CN112277308A - 三维打印成型产品及其制造方法、以及支撑治具 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及三维打印成型产品及其制造方法、以及支撑治具，所述三维打印成型产品的制造方法，包括：采用第一水溶性材料打印支撑层；在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面。上述三维打印成型产品的制造方法，在不额外增加后续处理制程的前提下，降低了表面粗糙度且提高了表面平整性，尤其适用于厚度较薄的产品；一方面有利于提升耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标；另一方面有利于堆叠配合实现紧密的位置关系，提升最终产品结构的稳定性；再一方面有利于降低模型成本开销及制程时间，减少新产品开发阶段产品改设计、修模、开模造成的高成本。
Description
技术领域
本申请涉及三维打印领域，特别是涉及三维打印成型产品及其制造方法、以及支撑治具。
背景技术
三维打印即3D打印，因为层层堆栈，所以在刚打印出来的成品表面易有层纹，不论熔融沉积式成型(FDM)、立体平板印刷(SLA)、数字光处理(DLP)或选择性激光熔化成型(SLM)等各种传统三维打印技术，均存在此问题。
此表面现象一般会通过部件表面平滑处理等方式来增加后续处理制程，来使表面光滑平整化。但该后续处理制程会增加处理工序、增加成本及拉长开发时间。
以三维打印的薄壳成品为例，薄壳成品下方设有整面支撑材料，正常观察薄壳成品呈现年轮状纹路，微观状态下，不论在5倍还是10倍下看，其表面型态均为凹凸的波浪状。
即，传统三维打印技术存在产品表面不平整的问题。产品表面不平整会直接影响耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标，尤其是在空间狭小的应用中影响较大。
发明内容
基于此，有必要提供一种三维打印成型产品及其制造方法、以及支撑治具。
一种三维打印成型产品的制造方法，包括：
采用第一水溶性材料打印支撑层；
在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；
在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面。
上述三维打印成型产品的制造方法，在不额外增加后续处理制程的前提下，由于覆盖层覆盖目标产品的表面，有利于后续步骤制得三维打印成型产品时降低了表面粗糙度且提高了表面平整性，尤其适用于厚度较薄的产品；一方面有利于提升耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标；另一方面有利于堆叠配合实现紧密的位置关系，提升最终产品结构的稳定性；再一方面有利于降低模型成本开销及制程时间，减少新产品开发阶段产品改设计、修模、开模造成的高成本。
在其中一个实施例中，所述目标产品呈薄壳状。
在其中一个实施例中，所述目标产品的最大厚度小于3毫米。
在其中一个实施例中，所述目标产品邻近所述覆盖层的表面具有曲面或平面。
在其中一个实施例中，所述覆盖层各部分具有相同厚度。
在其中一个实施例中，所述覆盖层远离所述目标产品的表面呈平面。
在其中一个实施例中，所述目标产品邻近所述覆盖层处具有曲面；及，所述覆盖层各部分具有相同厚度或所述覆盖层远离所述目标产品的表面呈平面。
在其中一个实施例中，所述目标产品的表面为上表面或外表面。
在其中一个实施例中，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层于所述目标产品的上表面或外表面。
在其中一个实施例中，所述成型材料为塑性树脂。
在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料相同。
在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为丙烯酸化合物。
在其中一个实施例中，所述成型材料为塑性树脂；所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为丙烯酸化合物。
在其中一个实施例中，所述成型材料为VeroGray 850，且所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为SUP706。
在其中一个实施例中，所述三维打印成型产品的制造方法还包括：
光照固化；
以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层。
一种三维打印成型产品，其采用任一项所述三维打印成型产品的制造方法制造得到。
一种支撑治具，其包括所述三维打印成型产品。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请三维打印成型产品的制造方法一实施例的流程示意图。
图2为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图3为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图4为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图5为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图6为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图7为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构示意图。
