CN109551758B - 一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，利用三维设计软件设计零件和支撑该零件的基底的三维模型，然后将零件和支撑该零件的基底的三维模型数据导入切片软件中，再将零件和支撑该零件的基底的多个切片数据导入3D打印设备中，激光顺序扫描高粘度材料，直至打印完成，最后去除基底，最终得到零件，间隙与待制作的零件易于分离，不会在零件表面留下任何痕迹。本发明为3D打印技术制作具有复杂底面结构零件提供了一种非接触式支撑的方法，在三维制造领域具有广阔的应用前景。

Description

一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，也适用于陶瓷等高粘度材料三维打印技术。
背景技术
三维打印技术是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过激光打印多层的粘合材料来制造三维的物体。该技术成型精度高，极大的缩短产品的研制周期，提高生产率、降低生产成本，提高企业的竞争力。同时，3D打印技术还能打印出一些传统生产技术无法制造出的内腔以及外形，简化整个生产流程，具有快速高效等特点。
三维打印技术可以运用的材料众多，其中SLA、FDM、SLM、SLS和EBSM等成型工艺为防止热应力影响发生翘曲变形，也为了防止表面张力影响产生球化或下沉脱落，这些工艺均要求在成型零件的悬垂面添加支撑，保证成型的顺利进行。
3D打印过程中需要通过支撑结构对零件进行支撑，支撑结构要求既要求支撑能全面考虑到零件的悬垂面，有一定的强度，不会因为热应力影响而断裂，也要求加工结束后方便去除支撑结构，去除支撑结构时不会破坏零件的结构；减少支撑结构后处理时间，提高支撑面的表面质量。
目前3D打印工艺常用的支撑结构氛围薄壁支撑和实体支撑两大类，其中薄壁支撑包括点支撑、线支撑、块状支撑和网状支撑等，这一类支撑结构对于零件悬垂面的覆盖较完整，但是强度较低，容易收热应力影响而断裂，造成成型失败，而且后续支撑结构的去除时间较长，精细结构添加了薄壁支撑后，去除很困难。其中实体支撑主要有雏形支撑和加厚度的块状支撑，这类支撑结构强度较大，不容易断裂，但是支撑结构的成型时间长，会消耗较多的粉末，后续去除困难。如图1所示，一种陶瓷义齿，因接触零件的表面，去除支撑后，对零件表面破坏较大。
中国专利2016214673815公开一种树形支撑结构，该支撑结构的树枝部分呈轴对称结构，并且均为圆柱形。圆柱形的树枝不但增大了与零件的接触面积，而且因圆柱的直径较粗且一致，在去除支撑结构时树枝不易折断，或未在预定部位折断，容易对零件造成损伤，也增加了后续的零件表面处理。
发明内容
为解决上述技术问题，我们提出了一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，避免了零件表面损伤的发生。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其包括如下步骤：
步骤一，利用三维设计软件设计零件和支撑该零件的基底的三维模型，得到零件和支撑该零件的基底的三维模型数据，其中，所述基底和所述零件之间还设有特定厚度的间隙，且所述基底的上表面与所述零件的下表面形貌互补；
步骤二，将上述得到的零件和支撑该零件的基底的三维模型数据导入切片软件中，得到零件和支撑该零件的基底的多个切片数据；
步骤三，将零件和支撑该零件的基底的多个切片数据导入3D打印设备中，激光顺序扫描高粘度材料，直至打印完成，得到零件和基底，其中，所述零件和基底在激光辐照下形成固态的零件和基底，所述间隙不接受激光辐照维持高粘度材料原本性状；
步骤四，去除基底，最终得到零件。
进一步的，所述基底由随形支撑构成，用于零件的底部支撑。
进一步的，所述基底的大小可根据打印零件底面的形貌进行调整。
进一步的，所述高粘度材料为光敏材料，其粘度范围介于1000cps至1000000cps之间。
进一步的，所述间隙的大小为零件切片厚度的1-100倍。
进一步的，所述间隙中的高粘度材料可通过挤出、刮涂或喷涂任一种方式实现。
进一步的，所述基底的打印参数与所述零件的打印参数相同或不同。
通过上述技术方案，本发明的一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，通过零件与基底之间的间隙，不仅起到对上部零件的支撑作用，还使得基底与零件易于分离，不会在零件表面上留下任何痕迹，保证了零件的完整性，而且，零件与基底的打印参数可以相同或不同，这样能实现更高的打印效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为采用现有技术得到的陶瓷义齿去支撑后的示意图；
图2为本发明所公开的用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法的流程图；
图3为本发明所公开的锯齿状零件、间隙和基底的剖视图；
图4为采用本发明实施例3所公开的具有复杂咬合面的氧化锆陶瓷义齿的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合示意图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图2所示，一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其包括如下步骤：
S101，利用三维设计软件设计零件和支撑该零件的基底的三维模型，得到零件和支撑该零件的基底的三维模型数据，其中，所述基底和所述零件之间还设有特定厚度的间隙，且所述基底的上表面与所述零件的下表面形貌互补；
