CN113211780B - 3d打印方法及3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种3D打印方法及应用所述3D打印方法的3D打印系统，该3D打印方法包括如下步骤：控制打印头打印支撑层；在所述支撑层打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层上方逐层打印顶部隔离层，其中，在打印所述顶部隔离层时，控制所述打印头逐层减小每层的填充率；在所述顶部隔离层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部隔离层上方打印顶部产品层。如此，本发明解决了现有技术中的支撑层难以拆除的问题。

Description

3D打印方法及3D打印系统

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印方法。

背景技术

由于3D打印过程一般是逐层打印的，在打印具有悬空、镂空部分的产品时，需要设立支撑层，在打印过程中起到支撑作用，并且在打印完成后去除。但是，由于支撑层常常和产品结合得过于紧密，在打印完成后，很难在不损坏产品的前提下拆除支撑层。即现有技术中存在拆除支撑层难度较高的问题。

发明内容

本发明提出了一种3D打印方法以及用于实现该3D打印方法的3D打印系统，旨在解决现有技术中存在的拆除支撑层难度较高的问题。

本发明提出了一种3D打印方法，包括如下步骤：

S1，控制打印头打印支撑层；

S2，在所述支撑层打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层上方逐层打印顶部隔离层，其中，在打印所述顶部隔离层时，控制所述打印头逐层减小每层的填充率；

S3，在所述顶部隔离层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部隔离层上方打印顶部产品层。

在一可选实施例中，在步骤S1之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S01，控制所述打印头打印底部产品层；

S02，在所述产品层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部产品层上方逐层打印底部隔离层，其中，在打印所述底部隔离层时，控制所述底部隔离层逐层增大每层的填充率。

在一可选实施例中，在步骤S01之后，在步骤S3之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S10，控制所述打印头打印中间产品层；

S20，在打印所述中间产品层的过程中，控制所述中间产品层和所述顶部隔离层、支撑层、底部隔离层之间存在打印间隙。

在一可选实施例中，在打印每层所述顶部隔离层、所述支撑层或者所述底部隔离层时，所述3D打印方法具体包括如下步骤：

S100，控制所述打印头的打印起点和打印终点避开所述打印间隙。

在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S200，控制所述打印头从所述打印起点出发后，先围绕所述打印起点运动一周，形成一个打印边框；

S300，在所述打印边框打印完毕后，控制所述打印头在所述打印边框内填充打印内容。

在一可选实施例中，在步骤S3之后，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S4，得到3D打印半成品，烧结所述3D打印半成品，去除所述顶部隔离层、所述支撑层、所述底部隔离层，以得到3D打印产品。

在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S0102，在步骤S01之后，步骤S02之前，在所述底部产品层上方喷涂隔离悬浮液；

S12，在步骤S1之后，步骤S2之前，在所述支撑层上方喷涂悬浮隔离液。

本发明还提出了一种3D打印方法，该3D打印方法包括如下步骤：

S1100，控制打印头打印支撑层；

S1200，在所述支撑层打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层上方逐层打印顶部隔离层，其中，在打印每层所述顶部隔离层时，更换每层顶部隔离层的打印材料，以使组成每一层隔离层的打印材料的熔点逐层升高；

S1300，在所述顶部隔离层打印完毕之后，控制所述打印头在所述顶部隔离层上方打印顶部产品层。

在一可选实施例中，在控制所述打印头打印支撑层之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S1400，控制所述打印头打印底部产品层；

S1500，在所述产品层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部产品层上方逐层打印底部隔离层，其中，在打印所述底部隔离层时，更换每层所述底部隔离层的打印材料，以使组成每一层隔离层的打印材料的熔点逐层降低；

本发明还提出了一种3D打印系统，所述3D打印系统用于实现上文所述的3D打印方法。

本发明通过提出一种3D打印方法以及用以实现该3D打印方法的打印系统，具体的，该3D打印方法在顶部产品层和支撑层之间增设具有多层结构的顶部隔离层，而且在打印过程中，顶部隔离层每层的填充率逐层减小，从而通过去除顶部隔离层的方式去除支撑层。如此，本发明解决了现有技术中存在的支撑层难以去除的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的3D打印方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本发明提出的3D打印方法的第二实施例的流程示意图；

图3为本发明提出的3D打印方法的第三实施例的流程示意图；

图4为本发明提出的3D打印方法的第四实施例的流程示意图；

图5为本发明提出的3D打印方法的第五实施例的流程示意图；

图6为本发明提出的3D打印方法的第六实施例的流程示意图；

图7为本发明提出的3D打印方法的第七实施例的流程示意图；

图8为本发明中3D打印产品的一个实施例的结构示意图；

图9为本发明中3D打印产品的另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	顶部产品层	12	顶部隔离层
13	支撑层	14	底部隔离层
				15	底部产品层	16	中间产品层

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为解决上述问题，本发明提出了一种3D打印方法，该3D打印方法包括如下步骤：

S1，控制打印头打印支撑层13；

S2，在所述支撑层13打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层13上方逐层打印顶部隔离层12，其中，在打印所述顶部隔离层12时，控制所述打印头逐层减小每层的填充率；

S3，在所述顶部隔离层12打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部隔离层14上方打印顶部产品层11。

