CN108724698A - 一种易剥离的3d打印支撑及3d打印方法 - Google Patents

一种易剥离的3d打印支撑及3d打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种易剥离的3D打印支撑，包括由下至上依次设置的主支撑体、中间支撑体和顶部支撑体，所述主支撑体和顶部支撑体为稀疏的栅格结构，中间支撑体为致密的栅格结构，相对较结实的中间支撑体，能将主支撑体栅格的间隙覆盖住，从而更好的支撑住模型。相对较脆弱的顶部支撑体，在剥离支撑的过程中，脆弱部分会首先被破坏从而使支撑被非常容易的剥离，通过控制顶部支撑体的层数和栅格宽度，可使粘连部分肉眼不可见。本发明还提供一种3D打印方法，在打印悬空部分前还包括打印该易剥离的3D打印支撑的步骤。本发明的支撑结构能够保证支撑稳定性和支撑效果，同时使支撑更容易剥离，且不会在模型表面残留可见的栅格线条，保证模型的美观度。

Description

一种易剥离的3D打印支撑及3D打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种易剥离的3D打印支撑及3D打印方法。
背景技术
在3D打印(快速成型)技术领域中，FDM(Fused Deposition Modeling)工艺是一种分层制造技术，在模型的每一层依靠加热喷头融化喷头内部材料，按照一定的刀路移动同时喷挤出热熔丝，通过逐层的材料堆积最终实现模型的制造。
在打印过程中，对于模型悬空的位置，如图1(a)所示，或者倾斜角度较大的位置，如图1(b)所示，必须要添加支撑，否则该位置处就会出现脱落，轻则降低打印质量，严重的会导致打印失败。
目前的3D打印技术添加支撑的方式主要有栅格支撑和柱状支撑，其中栅格支撑具有容易实现，支撑稳定的特点，是一种比较主流的支撑方式，如图2(a)-2(b)所示。栅格支撑从上到下都采用相同的结构，这种支撑方式主要有两个问题：
1、栅格之间有一定的间隙，导致被支撑的部分容易从间隙之间漏下去；
2、并且为了保证栅格支撑稳定性，每一条栅格线条都比较粗，包括与模型接触的部分，导致支撑被剥离后总会有比较明显的栅格线条残留在模型被支撑的表面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种易剥离的3D打印支撑及打印方法，能够保证支撑稳定性和支撑效果，同时使支撑更容易剥离。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种易剥离的3D打印支撑，包括主支撑体以及设置在主支撑体上部的中间支撑体，所述主支撑体和中间支撑体均为栅格结构，所述中间支撑体栅格间隙LS小于主支撑体栅格间隙LM，即LS<LM。
进一步的，所述中间支撑体栅格的层数为NS，且栅格相邻层或间隔若干层交错排列。
进一步的，所述中间支撑体栅格相邻层或间隔若干层交错排列的角度r＝[30°,90°]，
进一步的，NS＝[2,4]。
进一步的，所述中间支撑体上部还设置有栅格结构的顶部支撑体，所述顶部支撑体的栅格间隙LT大于中间支撑体的栅格间隙LS，即LT>LS。
进一步的，LM＝[5mm,10mm]，LS<2mm，LT＝[2mm,10mm]。
进一步的，所述顶部支撑体的栅格层数NT小于中间支撑体的栅格层数NS，即NT≤NS。
进一步的，NT＝[1,2]。
进一步的，所述顶部支撑体的栅格排列方向RT＝RM+r2,r2＝[0°，90°]，其中RM代表主支撑体栅格排列方向。
进一步的，所述顶部支撑体的栅格线条直径DT小于打印层厚h，即DT<h。
进一步的，本发明还提供一种3D打印方法，在打印悬空部分前还包括支撑件打印步骤，所述支撑件为前述的易剥离的3D打印支撑。
