CN112024887B - 一种优化陶瓷隔离层打印的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种优化陶瓷隔离层打印的方法和系统。该方法包括：对待打印工件进行打印前准备；利用最优打印方案，对待打印工件进行打印；最优打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置；对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件。通过使用优化方案打印工件，对陶瓷隔离层及工件进行多次打印及处理，通过判断打印后的陶瓷隔离层的强度及工件的变形数据，调整优化方案中关键数据，其中关键数据包括：陶瓷层参数以及打印参数；当所述变形数据达到预设阈值时，所述关键数据的设置作为最优方案。通过上述方法，有利于降低在烧结时工件受陶瓷隔离层影响产生严重变形的概率，提高烧结工件的成功率。

Description

一种优化陶瓷隔离层打印的方法和系统

技术领域

本申请涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种优化陶瓷隔离层打印的方法和系统。

背景技术

随着3D打印技术的不断发展，熔融堆积打印技术在各个领域内被广泛应用，例如在金属3D打印领域。

现有技术在实际应用过程中，使用陶瓷隔离层进行支撑结构与工件间的隔离时，陶瓷隔离层与工件收缩率不一致的状况会严重影响支撑结构上方工件的收缩行为，使得烧结完成后工件与支撑接触部分收缩相对于工件其他部分不一致，陶瓷隔离层与工件结合导致工件底层粗糙，表面质量差，从而使工件本身产生较大形变。

因而，现有技术中利用陶瓷隔离层进行支撑结构与工件间的隔离时，最终烧结完成后的工件存在较大变形的问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种优化陶瓷隔离层打印的方法，以解决工件产生较大形变的问题，提高烧结工件的成功率。

为了实现上述目的，本发明提供一种优化陶瓷隔离层打印的方法。

本发明的第二方面，还提出了一种优化陶瓷隔离层答应的系统。

有鉴于此，根据本发明的第一方面提出了一种优化陶瓷隔离层打印的方法，包括：对待打印工件进行打印前准备；利用最优打印方案，对待打印工件进行打印；所述打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置；对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件。

进一步地，所述最优打印方案通过如下方式实现：

对陶瓷隔离层及其所隔离的工件进行多次打印及处理；

通过判断打印后的陶瓷隔离层的强度及所述工件的变形数据，调整所述关键数据，所述关键数据包括：陶瓷层参数以及打印参数；

当所述变形数据达到预设阈值时，所述关键数据的设置作为最优方案。

进一步地，所述陶瓷隔离层参数包括：打印图案、陶瓷隔离层的层数和陶瓷隔离层的层大小。

进一步地，所述打印参数包括：线性填充的偏转角度、打印层间距、打印起始点位置、填充率和流量率。

进一步地，对待打印工件进行打印前准备，包括：

在3D打印机切片软件内导入预设模型；

在所述3D打印机切片软件内调整待预设模型参数，所述待打印工件模型状态包括：模型打印方向、模型位置、尺寸及朝向；

在所述3D打印机切片软件内打印及切片参数，对打所述印模型进行切片处理以及生成支撑处理；

制备打印材料，包括：准备原料，将所述原料进行处理加工制成打印线材卷。

进一步地，对打印后的待打印工件进行处理，包括：

在所述待打印工件打印结束后，依次对所述待打印工件进行脱脂、烧结及支撑部分去除。

进一步地，对所述待打印工件进行脱脂，具体实现为：

在所述待打印工件打印结束后，将所述待打印工件在催化脱脂炉中进行预热，同时通气进行炉内气氛的清洗，在所述催化脱脂炉稳定后通入酸溶液进行脱脂过程。

进一步地，对所述待打印工件进行烧结，具体实现为：

在所述待打印工件进行脱脂后，将脱脂样品放入烧结炉进行烧结。

进一步地，对所述待打印样品进行支撑部分去除，具体实现为：

在所述待打印工件进行烧结后，使用物理方法除去工件支撑部分，得到所述成品工件。

本发明的第二方面提供了一种优化陶瓷隔离层打印的系统，包括：打印设备，该设备执行上述方法中要求的步骤。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在本申请中通过优化陶瓷隔离层打印的方法，针对现有技术中利用陶瓷隔离层进行支撑结构与工件间的隔离时，最终烧结完成后的工件存在较大变形的技术问题，通过利用最优打印方案，对待打印工件进行打印；所述打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置；关键数据的设置包括优化后的陶瓷层参数以及打印参数对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件。减少陶瓷隔离层与工件的结合强度，从而改善工件变形情况，优化工件受陶瓷层影响变形，进而降低在烧结时工件本身产生严重形变的概率，提高烧结工件的成功率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的方法的流程示意图；

