CN112060580B - 一种3d打印制件后处理工艺 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明提供一种3D打印制件后处理工艺，包括如下步骤：将退火共热介质加入退火腔中加热至30‑200℃；将3D打印制件放入已加热的退火共热介质中，进行退火处理，所述3D打印制件的原材料为高分子粉末材料；3D打印制件退火处理完成后取出，进行清洗和干燥处理，制得性能提升的3D打印制件。本发明通过将高分子材料3D打印制件放入已加热的退火共热介质中，进行退火处理，最终得到韧性增强，表面质量优化的3D打印制件。

Description

一种3D打印制件后处理工艺
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种3D打印制件后处理工艺。
背景技术
3D打印技术是增材制造技术的通称，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状、线状等形式的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。相对于传统的减材制造加工技术，增材制造技术无需原胚和模具就能直接通过计算机模型数据，通过逐层叠加的方法生产任何所需的实体件，能够有效的简化产品的制造程序、缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。3D打印技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、生物工程及医疗、建筑、艺术制造等诸多领域。
在3D打印中，制件打印后的处理工作尤为重要。不同的3D打印技术，需要与之相匹配的不同的后处理方式，如清理多余粉末或清除支撑结构等，面向不同行业的应用，同样也需要与应用匹配的后处理方法，如研磨、染色、喷涂等等。
研磨工艺是一种普遍的表面处理工艺，主要有手工打磨和机械研磨两种技术，其中，手工抛光即通过人工将需要抛光的制件平置在一种或多种抛光介质表面，进行重复多次打磨的技术方法，手工打磨工艺较为方便、且无设备及场所限制，但却存在以下不足：①工人劳动强度大，对工人技术水平要求高；②加工效率低，加工周期长。
机械研磨即通依靠机械化运转设备并辅之以磨料的磨削、滚压作用，从而使制件表面光滑度提升的方法，机械研磨适合大批量处理制件，节省人工和时间成本，但对于结构复杂、薄壁较多的3D打印塑料及合金而言，由于结构复杂或薄壁较多的制件部位，法得到有效的抛光，仍然需要手动进行精处理。
退火技术是一种广泛应用的，非常实用的后处理技术，其主要工艺是将制件加热至特定温度，保温一段时间后，再缓慢冷却的过程，主要作用是能够释放制件内应力、增加材料的延展性和韧性、并产生特殊显微结构等。传统的退火工艺一般是一种金属热处理工艺，处理材质一般是金属，在真空等氛围中进行，处理温度较高，一般不适用于高分子材料后处理。
发明内容
为了优化高分子材料3D打印制件的性能，释放制件中应力，同时改善制件表面粗糙度，本发明提供一种3D打印制件后处理工艺。该工艺将3D打印制件放入退火共热介质中，通过将高分子材料3D打印制件放入已加热的退火共热介质中，进行退火处理，最终得到韧性增强，表面优化的3D打印制件。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种3D打印制件后处理工艺，包括如下步骤：
(1)将退火共热介质加入退火腔中加热至30-200℃；
(2)将3D打印制件放入已加热的退火共热介质中，进行退火处理，所述3D打印制件的原材料为高分子粉末材料；
(3)3D打印制件退火处理完成后取出，进行清洗和干燥处理，制得性能提升的3D打印制件。
作为本发明的进一步优选方案，所述退火共热介质为甘油、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二苯醚、环丁砜溶液或N—甲基吡咯烷酮溶液。
作为本发明的进一步优选方案，所述退火共热介质的添加量应保证完全浸没3D打印制件。
作为本发明的进一步优选方案，所述退火处理的具体工艺参数为：共热时长为0.1-24h，退火腔内的加压值为0-300KPa，降温速率为5-100℃/h。
作为本发明的进一步优选方案，所述高分子粉末材料为聚酰胺粉末、聚乙烯粉末、聚氨酯粉末、聚丙烯粉末、聚苯乙烯粉末、聚对苯二甲酸丁二醇酯粉末、聚苯硫醚粉末或聚醚醚酮粉末。
作为本发明的进一步优选方案，所述聚酰胺粉末为PA11、PA12、PA1212、PA1012、PA1010、PA612、PA610、PA6、PA46、PA66、PA56、PA513或PA514粉末。