图8为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的流程示意图。
图9A为传统三维打印成型产品的制造方法的三维打印成型产品结构的表面在5倍放大系数下的示意图。
图9B为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构的表面在5倍放大系数下的示意图。
图10A为传统三维打印成型产品的制造方法的三维打印成型产品结构的表面在10倍放大系数下的示意图。
图10B为本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构的表面在10倍放大系数下的示意图。
附图标记：支撑层100，目标产品200，覆盖层300。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本申请一个实施例中，如图1所示，一种三维打印成型产品的制造方法，包括以下步骤：
S10，采用第一水溶性材料打印支撑层；
S20，在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；
S30，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面。
上述三维打印成型产品的制造方法，在不额外增加后续处理制程的前提下，由于覆盖层覆盖目标产品的表面，有利于后续步骤制得三维打印成型产品时降低了表面粗糙度且提高了表面平整性，尤其适用于厚度较薄的产品；一方面有利于提升耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标；另一方面有利于堆叠配合实现紧密的位置关系，提升最终产品结构的稳定性；再一方面有利于降低模型成本开销及制程时间，减少新产品开发阶段产品改设计、修模、开模造成的高成本。
在其中一个实施例中，一种三维打印成型产品的制造方法，其包括以下实施例的部分步骤或全部步骤；即，所述三维打印成型产品的制造方法包括以下实施例的部分技术特征或全部技术特征。可以理解的是，所述三维打印成型产品的制造方法还可以包括已知制程或相关工艺，本申请各实施例对此并无额外限制；所述目标产品的表面即为传统三维打印技术中未接触支撑层或者裸露于外的表面，可以是部分表面，亦可是全部表面，在其中一个实施例中，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的部分乃至全部表面。
为了便于配合后续步骤去除支撑层，在其中一个实施例中，采用第一水溶性材料打印支撑层，为或包括：在支撑托盘(Build Tray)上，采用第一水溶性材料打印支撑层；在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料为丙烯酸化合物；在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料为Stratasys公司的SUP706。在其中一个实施例中，所述支撑层的面积大于所述目标产品的面积，亦即，所述目标产品于所述支撑层上的投影面积小于所述支撑层的投影面积。在其中一个实施例中，如图2所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，该实施例中，目标产品200呈平板状，目标产品200于支撑层100上的投影面积小于支撑层100的投影面积，且目标产品200于支撑层100上的投影面积小于覆盖层300的投影面积，即覆盖层300完全覆盖目标产品200。这样的设计，有利于有效地支撑后续步骤的目标产品。在其中一个实施例中，如图3所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，与上一实施例不同的是，目标产品200于支撑层100上的投影面积等于支撑层100的投影面积及覆盖层300的投影面积。
为了便于实现三维打印成型制造，在其中一个实施例中，在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；即，在支撑层上，以三维打印方式采用成型材料打印目标产品。在其中一个实施例中，所述成型材料为塑性树脂；在其中一个实施例中，所述成型材料为Stratasys公司的VeroGray 850。具体的三维打印方式包括但不限于熔融沉积式成型、立体平板印刷、数字光处理或选择性激光熔化成型等。
本申请各实施例尤其适用于薄型目标产品的三维打印成型制造，在其中一个实施例中，所述目标产品呈薄壳状，薄壳状的目标产品由于具有较大表面积，因此传统三维打印技术存在产品表面不平整的问题非常严重，而采用本申请的覆盖层设计，可有效地后续步骤制得三维打印成型产品时降低表面粗糙度且提高表面平整性。在其中一个实施例中，所述目标产品的最大厚度小于3毫米。进一步地，在其中一个实施例中，所述目标产品的连续性表面积大于5平方厘米；在其中一个实施例中，所述目标产品的连续性表面积大于10平方厘米；在其中一个实施例中，所述目标产品的连续性表面积大于20平方厘米。本申请各实施例的三维打印成型产品的制造方法，有利于提高目标产品的表面平整性；而目标产品的表面平整性提升后，在微观层面可以看出巨大差异，尤其适用于厚度较薄的产品，一方面有利于提升耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标；另一方面有利于堆叠配合实现紧密的位置关系，提升最终产品结构的稳定性。
