CN109676136B - 一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法 - Google Patents

一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，包括以下步骤：设计首饰艺术品的镂空外层结构，画出该结构的3D打印模型；准备内嵌物体，大小满足：能够被从上往下放置于已打印的镂空外层结构的半成品之内，并完全没入已打印的粉床中；采用增材制造的方式按照3D打印模型开始逐层铺粉并打印镂空外层结构；在打印过程中，当内嵌物体能够被放置于已打印的镂空外层结构之内，并完全没入已打印的粉床中时暂停打印，将内嵌物放入镂空外层结构的半成品内，使得内嵌物体能够完全没入已打印的粉床中；继续打印镂空外层结构直到完成，通过该方法可以一次性成型镂空并内嵌活动结构及物体，减少工艺流程，降低加工难度提高生产效益。

Description

一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法
【技术领域】
本发明涉及首饰品或艺术品的制造方法，尤其是一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法。
【背景技术】
目前，传统首饰品或艺术品的制作方法主要以失蜡铸造结合手工工艺为主，而对于首饰品或艺术品的设计，其强调独特性和款式多样性，款式更新迭代速度快、设计复杂度高。因此，在首饰品或艺术品的设计中，采用镂空结构及在镂空结构内嵌入固定或活动的结构及物件的设计居多。对于内嵌活动的结构或物件的镂空结构的首饰品或艺术品，其镂空结构的外层即为镂空，内部嵌入的内嵌物体为同种或不同种材料制得。
现有技术中，制作镂空结构和在镂空结构内内嵌相应的结构及物体，其加工程序复杂且难度大，致使加工成本较高。此类款式需分别制作出半封闭的外层镂空结构和相应的内嵌结构及物件，然后将相应的内嵌结构及物件嵌入已制作好的半封闭外层镂空结构中，之后在对外层镂空结构进行加工焊接而完成封闭的外层镂空接结构。然而，此加工程序对工人的手工工艺技术有很高的要求，加工缺陷和失败几率大，而且因为需要逐件加工焊接，进而大大增加了加工时间，存在生产效率较低，加工成本高的缺陷。
由于首饰品和艺术品的现有工制造工艺工序多、制造过程复杂、环境污染大、工作环境恶劣等制约着首饰品和艺术品行业的发展，因此，难于满足消费市场对首饰品和艺术品的个性化设计、快速定制、设计多样化的需求。为了解决上述技术问题，本发明特此而提出。
【发明内容】
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，通过该方法可以一次性成型镂空并内嵌活动结构及物体，减少工艺流程，降低加工难度，能够有效减少或避免加工缺陷和失败，降低对技术人员的要求，降低人工成本，提高生产效益。
为解决上述技术问题，本发明一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，包括以下步骤：
A、设计首饰品或者艺术品的镂空外层结构，画出该镂空外层结构的三维的3D打印模型；
B、准备好首饰品或者艺术品的内嵌物体，所述内嵌物体大小满足：能够被从上往下放置于已打印的镂空外层结构的半成品之内，并完全没入已打印的粉床中；
C、在3D打印机上采用增材制造的方式按照设计好的3D打印模型开始逐层铺粉并打印镂空外层结构；
D、在打印过程中，当内嵌物体能够被放置于已打印的镂空外层结构之内，并完全没入已打印的粉床中时,则暂停打印，打开3D打印机舱门，将内嵌物放入镂空外层结构的半成品内，使得内嵌物体能够完全没入已打印的粉床中；
E、关闭3D打印机舱门，重新充入打印保护气体，继续打印镂空外层结构直到完成；
F、打开3D打印机舱门，取出打印好的首饰品或者艺术品。
如上所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，首饰品或者艺术品的3D打印模型中至少有一镂空外层结构。
如上所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，其特征在于：所述3D打印模型中有一个以上的首饰品或者艺术品,且一个以上的首饰品或者艺术品无需逐个加工，可一次性批量完成多个首饰品或者艺术品的镂空外层结构。
如上所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，在步骤C和E中，采用选择性激光烧结成型或选择性激光熔化成型的方式打印镂空外层结构，且成型过程中激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于1W～200W之间，扫描速度介于100mm/s～3000mm/s之间，单层铺粉厚度介于15μm～300μm之间，扫描间距介于30μm～200μm之间。
如上所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，所述镂空外层结构具有用于容纳内嵌物体的空腔，所述内嵌物体需满足：暂停打印时，所述内嵌物体能够被放置于已打印的镂空外层结构之空腔，并完全没入已打印的粉床中。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明可以一次性成型镂空外层结构，并可内嵌活动结构及物体，无需手工焊接及二次加工。
2、本发明减少工艺流程，降低加工难度，有效减少或避免加工缺陷和失败。
3、本发明大大降低对技术人员的要求，降低人工成本，提高生产效益。
4、本发明无需逐个加工，可一次性批量完成镂空外层结构，并内嵌活动结构及物体的相同或不同款式的首饰和艺术品。
5、本发明能够设计和生产出传统铸造、手工或计算机数控技术难以制造甚至无法制造的薄壁、封闭内腔或网络的复杂结构，它实现了轻质化、节省材料、个性化定制、多规格尺寸和多配件一体化成型的产品制造。为摆脱传统铸造和手工工艺的束缚，提供了新的技术路线，突破首饰品和艺术品加工及生产的技术瓶颈，使产品的设计和制造更自由，符合设计个性化和多样化、生产小型化和分散化的全球制造业发展趋势。
【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是本发明制作的一种首饰品实施例的结构示意图；
图2是本发明制作的一种工艺品实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步描述：
