CN111590876A - 立体打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立体打印方法，适于一立体打印装置以打印一立体模型，所述立体打印装置具有一打印喷嘴及一打印平台，所述立体打印方法包括：根据立体模型信息进行模型分层并所述模型分层中的至少一层采用以下打印步骤：首先打印开口向上的中空壳体；其次在中空壳体内填充液体工质；然后将上述液体工质固化；最后对中空壳体进行封顶打印；采用熔融沉积制造方法打印中空壳体或/和对中空壳体进行封顶打印；利于根据需要填充不同的工质以在快速打印的同时保证整体结构强度，利于快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计灵活性和多样性。

Description

立体打印方法
技术领域
本发明涉及一种打印方法，尤其涉及一种立体打印方法。
背景技术
钣金件以重量轻、结构刚度强、成本低、材料利用率高等优点在各金属加工业中得到了广泛的应用，如机床制造、家用电器、汽车生产、农业机械、船舶制造等等领域。传统的钣金成型用到的由金属材料制作的专用工装模具存在成本高、制作周期长等问题，尤其是对于小批量钣金件而言，单件成本较高且周期较长。而熔融沉积制造(Fused DepositionModeling,简称FDM)作为快速成型工艺的一种，其构成零件的每个层片都是由材料丝熔融堆积而成，熔融的材料丝受到打印喷头和下层已成型部分的挤压，由于自身应力自动粘结在已成型部分上并经过层层累积形成了立体模型，具有机械结构简单、使用方便、制件翘曲变形小、去除支撑后无需打磨抛光等处理及可桌面化制造等优点。然而，FDM技术为了保证零件的外形精度，喷嘴直径通常小于0.5mm，使得打印速度较慢。为了提高打印速度，传统FDM技术通常将模型设置为中空蜂窝结构，但是中空的蜂窝结构势必会导致零件的强度较弱，使得加工速度和零件强度不可兼得。
基于以上问题，本发明提供一种立体打印方法。该立体打印方法技术利于在保证结构强度的基础上快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计多样性及灵活性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种立体打印方法，利于在保证强度的基础上快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计多样性及灵活性。
本发明的立体打印方法，适于一立体打印装置以打印一立体模型，所述立体打印装置具有一打印喷嘴及一打印平台，所述立体打印方法包括：
根据立体模型信息进行模型分层并所述模型分层中的至少一层采用以下打印步骤：
(1)首先采用熔融沉积制造方法打印开口向上的中空壳体；
(2)其次在中空壳体内填充液体工质；
(3)然后将上述液体工质固化；
(4)最后对中空壳体进行封顶打印；
采用熔融沉积制造方法打印中空壳体或/和对中空壳体进行封顶打印；
即首先打印具有内部腔体且开口向上的中空壳体，然后在中空壳体内填充液体工质，使得工质充满中空壳体的内部腔体后，对液体工质进行固化并于固化后对中空壳体的上部开口进行封顶打印，以形成立体模型相应层(也可直接形成立体模型)，并可在该层的基础上重复上述步骤直到完成整个立体模型的制备；优选所述中空壳体和中空壳体的封顶打印均采用熔融沉积制造方法，利于缩短打印时间及利于中空壳体及其顶部加工的灵活性及多样性，利于在打印过程中，通过调整打印参数提高中空壳体内壁的粗糙度，使得固化后的工质与中空壳体间的接触面积增加以具有良好的结合性，关于通过打印参数调整以实现中空壳体的外表面满足外观要求及内壁的粗糙度满足与固化后工质的结合要求的设置属于常规设置，在此不再赘述；所述熔融沉积制造方法的原理属于现有技术，在此不再赘述；该立体打印工艺所得到的立体模型的整体强度主要由中空壳体内部填充固化的工质来保证，并可以根据需要的强度要求选用不同的工质材料，使得不仅操作简单便利且利于扩大应用范围，利于在保证整体强度的基础上快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计灵活性和多样性。
进一步，完成上述步骤(1)后，在中空壳体内打印蜂窝结构并在蜂窝结构内填充液体工质；即在完成开口向上的中空壳体的打印后，在中空壳体内打印蜂窝结构，并在蜂窝结构内填充液体工质，使得液体工质填充满中空壳体内所形成的腔体包括蜂窝结构所形成的腔体，再对液体工质进行固化后，利于通过增加固化后的工质与中空壳体的内壁的接触面积以形成稳固结合，从而进一步利于提高整体的结构强度；优选所述蜂窝结构的孔壁均为粗糙化设置，所述蜂窝解雇的孔壁粗糙度优选为Ra200-Ra400，以进一步利于增加固化后的工质与蜂窝结构的接触面积以形成稳固的结合为宜。