本申请的一个重要发明点是，配合传统水溶步骤溶解支撑层的工序，在该工序中同时实现溶解覆盖层，为在其中一个实施例中，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层的表面，为或包括：在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品；即，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品未被支撑层挡住或者裸露于外部的表面。在其中一个实施例中，所述第二水溶性材料为丙烯酸化合物；在其中一个实施例中，所述第二水溶性材料为Stratasys公司的SUP706。在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料相同。在其中一个实施例中，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为丙烯酸化合物。在其中一个实施例中，所述成型材料为VeroGray 850，且所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为SUP706。在其中一个实施例中，所述目标产品的表面为上表面或外表面。在其中一个实施例中，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层于所述目标产品的上表面或外表面。在其中一个实施例中，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面时，还包括：整平所述目标产品的表面；即，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面，为或包括：在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖且整平所述目标产品的表面。进一步地，在其中一个实施例中，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面，包括：采用颗粒度小于成型材料的第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面。本申请各实施例，额外增设了覆盖层及其工序，覆盖层保护了目标产品即目标的三维打印成型产品的上表面或者未与支撑层相接触的外表面，有利于摊平或者抚平目标产品的与覆盖层相接触的外表面，从而提高了目标产品的与覆盖层相接触的外表面的平整性，尤其适用于厚度较薄的产品。第一水溶性材料配合第二水溶性材料的使用，有利于通过后续步骤以水浸泡方式分解去除支撑层及覆盖层，产品表面平整平滑；而第二水溶性材料作为覆盖层的设计，不须后处理程序，即可得到光滑细致表面，有利于降低模型成本开销及制程时间。
进一步地，在其中一个实施例中，采用第二水溶性材料打印覆盖层之后，所述三维打印成型产品的制造方法还包括固化步骤。可以理解的是，本申请各实施例中，采用第二水溶性材料打印覆盖层之后，所述三维打印成型产品的制造方法还包括固化步骤；即步骤S30之后，进行固化例如光照固化。各实施例中，可以采用传统固化方式，本申请各实施例对此不作特别限制，例如采用光照固化方式。本申请各实施例适用于三维、双轴曲面、单轴曲或二维平面产品设计，有利于制造得到不易变形的成品尤其是超薄的薄壳成品，且其表面由于在三维打印成型时被覆盖层所保护，因此在后续步骤去除覆盖层后，表面粗糙度、表面平整性、耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标得以提升。
为了适配应用于各种不同形状及规格的目标产品，在其中一个实施例中，所述目标产品邻近所述覆盖层的表面具有曲面或平面。进一步地，在其中一个实施例中，所述曲面包括部分圆球形、部分椭球形、部分椭圆抛物面、部分圆柱形、部分椭圆柱形、部分圆台形中的至少一项或其组合。值得指出的是，当所述目标产品的形状复杂时，传统工艺中的部件表面平滑处理工序时间长，难度大，难以达成表面光滑平整化，且浪费加工时间；而采用本申请各实施例所述三维打印成型产品的制造方法，只需配合水溶步骤，在传统水溶步骤溶解支撑层的同时，溶解覆盖层即可，完全不需要额外增加部件表面平滑处理工序，一方面有利于降低模型成本开销及制程时间，减少新产品开发阶段产品改设计、修模、开模造成的高成本；另一方面有利于适配应用于各种不同形状及规格的目标产品。在其中一个实施例中，所述目标产品邻近所述覆盖层处具有曲面；及，所述覆盖层各部分具有相同厚度或所述覆盖层远离所述目标产品的表面呈平面。
在其中一个实施例中，如图4所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，目标产品200呈薄壳状，具有类似于波浪的曲面，覆盖层300远离目标产品200的表面呈平面。
在其中一个实施例中，如图5所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，目标产品200呈薄壳状，具有类似于波浪的曲面，与上一实施例不同的是，覆盖层300远离目标产品200的表面呈曲面，且覆盖层300各部分具有相同厚度。
在其中一个实施例中，如图6所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，目标产品200呈薄壳状，具有类似于弧形的曲面，覆盖层300远离目标产品200的表面呈平面。
在其中一个实施例中，如图7所示，目标产品200位于支撑层100上，覆盖层300位于目标产品200上，目标产品200呈薄壳状，具有类似于弧形的曲面，与上一实施例不同的是，覆盖层300远离目标产品200的表面呈曲面，且覆盖层300各部分具有相同厚度。