本发明一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，包括以下步骤：
A、设计首饰品或者艺术品的镂空外层结构，画出该镂空外层结构的3D打印模型，首饰品或者艺术品的3D打印模型中至少有一镂空外层结构。
B、准备好首饰品或者艺术品的内嵌物体，所述内嵌物体大小满足：能够被从上往下放置于已打印的镂空外层结构的半成品之内，并完全没入已打印的粉床中。
C、在3D打印机上采用增材制造的方式按照设计好的3D打印模型开始逐层铺粉并打印镂空外层结构。
D、在打印过程中，当内嵌物体能够被放置于已打印的镂空外层结构之内，并完全没入已打印的粉床中时,则暂停打印，打开3D打印机舱门，将内嵌物放入镂空外层结构的半成品内，使得内嵌物体能够完全没入已打印的粉床中。
所述镂空外层结构具有用于容纳内嵌物体的空腔，所述镂空外层结构的外接圆直径为D，所述内嵌物体外接圆的直径为d，镂空外层结构的壁厚为t，镂空外层结构上最低点到3D打印机上基板的高度为l，已打印镂空外层结构的高度为h，则满足：d＜0.8(D-2t)，且步骤D在打印暂停时，满足：
Figure GDA0002952017290000051
通过上述关系式控制镂空外层结构和内嵌物体之间的大小关系，以便内嵌物体能够更好的实现嵌入镂空外层结构内，避免过早或者过迟的暂停，简化操作步骤。
E、关闭3D打印机舱门，重新充入打印保护气体，该保护气体可以为氮气或氩气，使得保护气体充满打印机腔室内，继续打印镂空外层结构直到完成。
F、打开3D打印机舱门，取出打印好的首饰品或者艺术品。
在步骤C和E中，采用选择性激光烧结成型或选择性激光熔化成型的方式打印镂空外层结构，且成型过程中激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于1W～400W之间，扫描速度介于100mm/s～3000mm/s之间，单层铺粉厚度介于15μm～300μm之间，扫描间距介于30μm～200μm之间。
本发明具体实施例中，3D打印模型采用适合3D打印机的stl格式文件或其他文件，可以设计一个、两个或者多个具有的镂空外层结构的首饰品或者艺术品，这些首饰品或者艺术品之间间隔设置，并准备对应的内嵌物体。在3D打印过程中，同种规格的首饰品或者艺术品可同时放置内嵌物体；不同规格的首饰品或者艺术品则在各自设定的打印高度暂停打印之时，放置对应的内嵌物体后，再关上3D打印机舱门继续打印。
因此，无需逐个加工，可一次性批量完成多个首饰品或者艺术品的镂空外层结构，并放入内嵌物体。故本发明制造的首饰品或艺术品的激光增材制造方法可以一次性成型镂空外层结构，无需手工焊接及二次加工；减少工艺流程，降低加工难度，有效减少或避免加工缺陷和失败；大大降低对技术人员的要求，降低人工成本，提高生产效益。
本发明中镂空外层结构的长、宽、高只要满足3D打印机的打印腔的尺寸即可，可以适用于普遍的首饰品或工艺品。
当所述镂空外层结构选择金属材料时，在步骤C和F中，采用选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering,简称SLS)或者选择性激光熔化成型(Selective LaserMelting,简称SLM)的方式打印镂空外层结构。不同的成型过程中的参数分别设置为：
采用选择性激光烧结成型时，激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于80W～200W之间，扫描速度介于100mm/s～3000mm/s之间，单层铺粉厚度介于15μm～100μm之间，扫描间距介于30μm～200μm之间，使金属材质的镂空外层结构成型更加的稳定，减少后修补加工。
采用选择性激光熔化成型时，激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于80W～400W之间，扫描速度介于100mm/s～2000mm/s之间，单层铺粉厚度介于15μm～100μm之间，扫描间距介于30μm～200μm之间，使金属材质的镂空外层结构成型更加的稳定，减少后修补加工。
当所述镂空外层结构选择树脂材料时，在步骤C和F中，采用SLS的方式打印镂空外层结构，且成型过程中激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于1W～20W之间，扫描速度介于100mm/s～3000mm/s之间，单层铺粉厚度100μm～300μm之间，扫描间距介于50μm～200μm之间，使树脂材质的镂空外层结构成型更加的稳定，减少后修补加工。
如图1所示，为一种首饰品的实施例，选择青铜粉作为打印原材料，其元素组成为质量占比90％的Cu与质量占比10％的Sn，粉末颗粒的直径为15μm～35μm，中值粒径为24.0μm，以利于首饰品或者工艺品的成型，及壁厚的控制。
首饰品的镂空外层结构1为网格状球型，镂空外层结构1的外接圆直径D为20mm，壁厚t为1mm，内嵌物体2可选用直径d为10mm的球形宝石。在打印镂空外层结构的球体结构之前先打印的基层结构的厚度，即镂空外层结构上的球体结构的球体最低点到3D打印机上基板的高度l为2mm，则在打印高度为13～19.48mm之间暂停，设定3D打印的层厚为30μm，可算出打印应在434～649层间暂停，并放入宝石。
将青铜粉放置于选区激光熔化设备的供粉缸中，选用200W的激光功率，600mm/s的扫描速度，30μm的层厚和120μm扫描间距，通入氮气作为保护气，开始打印。
打印进行到500层时暂停打印，打开舱门，将宝石放入镂空外层结构内，并关闭舱门，充入氮气，继续打印直到结束。
打开舱门，取出打印完毕的内嵌宝石的网格状球形的首饰品。
如图2所示，为另一种实施例，为兔子形状的工艺品，该艺术品摆件的镂空外层结构1为网格状不规则形，长、宽、高均介于10～14cm间，且身子高度约10cm，头颈高度约4cm，壁厚1mm。内嵌物体2为三颗不规则形宝石，每颗最大宽度为10mm。
选择青铜粉作为打印原材料，其元素组成为质量占比90％的Cu与质量占比10％的Sn，粉末颗粒的直径为15μm～35μm，中值粒径为24.0μm。
将青铜粉放置于选区激光熔化设备的供粉缸中，选用200W的激光功率，600mm/s的扫描速度，30μm的层厚和120μm扫描间距，通入氮气作为保护气，开始打印。
由于镂空外层结构在从下往上0～9cm的范围内横截面都很宽敞，到头颈后突然收紧，考虑到到内嵌物体的尺寸，选择任意打印高度在3cm～9cm间的时机暂停打印，打开舱门，将宝石放入镂空外层结构内，并关闭舱门，充入氮气，继续打印直到结束。
打开舱门，取出打印完毕的内嵌宝石的网格状不规则形艺术品摆件。

