤维丝层完全凝固。
因外壳的结构简单，只需在3D打印完成后的外表面进行玻璃钢化处理，故采用的是将外壳打印完成后再进行玻璃钢化处理，速度快，效率高；而采用纤维丝缠绕的方式将利于实现自动化。其3D打印层111之间结合力好、连接牢固、密封性能好，所述外壳的塑性和韧性好、强度高。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于，在所述步骤(B12)和(B13)之间还包括以下步骤：
(B22)、将浸胶后的纤维丝21预烘干，使得在纤维丝21拉丝运动过程中粘在上面的合成树脂胶液22不滴落下来，保持设备的清洁；
(B23)、在准备对所述外壳进行上述纤维丝21的缠绕之前，将纤维丝21上预烘干的合成树脂胶液22加热成粘流态。
该工艺制作的外壳不但3D打印层111之间结合力好、连接牢固、密封性能好，所述的外壳的塑性和韧性好、强度高，而且能够保持打印环境的清洁。
实施例3：
如图3所示，一种非金属材料3D制品1，所述3D制品1包括底层11、中间层结构12和盖面层13，所述3D制品1的3D打印与玻璃钢复合制作工艺如下：
(A)、3D打印：通过3D打印机打印底层11和中间层结构12；
(B)、玻璃钢化处理：在打印出来的底层11和中间层结构12的外表面和内表面上进行玻璃钢化处理，使底层11和中间层结构12的外表面和内表面都粘结并覆盖玻璃钢复合材料2，所述玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体；
(C)、接着重复步骤(A)，继续利用3D打印机打印盖面层13；
(D)、接着重复步骤(B)，在打印出来的盖面层13的外表面上进行玻璃钢化处理，使盖面层13的外表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料2，所述玻璃钢复合材料2与3D打印层111结合为一体。
上述步骤(B)和(D)分别包括以下步骤：
(B31)、提供纤维制品和合成树脂胶液，所述纤维制品为纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种；
(B32)、粘结玻璃钢复合材料2：在打印出的底层11和中间层结构12的内表面和外表面上刷上或者喷上合成树脂胶液，或在打印出的盖面层13的外表面上刷上或者喷上合成树脂胶液，在刷好或喷好合成树脂胶液处一层层铺上上述纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种纤维制品，直到达到预设厚度；
(B33)、刮涂：对粘结在底层11和中间层结构12的内表面和外表面上的玻璃钢复合材料2进行刮涂，使一层层的纤维制品紧密贴合，并且使含胶量均匀；
(B34)、在上述玻璃钢复合材料2待凝固时，对其表面进行加压整平，及采用超声波对其表面进行抛光处理，因玻璃钢复合材料2完全凝固后的强度高，可在其凝固到脱离粘流状态后，利用其为完全凝固前的易塑性，可对其表面进行加压整平，以及进行表面抛光处理，使其表面光滑美观；
(B35)、经加压整平后的玻璃钢复合材料2完全凝固。
结合3D制品1的结构及玻璃钢化处理的需求，该3D制品1除了需要在外表面进行玻璃钢化处理，还需要在主要的承力结构：底层3和中间层结构4的内表面进行玻璃钢化处理，该生产工艺采用边打印边进行内外表面的玻璃钢化处理，工艺简单，成本低，生产时间短，所得3D打印层111之间结合力好、连接牢固、密封性能好，所得3D制品1的塑性和韧性好、强度高。
另外，采用纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱等纤维制品，易于手工实施，能够节省自动化设备成本。
实施例4：
实施例4与实施例3的区别在于，所述步骤(B32)中粘结玻璃钢复合材料2的具体操作还可以为：在纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱的一种或几种上浸涂或者刷涂上合成树脂胶液，然后铺设到打印出的3D制品1的部分或全部表面上直到达到预设厚度。

Claims (9)

1.一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(A)、通过3D打印机打印3D制品(1)；
(B)、在打印出的3D制品(1)上进行玻璃钢化处理，使得3D制品(1)的部分或全部表面粘结并覆盖玻璃钢复合材料(2)。
2.根据权利要求1所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述玻璃钢复合材料(2)包括纤维制品和合成树脂。
3.根据权利要求2所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述纤维制品为纤维丝、纤维布、纤维带、纤维毡、和纤维纱中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述的纤维制品有两层以上，且相邻两层的纤维制品交错排列。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述纤维制品的制作材料为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求3或4所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述步骤(B)具体包括以下步骤：
(B11)、准备好纤维丝(21)和合成树脂胶液(22)；
(B12)、浸胶：将纤维丝(21)通过合成树脂胶液(22)浸胶；
(B13)、在3D制品(1)的部分或全部表面上进行上述纤维丝(21)的缠绕，形成纤维丝层，根据设计缠绕至所需厚度；
(B14)、纤维丝层固化；
(B15)、在上述纤维丝层待凝固时，对其表面进行加压整平；
(B16)、经加压整平后的纤维丝层完全凝固。
7.根据权利要求6所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：在所述步骤(B12)和(B13)之间还包括以下步骤：
(B22)、将浸胶后的纤维丝(21)预烘干；
(B23)、在准备对3D制品(1)进行上述纤维丝(21)的缠绕之前，将纤维丝(21)上预烘干的合成树脂胶液(22)加热成粘流态。
8.根据权利要求3或4所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：所述步骤(B)具体包括以下步骤：
(B31)、提供纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种，及合成树脂胶液；
(B32)、粘结玻璃钢复合材料(2)：
在打印出的3D制品(1)的部分或全部表面上刷上或喷上合成树脂胶液，在刷好或喷好合成树脂胶液处铺上纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱中的一种或几种，直到达到预设厚度；
或者，在纤维布、纤维带、纤维毡和纤维纱的一种或几种上浸涂或者刷涂上合成树脂胶液，然后铺设到打印出的3D制品(1)的部分或全部表面上直到达到预设厚度；
(B33)、刮涂：对粘结在3D制品(1)上的玻璃钢复合材料(2)进行刮涂；
(B34)、在上述玻璃钢复合材料(2)待凝固时，对其表面进行加压整平；
(B35)、经加压整平后的玻璃钢复合材料(2)完全凝固。
9.根据权利要求1所述的一种非金属材料制品的3D打印与玻璃钢复合制作工艺，其特征在于：步骤(A)中打印3D制品(1)的同时放置预埋件。
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