CN108556114A - 一种适用于陶瓷3d打印的防护装置及其防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于陶瓷3D打印的防护装置及其防护方法，该装置设置在陶瓷3D打印机的打印平台上，用于对陶瓷3D打印过程中的3D模型进行防护；该装置包括支撑结构和防刮挡板；支撑结构设置在3D模型的下方，3D模型与支撑结构之间不接触，支撑结构包括固定连接的上下两部分，上部分的横截面为三角锯齿结构或波浪结构，下部分为长方体；防刮挡板包括两段相互对称且不封闭的圆弧形挡板，分别设置在3D模型的两侧，两段圆弧形挡板以3D模型为对称轴呈镜面对称，圆弧形挡板上均匀的开设有多个圆孔。本发明能防止陶瓷浆料的自身重力而塌陷，在打印完成取件时容易分离，不会破坏模型的原有结构，并能减少侧面的冲击力，防止零件被刮缺或者刮倒。
Description
技术领域
本发明涉及光固化成型领域，尤其涉及一种适用于陶瓷3D打印的防护装置及其防护方法。
背景技术
光固化成型是指用一定波长和强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。光固化成型是目前应用较多的快速成型工艺中的一种，具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等优点。目前较常见的光固化成型材料是树脂和金属，而陶瓷因其具有高强度、高硬度、耐高温和耐腐蚀等良好的性能，逐渐被研究者青睐，陶瓷3D打印技术也因此备受关注。
陶瓷3D打印技术主要包括四步工艺，如图1所示：第一步是配料工艺，根据成形技术和最终的性能要求，选择合适的原材料，一般包括陶瓷粉末、粘结剂、添加剂，按一定比例混合均匀成为陶瓷浆料；第二步是成型工艺，首先将3D模型导入计算机，接着陶瓷3D打印机逐层打印，最后得到特定形状的陶瓷胚体；第三步是胚体后处理工艺，先将陶瓷胚体从打印区域取出，然后进行清洗、表面增强、修复、干燥等后处理；第四步是脱脂和烧结工艺，将完好的坯体放入炉子中，按照设定好的温度制度、焙烧气氛和压力进行热处理，脱脂烧结后经冷却便可得到最终的陶瓷产品。
虽然此工艺可以成型许多复杂形状的陶瓷零件，但是仍存在缺陷。第一是在打印过程中，由于陶瓷浆料自身密度大，使得单位体积的重力较大，所以对于一些悬空的3D模型，很容易坍塌，另外在陶瓷3D打印中，由于陶瓷材料具备一定粘度，容易粘黏在刮刀上，增大了刮刀的厚度，使得刮刀与零件之间产生摩擦，导致零件缺损或刮倒。第二是在脱脂烧结过程中，在高温作用下，胚体中的粘结剂等其他液相被脱除，随着烧结温度的升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，在宏观上表现为胚体体积收缩，在体积收缩的过程中胚体下方则可能会出现凹缺或裂纹，而此问题在模型为悬空结构时尤为突出，严重影响陶瓷的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种适用于陶瓷3D打印的防护装置及其防护方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种适用于陶瓷3D打印的防护装置，该装置设置在陶瓷3D打印机的打印平台上，用于对陶瓷3D打印过程中的3D模型进行防护；该装置包括支撑结构和防刮挡板；其中：
支撑结构设置在3D模型的下方，3D模型与支撑结构之间不接触，支撑结构包括固定连接的上下两部分，上部分的横截面为三角锯齿结构或波浪结构，下部分为长方体；
防刮挡板包括两段相互对称且不封闭的圆弧形挡板，分别设置在3D模型的两侧，两段圆弧形挡板以3D模型为对称轴呈镜面对称，圆弧形挡板上均匀的开设有多个圆孔。
进一步地，本发明的支撑结构下部分的长方体的长、宽、高均不大于3D模型的尺寸。
进一步地，本发明的支撑结构的上下两部分的高度比为1:1至1:2。
进一步地，本发明的支撑结构的上端面与3D模型的下方相互平行，两个平行面之间的距离取值范围为0.05至1.0mm。
进一步地，本发明的圆弧形挡板与3D模型之间的最短距离取值范围为2至10mm。
进一步地，本发明的圆弧形挡板的高度大于或等于3D模型的高度，弦长大于或等于3D模型的长度。
本发明提供一种适用于陶瓷3D打印的防护方法，包括以下步骤：
S1、将待打印的3D模型导入前处理软件中；
S2、在3D模型下方添加平行的支撑结构，在3D模型的前后两侧添加防刮挡板，并将3D模型、支撑结构和防刮挡板进行布尔运算得到最终打印模型；
S3、将最终打印模型导入3D打印软件中，进行参数设置后开始打印；
S4、打印完成后进行取件，将支撑结构和防刮挡板拆除，得到陶瓷胚体，最后经过脱脂烧结后得到陶瓷零件成品。
本发明产生的有益效果是：本发明的适用于陶瓷3D打印的防护装置及其防护方法，添加支撑结构的悬空模型在陶瓷3D打印过程中，不会因为陶瓷浆料的自身重力而塌陷，且支撑结构与3D模型结构之间有间隔，在打印完成取件时容易分离，不会破坏模型的原有结构，能很好的保持零件表面的光洁。另外，支撑结构分为两部分，一方面下部分是长方体，能承受足够的重力，另一方面上部分是三角锯齿或波浪结构在保证支撑的前提下，还能减少打印零件所消耗的陶瓷浆料的用量。同时在脱脂烧结时，由于支撑结构的存在，胚体不会因为体积收缩而下陷或裂痕，从而能得到性能优良的陶瓷零件。由于陶瓷浆料的流动性以及刮刀的作用，浆料在接触固体时会趋向两边扩散，所以圆弧挡板符合浆料的流动方向，起到引导浆料流向的作用，能很好的减少零件受到的冲击力。同时前后挡板能有效的带走刮刀上多余的浆料，防止零件被刮缺或者刮倒。另外圆弧上的圆孔使得浆料能顺利的进入成型区，不会出现打印缺料的现象。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是陶瓷3D打印工艺流程图；