本发明的有益效果是：本发明设置具有致密栅格结构的相对较结实的中间支撑体，能将主支撑体栅格的间隙覆盖住，从而更好的支撑住模型。另外在中间支撑体上方设置较脆弱的顶部支撑体，在剥离支撑的过程中，脆弱部分会首先被破坏从而使支撑被非常容易的剥离，中间支撑体不会黏在模型上，同时通过控制顶部支撑体的层数和栅格宽度，即使顶部支撑体会有部分粘连在模型上，也可以达到粘连部分肉眼不可见的效果。本发明的支撑结构能够保证支撑稳定性和支撑效果，同时使支撑更容易剥离，且不会在模型表面残留可见的栅格线条，保证模型的美观度。
附图说明
图1(a)-(b)分别为3D打印过程中模型悬空和倾斜示意图；
图2(a)-(b)分别为现有技术中的栅格支撑的立体图和俯视图；
图3(a)-(b)分别为本发明一实施例的易剥离的3D打印支撑俯视图和侧视图；
图4(a)-(b)分别为本发明一实施例的中间支撑体第1层和第2层栅格结构俯视图(交错排列角度r＝90°)；
图5(a)-(b)为本发明另一实施例的易剥离的3D打印支撑俯视图和侧视图；
图6为本发明另一实施例的顶部支撑体结构俯视图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3(a)‐(b)所示为本发明一实施例的一种易剥离的3D打印支撑，包括主支撑体1以及设置在主支撑体上部的中间支撑体2，所述主支撑体1和中间支撑体2均为栅格结构，主支撑体1为稀疏的栅格结构，中间支撑体2为致密的栅格结构，LM>LS。实际应用中，致密栅格结构可能会由于栅格间隙太小，相邻两排粘连，整体上看去像一层平板。中间支撑体2致密的栅格结构能将主支撑体1栅格的间隙覆盖住，从而更好的支撑住模型，不会从间隙之间塌陷或漏下去。并且中间支撑体2自成一个整体，在与模型剥离的过程中也能够被一次整体剥离。主支撑体的栅格排列方向RM为固定角度，中间支撑体的栅格排列方向RS可以与RM一致，也可成一定的交错角度，即RS＝RM+r1，r1＝[0°，90°]。
主支撑体和中间支撑体的栅格层数(纵向的排列层数)分别为NM、NS，栅格间隙分别为LM、LS，栅格排列方向分别为RM、RS，栅格结构的线条直径分别为DM、DS。假设模型被支撑的位置为第k层，则主支撑体的作用范围为[1,k-NS-1]，中间支撑体的作用范围为[k-NS,k-1]。为了便于理解，图3(b)所示中间支撑体2两层栅格分开示出，实际是层叠于一体的，且与主支撑体1顶部也是相接触的。在一实施例中，为了更方便地剥离支撑，栅格相邻层或间隔若干层交错排列，交错排列的各个角度可相同，也可不同。若各个交错排列角度为相同，表示为r，则RS,n＝RM+r0+(n-1)*r,n＝[1,NS],其中RS,n代表中间支撑体2的第n层栅格排列方向，r0＝[0，90°]，即中间支撑体2的第1层栅格(与主支撑体顶部接触的栅格层)排列方向可以与主支撑体的栅格排列方向RM相同，也可与RM交错成一固定角度r0。经过大量实验，优选r＝[30°,90°]，NS＝[2,4]，如图4(a)‐(b)所示为一实施例的层数为2的中间支撑体栅格结构俯视图，NS＝2，第1层栅格与主支撑体栅格成45°交错排列，即r0＝45°，第1层和第2层栅格的交错排列角度为90°，即r＝90°。栅格间隙优选LM＝[5mm,10mm]，LS<2mm。这样的参数设置，可以在最省材料的同时，使得剥离更容易，并且剥离后效果最好。可选的，中间支撑体栅格排列方向也可间隔若干层交错排列，如第1、2层排列方向一致，第3、4层排列方向一致，但与第1、2层的栅格排列方向交错有一个角度。