进一步，所述蜂窝结构的孔为上下贯通设置；利于液体工质充满整个蜂窝结构，利于提高固化速度的同时保证低收缩率且高结构强度。
进一步，所述蜂窝结构的孔径至少大于0.1mm，优选为大于0.5mm；利于液体工质快速充满整个蜂窝结构内的腔体；所述蜂窝结构的孔径根据需要进行设置即可，以便于快速便利操作的基础上能够使固化后的工质与中空壳体的内壁和蜂窝结构间形成稳固的结合以保证整体结构强度为宜。
进一步，所述蜂窝结构的孔截面为类圆形或类椭圆形或类方形或类长方形或类平行四边形或类三角形；所述蜂窝结构的孔截面根据需要设置即可，优选所述蜂窝结构孔的孔壁在打印过程中形成多凹槽结构(增大粗糙度)，利于增加工质与蜂窝结构的接触面积，利于固化后的工质与蜂窝结构间的稳固结合。
进一步，所述液体工质为液态光敏树脂或液态常温固化树脂；优选采用液态光敏树脂，不仅收缩率小且强度高；采用液态光敏树脂时，所述蜂窝结构的孔结构设置以利于光固化时紫外光的充分照射为宜。
进一步，所述光敏树脂为聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯或有机硅低聚酯或纯丙烯酸树脂中的至少一种；所述液态光敏树脂的光固化时间为2s至50s；所述光固化时间根据蜂窝结构孔的大小、深度、形状及光敏树脂的类型等因素来确定，如对于长度和宽度均为30mm、高度为5mm、壁厚为0.8mm的中空壳体，蜂窝结构的孔为竖直贯通3mm×3mm方形孔时，当采用环氧丙烯酸酯类液态光敏树脂在紫外光照射下的光固化时间为20s。
进一步，所述常温固化树脂为环氧树脂或聚甲基丙烯酸甲酯或甲基聚硅氧烷树脂或聚氨基甲酸酯中的至少一种；所述液态常温固化树脂的固化时间根据常温固化树脂类型确定即可；所述常温固化时间根据蜂窝结构孔的大小、深度、形状及常温固化树脂的类型等因素来确定，如对于长度和宽度均为30mm、高度为5mm、壁厚为0.8mm的中空壳体，蜂窝结构的孔为竖直贯通的3mm×3mm方形孔时，采用环氧树脂类工质的常温固化时间为50min，采用聚甲基丙烯酸甲酯类工质的常温固化时间为30min。
进一步，所述蜂窝结构采用熔融沉积制造方法打印；进一步利于缩短打印时间及利于蜂窝结构加工的灵活性及多样性。
本发明的有益效果是：
本发明的立体打印方法，利于根据需要填充不同的工质以在快速打印的同时保证整体结构强度，利于快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计灵活性和多样性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
图1为本发明的工艺流程图，如图所示，本实施例的立体打印方法，适于一立体打印装置以打印一立体模型，所述立体打印装置具有一打印喷嘴及一打印平台，所述立体打印方法包括：
根据立体模型信息进行模型分层并所述模型分层中的至少一层采用以下打印步骤：
(1)首先采用熔融沉积制造方法打印开口向上的中空壳体；
(2)其次在中空壳体内填充液体工质；
(3)然后将上述液体工质固化；
(4)最后对中空壳体进行封顶打印；
采用熔融沉积制造方法打印中空壳体或/和对中空壳体进行封顶打印；
即首先打印具有内部腔体且开口向上的中空壳体，然后在中空壳体内填充液体工质，使得工质充满中空壳体的内部腔体后，对液体工质进行固化并于固化后对中空壳体的上部开口进行封顶打印，以形成立体模型的相应层(也可以在此步直接完成如立体加工模具的制备，图1给出了对应的工艺流程图)，并可在该层的基础上重复上述步骤直到完成整个立体模型的制备；优选所述中空壳体和中空壳体的封顶打印均采用熔融沉积制造方法，利于缩短打印时间及利于对中空壳体及其顶部加工的灵活性及多样性，利于在打印过程中，通过调整打印参数提高中空壳体内壁的粗糙度，使得固化后的工质与中空壳体间的接触面积增加以具有良好的结合性，关于通过打印参数调整以实现中空壳体的外表面满足外观要求及内壁的粗糙度满足与固化后工质的结合要求的设置属于常规设置，在此不再赘述；该立体打印工艺所得到的立体模型的整体强度主要由中空壳体内部填充固化的工质来保证，并可以根据需要的强度要求选用不同的工质材料，使得不仅操作简单便利且利于扩大应用范围，利于在保证整体强度的基础上快速且低成本的制备立体模型如钣金件模具，适用于小批量立体模型的快速生产，利于提高立体模型如钣金件模具生产的柔性操作，利于立体模型的设计灵活性和多样性。
本实施例中，完成上述步骤(1)后，在中空壳体内打印蜂窝结构并在蜂窝结构内填充液体工质；即在完成开口向上的中空壳体的打印后，在中空壳体内打印蜂窝结构，并在蜂窝结构内填充液体工质，使得液体工质填充满中空壳体内所形成的腔体包括蜂窝结构所形成的腔体，再对液体工质进行固化后，利于通过增加固化后的工质与中空壳体的内壁的接触面积以形成稳固结合，而进一步利于提高整体的结构强度；优选所述蜂窝结构的孔壁均为粗糙化设置，以进一步利于增加固化后的工质与蜂窝结构的接触面积以形成稳固的结合。