作为本发明的进一步优选方案，所述聚氨酯粉末为TPU粉末。
本发明提供了一种3D打印制件后处理工艺，具有以下有益效果：
1、本发明通过退火介质传热，避免制件暴露在氧气环境中加热，防止制件氧化；
2、退火共热介质选取为能够与制件材料发生微溶或特殊反应的溶剂或溶液，能够有效处理制件表面毛刺等粗糙瑕疵；
3、退火共热介质为液体，能够应对结构复杂的制件，处理后不需要在进行手工精处理等，节省人工；
4、本发明结合退火优点，有效释放制件内应力，增强制件韧性，提升制件性能。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例一：
将甘油加入退火装置中，加入量确保能够完全浸没制件，设置加热保温温度为165℃，将甘油预加热；
将能量密度不够，表面未完全烧透的3D打印PA11样条放入已预热好的甘油中，设置共热时长为6h，退火腔内加压值为0KPa，降温速率设置为10℃/h；
将退火后样条取出，清洗样条表面甘油，干燥后得到表面质量和韧性提升的尼龙样条。
实施例二：
将环丁砜稀溶液加入退火装置中，加入量确保能够完全浸没制件，设置加热保温温度为110℃，将环丁砜稀溶液预加热；
将需要表面处理的3D打印PA12材料制件放入已预热的环丁砜稀溶液中，设置共热时长为2h，退火腔内加压值为80KPa，降温速率设置为10℃/h；
将退火后制件取出，清洗制件表面环丁砜溶液，干燥后得到表面质量和韧性提升的PA12制件。
实施例三：
将N,N-二甲基甲酰胺稀溶液加入退火装置中，加入量确保能够完全浸没制件，设置加热保温温度为60℃，将N,N-二甲基甲酰胺稀溶液预加热；
将需要退火处理的3D打印TPU材料制件放入已预热的N,N-二甲基甲酰胺稀溶液中，设置共热时长为0.5h，退火腔内加压值为0KPa，降温速率设置为30℃/h；
将退火后制件取出，晾干制件表面残留的N,N-二甲基甲酰胺稀溶液，得到表面质量和韧性提升的TPU制件。
将实施例一至三经表面处理后的3D打印制件进行表面粗糙度和韧性测试，得出表1和表2的性能参数。
表1经热处理后的3D打印制件表面粗糙度参数
实施例 退火前表面粗糙度 退火后表面粗糙度
实施例一 17.4μm 11.3μm
实施例二 10.2μm 5.4μm
实施例三 24.5μm 8.7μm
表2经热处理后的3D打印制件韧性参数
实施例 退火前断裂伸长率 退火后断裂伸长率
实施例一 7％ 30％
实施例二 20％ 35％
实施例三 180％ 290％
以上所述实施例仅表达了本发明的多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不代表对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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，因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种3D打印制件后处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将退火共热介质加入退火腔中加热至30-200℃，所述退火共热介质为甘油、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二苯醚、环丁砜溶液或N—甲基吡咯烷酮溶液；
（2）将3D打印制件放入已加热的退火共热介质中，进行退火处理，所述退火处理的具体工艺参数为：共热时长为0.5-6h，退火腔内的加压值为0-80KPa，降温速率为10-30℃/h，所述3D打印制件的原材料为高分子粉末材料；
（3）3D打印制件退火处理完成后取出，进行清洗和干燥处理，制得性能提升的3D打印制件；所述退火共热介质的添加量应保证完全浸没3D打印制件。
2.根据权利要求1所述的3D打印制件后处理工艺，其特征在于，所述高分子粉末材料为聚酰胺粉末、聚乙烯粉末、聚氨酯粉末、聚丙烯粉末、聚苯乙烯粉末、聚对苯二甲酸丁二醇酯粉末、聚苯硫醚粉末或聚醚醚酮粉末。
3.根据权利要求2所述的3D打印制件后处理工艺，其特征在于，所述聚酰胺粉末为PA11、PA12、PA1212、PA1012、PA1010、PA612、PA610、PA6、PA46、PA66、PA56、PA513或PA514粉末。
4.根据权利要求3所述的3D打印制件后处理工艺，其特征在于，所述聚氨酯粉末为TPU粉末。
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