Claims (4)

1.一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，包括以下步骤：
A、设计首饰品或者艺术品的镂空外层结构，画出该镂空外层结构的三维的3D打印模型；
B、准备好首饰品或者艺术品的内嵌物体，所述内嵌物体大小满足：能够被从上往下放置于已打印的镂空外层结构的半成品之内，并完全没入已打印的粉床中；
C、在3D打印机上采用增材制造的方式按照设计好的3D打印模型开始逐层铺粉并打印镂空外层结构；
D、在打印过程中，当内嵌物体能够被放置于已打印的镂空外层结构之内，并完全没入已打印的粉床中时,则暂停打印，打开3D打印机舱门，将内嵌物放入镂空外层结构的半成品内，使得内嵌物体能够完全没入已打印的粉床中，在该步骤中，所述镂空外层结构具有用于容纳内嵌物体的空腔，所述镂空外层结构的外接圆直径为D，所述内嵌物体外接圆的直径为d，镂空外层结构的壁厚为t，镂空外层结构上最低点到3D打印机上基板的高度为l，已打印镂空外层结构的高度为h，则满足：d＜0.8(D-2t)，且步骤D在打印暂停时，满足：
Figure FDA0002952017280000011
E、关闭3D打印机舱门，重新充入打印保护气体，继续打印镂空外层结构直到完成；
F、打开3D打印机舱门，取出打印好的首饰品或者艺术品。
2.根据权利要求1所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，其特征在于：首饰品或者艺术品的3D打印模型中至少有一镂空外层结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，其特征在于：所述3D打印模型中有一个以上的首饰品或者艺术品,且一个以上的首饰品或者艺术品无需逐个加工，可一次性批量完成多个首饰品或者艺术品的镂空外层结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于首饰品或艺术品的激光增材制造方法，其特征在于：在步骤C和E中，采用选择性激光烧结成型或选择性激光熔化成型的方式打印镂空外层结构，且成型过程中激光光斑直径介于20μm～80μm之间，激光功率介于1W～400W之间，扫描速度介于100mm/s～3000mm/s之间，单层铺粉厚度介于15μm～300μm之间，扫描间距介于30μm～200μm之间。
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