CN110802227A - 一种内部具有悬停面的产品的3d打印方法和数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种内部具有悬停面的产品的3D打印方法和数据处理方法。所述内部具有悬停面的产品的3D打印前的数据处理方法，包括步骤：确定产品的打印方向，找到悬停面；在悬停面下方添加支撑模型。所述3D打印方法包括步骤：将由上述数据处理方法得到的数据导入打印设备；启动打印设备，进行产品由下而上打印；暂停设备；去除支撑；继续打印。本公开通过在3D打印过程中暂停的方法，取出支撑，再继续打印。将原本被认定为不能使用3D打印制造的产品制造出来，减小了产品结构对3D打印技术的束缚，扩展了3D打印的适用范围。

Description

一种内部具有悬停面的产品的3D打印方法和数据处理方法
技术领域
本公开属于3D打印技术领域，尤其涉及一种产品内部需添加支撑的产品的3D打印方法和数据处理方法。
背景技术
3D打印(3D printing)，即快速成形技术的一种，相对于传统的、对原材料去除的切削、组装的加工模式不同，3D打印是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束无法实现的复杂结构件制造变为可能。正因为如此，3D打印技术受到前所未有的好评和关注，造成3D打印技术的发展多元化。
3D打印从制造工艺的技术上划分可称之为增材制造(Additive Manufacturing，AM)。特别是选择性激光烧结(Selective Laser melting，SLM，又称激光选区熔化技术)和电子选区束熔融(Electron beam melting，EBM)，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物等可粘合材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，按照数字模型制造出实体物品的制造技术。
SLM工艺是利用粉末状材料成形的：将材料粉末铺洒在已成形产品的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出产品截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到产品的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面，层层累积，最终完成产品的制造。
EBM工艺与SLM工艺的差别主要在于热源不同，在成型原理上基本相似：取粉器铺放一层预设厚度的粉末，电子束按照CAD文件规划的路径扫描并熔化粉末材料；扫描完成后成型台下降，铺粉器重新铺放新一层粉末。逐层铺粉-熔化的过程反复进行，直到零件成型完成。
发明内容
本公开公开一种内部具有悬停面的产品的3D打印方法和数据处理方法，扩展了3D打印技术的应用范围。
本公开公开一种内部具有悬停面的产品的3D打印前的数据处理方法，包括：
确定产品的打印方向，找到悬停面；
在悬停面下方添加支撑模型。
在一些实施例中，在所述添加支撑模型后，还包括对模型进行分层切片的步骤。
本公开还提供一种内部具有悬停面的产品的3D打印方法，将由上述数据处理方法得到的数据导入打印设备；
启动打印设备，进行产品由下而上打印；
暂停设备；
去除支撑；
继续打印。
在一些实施例中，所述产品打印步骤包括：
铺粉，将材料铺洒；
刮平；
烧结粉末，形成打印层面。
在一些实施例中，去除支撑步骤包括：将产品半成品移出设备，去除支撑；将产品重新安装回设备。
在一些实施例中，去除支撑步骤包括：在设备打印舱内去除支撑。
在一些实施例中，在产品模型的悬停面下方添加支撑模型之前，还包括CAD建数字模型的步骤。
在一些实施例中，在所述继续打印步骤开始的至少第一层，粉末烧结两次。优选地，粉末烧结两次。
在一些实施例中，所述暂停设备的位置为支撑打印完成后，产品再继续打印5-10mm的层面。
本公开上述的3D打印方法，可以为选择性激光烧结制造方法或电子选区束熔融制造方法。
一些产品内部具有悬停面的产品，为了实现3D打印的要求，需要在悬停面添加支撑。但当产品打印完成，支撑被封闭在产品内部，无法取出，这类产品通常被认定为不适合用3D打印方法制造。本公开通过在3D打印过程中暂停的方法，取出支撑，再继续打印。将原本被认定为不能使用3D打印制造的产品制造出来，减小了产品结构对3D打印技术的束缚，扩展了3D打印的适用范围。