本实施例中，所述蜂窝结构的孔为上下贯通设置；利于液体工质充满整个蜂窝结构，利于提高固化速度的同时保证低收缩率且高结构强度。
本实施例中，所述蜂窝结构的孔径至少大于0.1mm，优选为大于0.5mm；利于液体工质快速充满整个蜂窝结构内的腔体；所述蜂窝结构的孔径根据需要进行设置即可，以便于快速便利操作的基础上能够使固化后的工质与中空壳体的内壁和蜂窝结构间形成稳固的结合以保证整体结构强度为宜。
本实施例中，所述蜂窝结构的孔截面为类圆形或类椭圆形或类方形或类长方形或类平行四边形或类三角形；所述蜂窝结构的孔截面根据需要设置即可，优选所述蜂窝结构孔的孔壁在打印过程中形成多凹槽结构(增大粗糙度)，利于增加工质与蜂窝结构的接触面积，所述蜂窝解雇的孔壁粗糙度优选为Ra200-Ra400，以利于固化后的工质与蜂窝结构间的稳固结合为宜。
本实施例中，所述液体工质为液态光敏树脂；利于提高固化速度的同时，保证低收缩率且高强度；采用光固化时，所述蜂窝结构的孔结构设置以利于光固化时紫外光的充分照射为宜。
本实施例中，所述光敏树脂为聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯或有机硅低聚酯或纯丙烯酸树脂中的至少一种；所述液态光敏树脂的光固化时间为2s至50s；所述光固化时间根据蜂窝结构孔的大小、深度、形状及光敏树脂的类型等因素来确定，如对于长度和宽度均为30mm、高度为5mm、壁厚为0.8mm的中空壳体，蜂窝结构的孔为竖直贯通3mm×3mm方形孔时，当采用环氧丙烯酸酯类液态光敏树脂在紫外光照射下的光固化时间为20s。
作为本实施例的替代方案，所述液体工质也可以采用常温固化树脂，如采用为环氧树脂或聚甲基丙烯酸甲酯或甲基聚硅氧烷树脂或聚氨基甲酸酯中的至少一种；利于在保证液体工质填满整个蜂窝结构的内部腔体的同时，相对光固化对蜂窝结构的要求，蜂窝结构可以适当复杂化；所述液态常温固化树脂的固化时间根据常温固化树脂的类型进行确定；常温固化时间根据蜂窝结构孔的大小、深度、形状及常温固化树脂的类型等因素来确定，如对于长度和宽度均为30mm、高度为5mm、壁厚为0.8mm的中空壳体，蜂窝结构的孔为竖直贯通的3mm×3mm方形孔时，采用环氧树脂类工质的常温固化时间为50min，采用聚甲基丙烯酸甲酯类工质的常温固化时间为30min。
本实施例中，所述蜂窝结构采用熔融沉积制造方法打印；进一步利于缩短打印时间及利于蜂窝结构加工的灵活性及多样性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种立体打印方法，适于一立体打印装置以打印一立体模型，所述立体打印装置具有一打印喷嘴及一打印平台，其特征在于，所述立体打印方法包括：
根据立体模型信息进行模型分层并所述模型分层中的至少一层采用以下打印步骤：
(1)首先打印开口向上的中空壳体；
(2)其次在中空壳体内填充液体工质；
(3)然后将上述液体工质固化；
(4)最后对中空壳体进行封顶打印。
采用熔融沉积制造方法打印中空壳体或/和对中空壳体进行封顶打印。
2.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，完成上述步骤(1)后，在中空壳体内打印蜂窝结构并在蜂窝结构内填充液体工质。
3.根据权利要求2所述的立体打印方法，其特征在于，所述蜂窝结构的孔为上下贯通设置。
4.根据权利要求3所述的立体打印方法，其特征在于，所述蜂窝结构的孔径至少大于0.1mm。
5.根据权利要求3所述的立体打印方法，其特征在于，所述蜂窝结构的孔截面为类圆形或类椭圆形或类方形或类长方形或类平行四边形或类三角形。
6.根据权利要求1或2所述的立体打印方法，其特征在于，所述液体工质为液态光敏树脂或液态常温固化树脂。
7.根据权利要求6所述的立体打印方法，其特征在于，所述光敏树脂为聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯或有机硅低聚酯或纯丙烯酸树脂中的至少一种；所述液态光敏树脂的光固化时间为2s至50s。
8.根据权利要求6所述的立体打印方法，其特征在于，所述常温固化树脂为环氧树脂或聚甲基丙烯酸甲酯或甲基聚硅氧烷树脂或聚氨基甲酸酯中的至少一种；所述液态常温固化树脂的固化时间根据常温固化树脂类型确定即可。
9.根据权利要求2所述的立体打印方法，其特征在于，所述蜂窝结构采用熔融沉积制造方法打印。
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