图2为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的方法的流程示意图；

图3为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的方法的流程示意图；

图4为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的方法的流程示意图；

图5为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：对待打印工件进行打印前准备。

图2示出了对待打印工件进行打印前准备，包括：

S201：在3D打印机切片软件内导入预设模型；

在Ideamaker软件内导入需要预设模型，预设模型格式应为stl格式；

S202：在所述3D打印机切片软件内调整预设模型参数，所述预设模型参数包括：模型打印方向、模型位置、尺寸及朝向；

在软件内转动预设模型调整打印方向，调整模型位置，调整尺寸和朝向至合理状态；

S203：在所述3D打印机切片软件内设置打印及切片参数以进行切片及生成支撑；

在软件内设置打印及切片参数，对打印模型进行切片以及生成支撑，包括：

1)Ideamaker软件对模型进行分析得到模型表面各数据点的位置参数；

2)软件对工件主体按照参数设置的层高进行切片处理，即将模型处理为整数个厚度为所设层高的片层；

3)软件由底层向顶层逐层进行计算；

4)软件得到当前层所在的模型表面与水平面所成夹角数值；

5)软件判断该夹角数值是否大于参数设定时支撑生成的临界角度；

6)当软件得到夹角大与所述特定角度时为当前层的面片生成一个柱体；

7)前一步所述柱体顶面为当前层的模型面片，底面为投影方向所遇到的零件面片或打印底板；

8)软件进行逐层计算，直至最顶层结束；

9)软件对所有生成柱体进行合成得到支撑与工件主体部分的模型。

S204：制备打印材料，包括：准备原料，将所述原料进行处理加工制成打印线材卷。

制备打印材料包括：

1)准备制作线材所需的合金粉末(还原/雾化/羰基/电解粉，铁/铬/镍/碳/锰/钼/硅等粉末按配方配比，D50为1-100微米)以及高分子粘结剂/分散剂/稳定剂/增塑剂/润滑剂(高分子成分以POM聚甲醛为主，添加SA硬脂酸/PW石蜡/PE聚乙烯/PP聚丙烯/ABS/EVA/PA聚酰胺/马莱酸接支物)等添加剂；

2)所述的合金粉末的配方随不同的打印线材会有相应的改变，对于316L不锈钢，具体粉末配比为碳粉0-0.03％，铬粉16-18％，镍粉10-14％，锰粉0-2％，钼粉2-3％，硅粉0-1％以及铁粉62-72％；

3)所述的高分子粘结剂配方随不同的脱脂方法、线材及喂料制作方法，会有相应的改变，对于其中一种塑基线材，其成分范围为聚甲醛60-90％，聚丙烯0-10％，石蜡0-10％，硬脂酸0-5％，抗氧化剂0-5％，及其他高分子添加剂0-5％；

4)所述不锈钢线材原料粉末使用的合金粉末与高分子粘结剂的配比约为合金粉末40-90％，高分子粘结剂占比为10-60％；

5)将原料粉末(金属粉/氧化铝粉+高分子物质)按前述配比加入混炼造粒一体机(或混炼机+造粒机)进行混炼造粒加工成为颗粒状喂料；

6)将加工后的喂料加入挤出机(螺杆挤出机/双螺杆挤出机/无螺杆挤出机等)内熔炼、挤出、拉伸、弯曲制成打印线材卷。

S102：利用最优打印方案，对待打印工件进行打印；所述打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置。