附图说明
图1是对产品悬停面需要添加支撑的说明示意图；
图2是实施例一产品外观结构示意图；
图3是实施例一产品内部结构示意图；
图4是实施例一打印到暂停位置产品的结构示意图；
图5是用SLM工艺打印制造实施例一产品的流程图；
图6为实施例二位于产品内部的大悬空腔面的结构示意图；
图7是用EBM工艺打印制造实施例二产品的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本公开的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本公开的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本公开的限制。
本公开中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本公开的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
在使用SLM工艺和EBM工艺等3D打印技术由下而上铺粉-烧结加工产品的过程中，当一些产品存在与水平的打印层面夹角大于一定角度的结构(本公开称为“悬停面”)时，须在该结构下添加支撑才能实现打印层面有基础可依，从而实现由下而上的逐层打印。由于支撑不属于产品，是添加的辅助物，待打印完成后，需要将支撑去除。
如图1所示，产品1的A部分，由于产品壁面与水平面(定义在打印过程中，打印层面与水平面平行)夹角小于40°，在使用3D打印技术打印A部分时，需要在A部分底部添加支撑2。支撑2作为打印的依托。打印时将材料粉末铺洒在支撑2上表面，用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描生成A部分最初的产品截面，然后依常规技术继续由下向上逐层打印。当完成A部分打印到B部分时，由于B部分的要打印的壁面与水平的打印层面夹角足够大，下层打印层面可作为上层打印层面的依托基础，即打印完成的部分足以支撑新的打印层，可依常规3D打印技术正常逐层堆积，无需支撑2的辅助。
悬停面依据在产品结构中的位置，分为外悬停面和内悬停面。外悬停面下面的支撑容易去除，内悬停面下面的支撑，只要与外界有足够的空间，也容易去除。而一些封闭产品的内悬停面或下部没有足够的与外界连通空间的内悬停面，其下的支撑在产品打印完成后无法去除。通常这类产品被认为不能用3D打印方法制造，这限制了3D打印在这类产品的应用。
本公开的发明人发现，上述产品，是可以通过3D打印工艺进行加工制造的：
只要在产品打印到支撑完成辅助依托任务后，暂停打印，将支撑去除，再继续打印，直至完成产品的打印。
下面以两个产品为例进行详细说明本公开的构思。
实施例1
图2是实施例一产品外观结构示意图，图3是实施例一产品内部结构示意图，图4是实施例一打印到暂停位置产品的结构示意图。如图2所示，产品20的外观为一个完整的球体。如图3所示，产品20为中空球体，在球体内壁21上设有环形的悬停面25。在用SLM工艺由下至上打印产品20时，悬停面25的下方要添加支撑2作为辅助制造手段，悬停面25中心有孔251。如图4所示，当打印到暂停位置时，产品半成品的形态，此时可从悬停面25中心的孔251处去除支撑2。
图5是用SLM工艺打印制造实施例一产品的流程图，如图5所示，对产品采用SLM工艺打印的步骤为：
S1：依据产品数据模型，确定产品的打印方向，找到悬停面。
S2：在产品模型的悬停面下方添加支撑模型。
S3：支撑模型设计完成后，对图档进行分层切片。
S1至S3为数据处理方法。
将数据处理方法得到的数据导入打印设备，开始生产加工，如S4。
S5：启动打印设备，进行由下而上的打印。在打印过程中，包括重复的如下动作，层层积累。
S51：铺粉，将材料铺洒在基板或已成形产品的上表面；
S52：刮平；
S53：激光照射，烧结粉末，得到新的打印层面。
S6：当打印到支撑完成依托任务的高度，停止设备，暂停打印。
S7：去除支撑。
采用支撑去除工具或装置，将产品内部大悬停面下的支撑去除。在设备舱内添加一个去除支撑的工具放置区，当打印悬空腔面封顶后暂停打印，操作人员将手套进设备操作箱，利用舱内的工具将支撑去除，然后将清理的支撑放入收集仓，完成去除支撑的工作。
S8：启动设备，继续打印，直到完成产品的制造。
继续打印初始，第一层需要烧结两次，来增强搭接面连接的强度。