作为进一步的改进，如图5(a)‐(b)所示为本发明另一实施例的一种易剥离的3D打印支撑，主支撑体1和中间支撑体2的结构与前一实施例一致，此外，在中间支撑体2上部还设置有栅格结构的顶部支撑体3，其层数、栅格间隙、栅格排列方向和栅格结构的线条直径分别为NT、LT、RT、DT，顶部支撑体3也为稀疏的栅格结构，NT≤NS，LT>LS，DT<DS。假设模型被支撑的位置为第k层，则主支撑体1的作用范围为[1,k-NS-NT-1]，中间支撑体2的作用范围为[k-NS-NT,k-NT-1]，顶部支撑体3的作用范围为[k-NT,k-1]。为了便于理解，图5(b)所示顶部支撑体3与中间支撑体2分开示出，实际是与中间支撑体2顶部相接触的。优选LT＝[2mm,10mm]，NT＝[1,2]，DT<h，DS＝h，DM＝h，DS和DM也可取h附近的值，h为当前打印层厚。顶部支撑体3的各层栅格排列方向可相同，且RT＝RM+r2,r2＝[0°，90°]，即与主支撑体栅格排列方向交错有一角度r2。另一实施方式中，顶部支撑体3的各层栅格也可以交错排列。如图6所示为本实施例中的顶部支撑体3的俯视图，NT＝1，r2＝90°。本实施例方案在相对结实的中间支撑体2和模型之间由相对脆弱的顶部支撑体3填充。在剥离支撑的过程中，脆弱部分(即顶部支撑体3)会首先被破坏从而使支撑被非常容易的剥离，中间支撑体2不会黏在模型上。通过上述参数设置，控制顶部支撑体的NT和DT可以达到更易剥离且剥离后粘连部分更细小、肉眼不可见的效果。
本发明还提供一种3D打印方法，在打印悬空部分前还包括支撑件打印步骤，所述支撑件为所述易剥离的3D打印支撑。由于该支撑结构具有很好的稳定性，这样在打印过程中能对悬空部分进行可靠支撑，同时该支撑也极易剥离，不会在模型表面残留可见的栅格线条，保证模型的美观度。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种易剥离的3D打印支撑，包括主支撑体以及设置在主支撑体上部的中间支撑体，所述主支撑体和中间支撑体均为栅格结构，其特征在于，所述中间支撑体栅格间隙LS小于主支撑体栅格间隙LM，即LS<LM。
2.按照权利要求1所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述中间支撑体栅格的层数为NS，且栅格相邻层或间隔若干层交错排列。
3.按照权利要求2所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述中间支撑体栅格相邻层或间隔若干层交错排列的角度r＝[30°,90°]。
4.按照权利要求3所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，NS＝[2,4]。
5.按照权利要求1-4任意一项所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述中间支撑体上部还设置有栅格结构的顶部支撑体，所述顶部支撑体的栅格间隙LT大于中间支撑体的栅格间隙LS，即LT>LS。
6.按照权利要求5所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，LM＝[5mm,10mm]，LS<2mm，LT＝[2mm,10mm]。
7.按照权利要求5所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述顶部支撑体的栅格层数NT小于中间支撑体的栅格层数NS，即NT≤NS。
8.按照权利要求7所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，NT＝[1,2]。
9.按照权利要求5所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述顶部支撑体的栅格排列方向RT＝RM+r2,r2＝[0°，90°]，其中RM代表主支撑体栅格排列方向。
10.按照权利要求5所述的一种易剥离的3D打印支撑，其特征在于，所述顶部支撑体的栅格线条直径DT小于打印层厚h，即DT<h。
11.一种3D打印方法，其特征在于，在打印悬空部分前还包括支撑件打印步骤，所述支撑件为权利要求1-10任意一项所述的易剥离的3D打印支撑。
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