为了便于简化处理工艺，在其中一个实施例中，所述三维打印成型产品的制造方法还包括：以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层。在其中一个实施例中，在以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层之前，所述三维打印成型产品的制造方法还包括固化步骤。进一步地，在其中一个实施例中，将包含所述支撑层、所述目标产品及所述覆盖层的整体结构置于水环境中，以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层，待所述支撑层及所述覆盖层完全溶解后，取出所述目标产品作为所述三维打印成型产品。进一步地，在其中一个实施例中，将包含所述支撑层、所述目标产品及所述覆盖层的整体结构置于流动性的水环境中。进一步地，在其中一个实施例中，所述流动性的水环境，采用流入及流出的方式实现，或者采用搅拌的方式实现。进一步地，在其中一个实施例中，将包含所述支撑层、所述目标产品及所述覆盖层的整体结构置于水环境中后，还包括：输入预定超声波。可以理解的是，同时移除所述支撑层及所述覆盖层，即在同一步骤或工序，一次处理，用水溶解掉支撑层及覆盖层，由于支撑层及覆盖层厚度可能存在差异，因此并不意味着准确到秒计算地在同一时间完全溶解掉支撑层及覆盖层，可能支撑层先完全溶掉，亦可能覆盖层先完全溶掉，本申请各实施例对此不作特别限制。在其中一个实施例中，如图8所示，一种三维打印成型产品的制造方法，包括以下步骤：S10，采用第一水溶性材料打印支撑层；S20，在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；S30，在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层；S40，光照固化；S50，以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层。其余实施例以此类推，不做赘述。
在其中一个实施例中，目标产品呈薄壳状，其为VeroGray 850成型材料，属于塑性树脂(Plastic resin)。所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料相同，均采用SUP706，其属于丙烯酸化合物。在具体实现中，可以采用三个喷嘴分别喷出第一水溶性材料、成型材料及第二水溶性材料，以目标产品邻近覆盖层处的交界面为例，三个喷嘴喷涂过后，照光固化，亦即光照固化，因该交界面上面仍有一层覆盖层材料，因此能摊平薄壳表面树脂层的交界面，使之抚平，避免留隙，所以水解移除掉第一水溶性材料及第二水溶性材料时，可以得到相较传统技术平整细致的表面型态，从而有利于提升耐磨性、间隙配合连接强度、疲劳强度、接触刚度等产品指标。
在其中一个实施例中，一种三维打印成型产品，其采用任一实施例所述三维打印成型产品的制造方法制造得到。传统三维打印成型产品的制造方法的三维打印成型产品结构的表面在5倍放大系数下如图9A所示，而本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构的表面在5倍放大系数下如图9B所示；传统三维打印成型产品的制造方法的三维打印成型产品结构的表面在10倍放大系数下如图10A所示，而本申请三维打印成型产品的制造方法另一实施例的三维打印成型产品结构的表面在10倍放大系数下如图10B所示；通过对比图9A及图9B，以及对比图10A及图10B，可见本申请所述三维打印成型产品相对于传统三维打印成型产品确实极大地降低了表面粗糙度且提高了表面平整性。
在其中一个实施例中，一种支撑治具，其包括任一实施例所述三维打印成型产品。即所述三维打印成型产品可以当支撑治具等产品运用，有利于减少新产品开发阶段产品改设计、修模、开模造成的高成本。
需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的三维打印成型产品及其制造方法、以及支撑治具。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，包括：
采用第一水溶性材料打印支撑层；
在支撑层上，采用成型材料打印目标产品；
在所述目标产品上，采用第二水溶性材料打印覆盖层以覆盖所述目标产品的表面。
2.根据权利要求1所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述目标产品呈薄壳状。
3.根据权利要求2所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述目标产品的最大厚度小于3毫米。
4.根据权利要求1所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述目标产品邻近所述覆盖层的表面具有曲面或平面；及/或，所述覆盖层各部分具有相同厚度或所述覆盖层远离所述目标产品的表面呈平面；或者，
所述目标产品的表面为上表面或外表面。
5.根据权利要求1所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料相同。
6.根据权利要求1所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述成型材料为塑性树脂；及/或，所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为丙烯酸化合物。
7.根据权利要求6所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，所述成型材料为VeroGray 850，且所述第一水溶性材料及所述第二水溶性材料均为SUP706。
8.根据权利要求1至7中任一项所述三维打印成型产品的制造方法，其特征在于，还包括：
光照固化；
以水溶方式同时移除所述支撑层及所述覆盖层。
9.一种三维打印成型产品，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述三维打印成型产品的制造方法制造得到。
10.一种支撑治具，其特征在于，包括权利要求9所述三维打印成型产品。
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