S102，将上述得到的零件和支撑该零件的基底的三维模型数据导入切片软件中，得到零件和支撑该零件的基底的多个切片数据；
S103，将零件和支撑该零件的基底的多个切片数据导入3D打印设备中，激光顺序扫描高粘度材料，直至打印完成，得到零件和基底，其中，所述零件和基底在激光辐照下形成固态的零件和基底，所述间隙不接受激光辐照维持高粘度材料原本性状；
S104，去除基底，最终得到零件。
需要说明的是，在设计基底的三维模型时，所述基底的大小可根据打印零件底面的形貌进行调整，以随形支撑耗材最少且足够支撑起上部零件为准。
上述所述高粘度材料为光敏材料，其粘度范围介于1000cps至1000000cps之间，也可以是膏状陶瓷浆料或树脂材料，但不仅限于此。
为了能让支撑轻易剥离且不对零件表面造成损伤，所述间隙的大小为零件切片厚度的1-100倍。且所述间隙中的打印材料可通过挤出、刮涂或喷涂任一种方式实现，但不限于以上方式。
根据零件的不同打印要求，所述基底的打印参数与所述零件的打印参数可以相同或不同，这样能实现更高的打印效率。
上述方法是利用高粘度材料本身的支撑性并铺上在所述间隙，不会导致零件坍塌，也由于高粘度的特定，在横向涂覆时，高粘度材料也不会刮走，该间隙中的高粘度材料使得零件和基底可以轻易分开，不会对零件表面造成破坏，如图3所示，锯齿状零件1、间隙2和基底3的剖视图，打印时，横向涂覆后，激光按照切片数据扫描，无切片数据时激光关闭，这样循环重复直至整个锯齿状零件1打印完成。
实施例1
使用高粘度光敏树脂材料制作具有复杂底面结构零件的步骤：先将待打印的塑料零件和基底进行三维模型设计、切片，然后将塑料零件和基底的切片数据导入光固化3D打印中，激光依次辐照塑料零件和底座支撑的切片层固化成零件和底座支撑，激光关闭，涂铺装置将光敏树脂涂铺在随形间隙至少一层维持原光敏树脂材料性状，最后去除随形间隙和底座支撑，得到具有复杂底面结构的塑料零件。主要打印参数：光源为355nm，功率为300mw，零件的激光扫描速度为4000mm/s，底座支撑的激光扫描速度为2000 mm/s，间隙为0.3mm，切层厚度为0.1mm。
实施例2
使用具有高粘度特性的氧化铝膏料制作具有复杂底面结构的氧化铝陶瓷零件的步骤：先将待打印的陶瓷零件、随形间隙和底座支撑进行三维模型设计、切片，将切片后的数据导入陶瓷3D打印机中，激光顺序扫描氧化铝膏料形成固体的氧化铝陶瓷零件和基底，刮涂机构循环涂铺在间隙，且激光为关闭状态，直至完整的零件打印完成，然后移除基底，再脱脂烧结，最终得到氧化铝陶瓷零件。主要打印参数：光源为355nm，功率为300mw，陶瓷零件和底座支撑的扫描速度均为4000mm/s，间隙为0.21mm，切层厚度为0.07mm。主要脱脂和烧结参数：4h从室温升至120℃，保温5h；16h从120℃升至600℃，保温2h；3.26h从600℃升至1580℃，保温2h；随炉冷却至室温。
实施例3
如图4，使用高粘度氧化锆光敏材料制作具有复杂咬合面的氧化锆陶瓷义齿的步骤：先将待打印陶瓷义齿和基底进行三维模型设计、切片，将切片后的数据导入陶瓷3D打印机中，激光顺序扫描氧化锆膏料形成固体的陶瓷义齿零件和基底，刮涂机构循环涂铺在间隙，且激光为关闭状态，直至完整的零件打印完成，然后移除基底，得到具有高粘度特性的氧化锆陶瓷义齿，再脱脂烧结，最终得到氧化锆陶瓷义齿。主要打印参数：光源为355nm，功率为600mw，氧化锆陶瓷牙齿的扫描速度为1000mm/s，底座支撑的扫描速度为4000 mm/s，间隙为0.12mm，切层厚度为0.04mm。主要脱脂和烧结参数：4h从室温升至75℃，保温6h；6h从75℃升至170℃，保温8h；20h从170℃升至330℃，保温6h；14h从330℃升至500℃；7.5h从500℃升至1250℃；1h从1250℃升至1450℃，保温2h；36h从1450℃降至室温。
上述中的零件与基底支撑不接触，原高粘度材料的特性的间隙使得零件与基底非常容易剥离，而且不会在零件表面留下任何痕迹。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一，利用三维设计软件设计零件和支撑该零件的基底的三维模型，得到零件和支撑该零件的基底的三维模型数据，其中，所述基底和所述零件之间还设有特定厚度的间隙，且所述基底的上表面与所述零件的下表面形貌互补；
步骤二，将上述得到的零件和支撑该零件的基底的三维模型数据导入切片软件中，得到零件和支撑该零件的基底的多个切片数据；
步骤三，将零件和支撑该零件的基底的多个切片数据导入3D打印设备中，激光顺序扫描高粘度材料，直至打印完成，得到零件和基底，其中，所述零件和基底在激光辐照下形成固态的零件和基底，所述间隙不接受激光辐照维持高粘度材料原本性状；
步骤四，去除基底，最终得到零件；
其中，所述高粘度材料为光敏材料，其粘度范围介于1000cps至1000000cps之间，所述间隙的大小为零件切片厚度的1-100倍。
2.根据权利要求1所述的用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其特征在于，所述基底由随形支撑构成。
3.根据权利要求1所述的用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其特征在于，所述基底的大小可根据打印零件底面的形貌进行调整。
4.根据权利要求1所述的用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其特征在于，所述间隙中的高粘度材料可通过挤出、刮涂或喷涂任一种方式实现。
5.根据权利要求1所述的用高粘度材料进行三维打印的随形制作方法，其特征在于，所述基底的打印参数与所述零件的打印参数相同或不同。
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