在S6中打印暂停的位置，一般选择在支撑打印完成后产品继续打印5-10mm的层面，但也可以根据产品结构做调整，原则为支撑完成依托任务、方便去除内腔的支撑为宜。
实施例2
以内腔中包括大悬空腔面(为悬停面的一种，为单侧悬停面长度/直径为0-10mm以上)的产品为例，用EBM工艺打印。图6为实施例二省略产品外形，仅显示位于产品内部的大悬空腔面的结构示意图，如图6所示，大悬空腔面30位于一个产品的内腔中。大悬空腔面30的上部区域由于与水平面的夹角过小，需要在其下面添加支撑2，制造完成后的产品要求去除支撑。图7是用EBM工艺打印制造实施例二产品的流程图，如图7所示，则该产品的打印之前，先进行数据处理，步骤为：
S1：依据产品的CAD数字模型，确定产品的打印方向，找到大悬空腔面。
S2：在大悬空腔面下方添加支撑模型。
S3：支撑模型设计完成后，对图档进行分层切片。
数据处理完成后，将处理好的数据导入设备进行打印，开始生产加工，如S4。
S5：启动打印设备，进行由下而上的打印。在打印过程中，包括重复的如下动作，层层积累。
S51：铺粉，将材料铺洒在基板或已成形产品的上表面；
S52：刮平；
S53：电子束照射，熔化粉末，得到新的打印层面。
S6：当打印到支撑完成依托任务的高度，停止设备，暂停打印。
S7：去除支撑。
如果在设备内无法去除支撑，则需要进行；
S71：将产品半成品移出设备，用传统方法或其他工具，去除支撑。
S72：将产品重新安装回设备。
S8：启动设备，继续打印，直到完成产品的制造。
继续打印初始，开启单次烧结，对暂停层的金属进行重熔，即打印的前2层需要照射两次，增强搭接面连接的强度。然后继续零件的后续层片打印直至打印完成。
本实施例在打印内部包括大悬空腔面的产品时，添加支撑，当悬停面封顶后将腔道内的支撑去除，然后继续后续打印，主要解决在3D打印技术中内部包括大腔道结构无法成形及打印完成后大腔道支撑无法去除的问题。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本公开而非限制本公开的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的前提下对本公开进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本公开的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种内部具有悬停面的产品的3D打印前的数据处理方法，其特征在于，包括步骤：
确定产品的打印方向，找到悬停面；
在悬停面下方添加支撑模型。
2.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，在所述添加支撑模型后，还包括对模型进行分层切片的步骤。
3.一种内部具有悬停面的产品的3D打印方法，其特征在于，包括步骤：
将由权利要求1或2所述数据处理方法得到的数据导入打印设备；
启动打印设备，进行产品由下而上的打印；
暂停设备；
去除支撑；
继续打印。
4.如权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于，所述产品打印步骤包括：
铺粉，将材料铺洒；
刮平；
烧结粉末，形成打印层面。
5.如权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于，所述去除支撑的步骤包括：
将产品半成品移出设备，去除支撑；
将产品重新安装回设备。
6.如权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于，所述去除支撑步骤包括：
在设备打印舱内去除支撑。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述继续打印步骤开始的至少第一层，粉末烧结两次。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述继续打印步骤开始的前两层，粉末烧结两次。
9.如权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于，所述暂停设备的位置为支撑打印完成后，产品再继续打印5-10mm的层面。
10.如权利要求4-9任一所述的3D打印方法，其特征在于，为选择性激光烧结制造方法或电子选区束熔融制造方法。
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