对待打印工件进行打印的过程包括：

1)使用优化后的设置参数完成模型的切片过程；

2)将切片后的模型文件导入打印机；

3)对打印机进行高度校准，即使用打印喷头进行一定高度范围内的线材打印，判断最佳打印高度并设置；

4)对打印底板进行水平校准，使用喷头在打印底板上平移判断打印底板平整度并调节底板高度旋钮至合适范围；

5)在打印机控制屏幕选择切片模型，开始打印；

6)打印机进行打印喷头及打印底板预热过程直至达到指定温度；

7)打印机按照打印模型规划路径控制打印喷头进行移动；

8)打印机在当前切片层打印结束后喷头上移单层高度进行下一层的打印；

9)打印喷头逐层进行打印直至最高一层打印结束。

图3示出了最优打印方式方案实现过程，包括：

S301：对陶瓷隔离层及其所隔离的工件进行多次打印及处理；

使用不同的陶瓷隔离层参数与打印参数进行陶瓷隔离层与工件的打印；

对于不同的陶瓷隔离层参数与打印参数的打印工件进行后续的统一脱脂烧结处理；

S302：通过判断打印后的陶瓷隔离层的强度及所述工件的变形数据，调整所述关键数据，所述关键数据包括：陶瓷层参数以及打印参数；

所述陶瓷隔离层参数包括：打印图案、陶瓷隔离层的层数和陶瓷隔离层的层大小；

打印参数包括：线性填充的偏转角度、打印层间距、打印起始点位置、填充率和流量率。

上述打印参数可选择的偏转角度范围为0-90度，填充率0-100％，流量率0-150％，打印层间距0-5mm；

通过评价工件烧结后的变形数据选择合适的陶瓷隔离层参数和打印参数，变形数据包括：隔离层强度，工件与隔离层间结合强度和隔离层与工件接触面平整度；

S303：当所述变形数据达到预设阈值时，所述关键数据的设置作为最优方案。

S103：对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件。

在所述待打印工件打印结束后，依次对所述待打印工件进行脱脂、烧结及支撑部分去除。

图4示出了对打印后的待打印工件进行处理的过程，包括：

S401：打印结束后取下工件，在催化脱脂炉内进行脱脂过程；

包括：

1)打印结束后使用铲刀等工具从打印底板上取下工件；

2)将工件放入催化脱脂炉；

3)催化脱脂炉进行预热过程，同时通气进行炉内气氛的清洗，脱脂炉使用气体为氮气或氩气，纯度>99.99％，脱脂温度为100-200度；

4)催化脱脂炉在稳定后开始通入酸溶液进行脱脂过程，所述酸为硝酸或草酸，硝酸使用浓度为69％的硝酸水溶液，草酸使用浓度为10-40％的草酸酒精溶液，酸溶液的通入速度为0-10ml/min；

S402：脱脂结束后取出工件，在烧结炉内进行烧结过程；

包括：

1)催化脱脂结束后，等待脱脂炉程序结束降温完成后打开炉门，取出脱脂样品；

2)把脱脂样品放入烧结炉内进行烧结过程；

3)烧结过程升温速率为1-10度/min，烧结温度为1150-1450度，烧结时间为1-5小时，过程中通氩气，流量为0-10000ml/min；

S403：烧结完成后取出工件，取出工件支撑部分，得到成品工件。

烧结完成后取出工件，使用物理方法去除工件支撑部分，得到最终成品工件。

图5为本申请提供的一种优化陶瓷隔离层打印的系统的结构示意图。

打印设备51，实现图1-3对应的方法及步骤，具体实现过程参照图1-3对应的图示及说明，此处不再赘述。

综上所述，通过优化陶瓷隔离层打印的方法，利用最优打印方案，对待打印工件进行打印；所述打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置；关键数据的设置包括优化后的陶瓷层参数以及打印参数对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件。减少陶瓷隔离层与工件的结合强度，从而改善工件变形情况，优化工件受陶瓷层影响变形，进而降低在烧结时工件本身产生严重形变的概率，提高烧结工件的成功率。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种优化陶瓷隔离层打印的方法，其特征在于，包括：

对待打印工件进行打印前准备；

利用最优打印方案，对待打印工件进行打印，所述打印方案满足陶瓷隔离层打印时的关键数据的设置；

对打印后的待打印工件进行处理，得到成品工件；

其中，所述最优打印方案包括：

对陶瓷隔离层及其所隔离的工件进行多次打印及处理；

通过判断打印后的陶瓷隔离层的强度及所述工件的变形数据，调整所述关键数据，所述关键数据包括：陶瓷隔离层参数以及打印参数；

其中，所述陶瓷隔离层参数包括：打印图案、陶瓷隔离层的层数和陶瓷隔离层的层大小；

打印参数包括：线性填充的偏转角度、打印层间距、打印起始点位置、填充率和流量率；

上述打印参数选择的偏转角度范围为0-90度，填充率0-100％，流量率0-150％，打印层间距0-5mm；

通过评价工件烧结后的变形数据选择陶瓷隔离层参数和打印参数，变形数据包括：隔离层强度，工件与隔离层间结合强度和隔离层与工件接触面平整度；

当所述变形数据达到预设阈值时，所述关键数据的设置作为最优方案。

2.如权利要求1所述的方法，对待打印工件进行打印前准备，包括：

在3D打印机切片软件内导入待打印工件的模型；

在所述3D打印机切片软件内调整待打印工件模型状态，所述待打印工件模型状态包括：模型打印方向、模型位置、尺寸大小及朝向；

在所述3D打印机切片软件内设置打印及切片参数以进行切片及生成支撑；

制备打印材料，包括：准备原料，将所述原料进行处理加工制成打印线材卷。

3.如权利要求1所述的方法，对打印后的待打印工件进行处理，包括：

在所述待打印工件打印结束后，依次对所述待打印工件进行脱脂、烧结及支撑部分去除。

4.如权利要求3所述的方法，对所述待打印工件进行脱脂，具体实现为：

在所述待打印工件打印结束后，将所述待打印工件在催化脱脂炉中进行预热，同时通气进行炉内气氛的清洗，在所述催化脱脂炉稳定后通入酸溶液进行脱脂过程。

5.如权利要求3所述的方法，对所述待打印工件进行烧结，具体实现为：

在所述待打印工件进行脱脂后，将脱脂样品放入烧结炉进行烧结。

6.如权利要求3所述的方法，对所述待打印样品进行支撑部分去除，具体实现为：

在所述待打印工件进行烧结后，使用物理方法除去工件支撑部分，得到所述成品工件。

7.一种优化陶瓷隔离层打印的系统，包括：

打印设备，该设备执行权利要求1的方法。

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