图2是本发明的支撑结构和防刮结构整体图；
图3是本发明的一种支撑结构示意图；
图4是本发明的一种防刮挡板示意图；
图中：1-打印平台，2-3D模型，3-支撑结构，4-防刮挡板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中的适用于陶瓷3D打印的防护装置，具体是在3D悬空模型下方h处添加一种支撑结构(如图2所示)，在3D模型前后方d处添加一种防刮挡板(如图3所示)。其中h为0.05～1.0mm；d为2～10mm；支撑结构与悬空模型下方的位置关系是平行的；支撑结构由上下两部分组成，上面部分为三角锯齿结构或波浪结构等；下面部分为长方体，其中长方体的长、宽、高根据悬空模型的尺寸设定，原则上不得大于模型的尺寸；上下两部分结构的高度比为1:1～1:2。
其中防刮挡板为圆弧形，在圆弧形挡板上均匀的开直径为2mm的圆孔；圆弧形挡板高度大于等于3D模型高度，弦长L大于等于3D模型的长度；前后挡板为对称但不封闭的圆弧形状。
以图4为例，说明本发明的防护方法在陶瓷3D打印过程中的具体应用。
首先，将3D悬空模型导入前处理软件中，在其下方0.5mm处添加一平行的支撑结构，该结构由三角锯齿和长方体组成，三角锯齿和长方体的高度比为1:1.5；紧接着在模型前后3mm处添加一对称的圆弧形挡板，挡板上均匀分布直径为2mm的圆孔，最后将支撑实体模型与3D模型进行布尔运算，得到最终打印模型，导入陶瓷3D打印机中进行打印操作。
打印完成后进行清洗等操作得到陶瓷胚体，最后经过脱脂烧结后得到陶瓷零件成品。通过本发明的防护方法能有效的解决悬空模型因重力出现坍塌的问题，在打印时能最大程度的减少刮刀与零件的摩擦，同时取件时也不会出现零件与支撑结构难以分离的情况。另外，经过脱脂烧结后得到的成品表面光洁度好，无明显的凹陷或裂纹。
添加支撑结构的悬空模型在陶瓷3D打印过程中，不会因为陶瓷浆料的自身重力而塌陷，且支撑结构与3D模型结构之间有间隔，在打印完成取件时容易分离，不会破坏模型的原有结构，能很好的保持零件表面的光洁。另外，支撑结构分为两部分，一方面下部分是长方体，能承受足够的重力，另一方面上部分是三角锯齿或波浪结构在保证支撑的前提下，还能减少打印零件所消耗的陶瓷浆料的用量。同时在脱脂烧结时，由于支撑结构的存在，胚体不会因为体积收缩而下陷或裂痕，从而能得到性能优良的陶瓷零件。
由于陶瓷浆料的流动性以及刮刀的作用，浆料在接触固体时会趋向两边扩散，所以圆弧挡板符合浆料的流动方向，起到引导浆料流向的作用，能很好的减少零件受到的冲击力。同时前后挡板能有效的带走刮刀上多余的浆料，防止零件被刮缺或者刮倒。另外圆弧上的圆孔使得浆料能顺利的进入成型区，不会出现打印缺料的现象。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，该装置设置在陶瓷3D打印机的打印平台(1)上，用于对陶瓷3D打印过程中的3D模型(2)进行防护；该装置包括支撑结构(3)和防刮挡板(4)；其中：
支撑结构(3)设置在3D模型(2)的下方，3D模型(2)与支撑结构(3)之间不接触，支撑结构(3)包括固定连接的上下两部分，上部分的横截面为三角锯齿结构或波浪结构，下部分为长方体；
防刮挡板(4)包括两段相互对称且不封闭的圆弧形挡板，分别设置在3D模型(2)的两侧，两段圆弧形挡板以3D模型(2)为对称轴呈镜面对称，圆弧形挡板上均匀的开设有多个圆孔。
2.根据权利要求1所述的适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，支撑结构(3)下部分的长方体的长、宽、高均不大于3D模型(2)的尺寸。
3.根据权利要求1所述的适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，支撑结构(3)的上下两部分的高度比为1:1至1:2。
4.根据权利要求1所述的适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，支撑结构(3)的上端面与3D模型(2)的下方相互平行，两个平行面之间的距离取值范围为0.05至1.0mm。
5.根据权利要求1所述的适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，圆弧形挡板与3D模型(2)之间的最短距离取值范围为2至10mm。
6.根据权利要求1所述的适用于陶瓷3D打印的防护装置，其特征在于，圆弧形挡板的高度大于或等于3D模型(2)的高度，弦长大于或等于3D模型(2)的长度。
7.一种采用权利要求1的适用于陶瓷3D打印的防护装置的防护方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、将待打印的3D模型导入前处理软件中；
S2、在3D模型下方添加平行的支撑结构，在3D模型的前后两侧添加防刮挡板，并将3D模型、支撑结构和防刮挡板进行布尔运算得到最终打印模型；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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