请查阅图1、图8，现有的3D打印过程，当3D打印产品为悬空或镂空时，由于3D打印是逐层打印的，其悬空部和镂空部需要设置支撑层13，以防止顶部产品层11塌陷。并且在打印完成得到3D打印半成品后，需要对该3D打印半成品进行烧结，以去除支撑层13，或者直接以物理形式敲除支撑层S300。本发明提出了一种3D打印方法，在所述支撑层13和所述顶部产品层11之间设置一个具有多层结构的顶部隔离层12。进一步的，所述顶部隔离层12每层的填充率逐渐由下至上减小，即该顶部隔离层12的密度由下至上逐渐减小。进一步的，所述顶部隔离层12填充率由下至上逐渐减小这一特点，使得顶部隔离层12和支撑层13结合得更加紧密，而顶部隔离层12和顶部产品层11的连接处更加稀疏。在去除所述支撑层13和所述顶部隔离层12时，无论是直接物理敲除，还是烧结过后进行敲除。均可以针对顶部隔离层12和顶部产品层11连接处密度较小这一特点，在不损伤顶部产品层11的前提下，轻松去除顶部隔离层12。与此同时，所述顶部隔离层12的填充率由下至上逐层减小，与现有的每层填充率不变的技术方案相比，除容易去除这一特点外，由于填充率的降低，打印顶部隔离层12所需的打印材料也减少了，从而起到了节省材料的作用。

具体的，3D打印一般是逐层进行打印的。每层顶部隔离层12的填充率，可以通过每层顶部隔离层12内打印材料间隙的疏密来决定，而材料在每层顶部隔离层12的填充可以是多种形式，如网格、直线、三角形、内六角形、八角形、同心圆、立方体、立方体分区、四面体等，包含不同形状的二维或者三维模型。进一步的，除改变每层顶部隔离层12的填充率外，也可以通过其他方式来使得所述顶部隔离层12的密度由下到上逐渐减小。在另一可选实施例中，可逐层更换每层顶部隔离层12的打印材料，以使组成每层顶部隔离层12打印材料的密度由下至上逐渐减小。

请参阅图2、图9，在一可选实施例中，在步骤S1之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S01，控制所述打印头打印底部产品层15；

S02，在所述产品层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部产品层15上方逐层打印底部隔离层14，其中，在打印所述底部隔离层14时，控制所述底部隔离层14逐层增大每层的填充率；

进一步的，在所述底部隔离层14打印完毕之后，控制所述打印头在所述顶部隔离层12上方打印支撑层13。

在所述3D打印的过程中，除了悬空的顶部产品层11需要支撑之外，还存在一种3D打印产品中存在镂空部的情况。此时，所述3D打印产品除顶部产品层11外、还包括底部产品层15、以及连接所述底部产品层15和所述顶部产品层11的中间产品层16。而底部产品层15和支撑层13之间应设置有底部隔离层14.此时，为防止顶部产品层11的塌陷，支撑层13设置于顶部产品层11和底部产品层15之间。此时，支撑层13上方和顶部产品层11之间的顶部隔离层12设置如步骤S1至步骤S3。在打印所述支撑层13之前，需预先进行步骤S01、步骤S02。并且所述底部隔离层14的填充率是由下至上逐层增大的。即底部隔离层14的密度由下至上逐层增大。与顶部隔离层12相似的是，底部隔离层14和支撑层13结合得较为紧密，而与底部产品的连接处，材料较为稀疏。易通过所述底部隔离层14，将所述底部产品层15与所述支撑层13分离。在一可选实施例中，所述顶部产品层11、所述中间产品层16、所述底部产品层15的材料相同。所述顶部隔离层12、所述底部隔离层14的材料相同。

请参阅图4，在一可选实施例中，在步骤S01之后，在步骤S3之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S10，在所述底部产品层15打印完毕后，控制所述打印头打印中间产品层16；

S20，在打印所述中间产品层16的过程中，控制所述中间产品层16和所述顶部隔离层12、支撑层13、底部隔离层14之间存在打印间隙。

为了防止中间产品层16和顶部隔离层12、底部隔离层14、支撑层13发生黏连，中间产品层16和顶部隔离层12、底部隔离层14、支撑层13之间是存在打印间隙的。进一步的，由于3D打印是采用逐层打印的形式，在一可选实施例中，中间产品层16的打印，即步骤S10，S20是与所述底部隔离层14、支撑层13、顶部隔离层12的打印同步进行的。即在步骤S01执行完毕，步骤S3执行之前时进行的。在一可选实施例中，我们可以采用多个打印头，分别同时打印中间产品层16和底部隔离层14、支撑层13、顶部隔离层12。进一步的，所述打印头的数量由所述组成所述支撑层13、所述顶部隔离层12、所述底部隔离层14、所述顶部产品层11、所述底部产品层15的材料种类决定。

请参阅图5，在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S100，在打印每层所述顶部隔离层12、所述支撑层13或者所述底部隔离层14时，控制所述打印头的打印起点和打印终点避开所述打印间隙。

这是由于在打印起点和打印终点处，所述打印头并不是一收到停止挤出材料的指令，打印材料就立刻停止滴落的。在打印起点、打印终点处，可能存在一些多余的打印材料被挤出的情况。如果所述打印起点、所述打印终点设置于所述打印间隙处，在多余的打印材料被挤出时，可能会错误地封堵打印间隙，而使得中间产品层16和支撑层13或顶部隔离层12、底部隔离层14错误的黏连在一起的情况。因此，所述打印起点、所述打印终点避开所述打印间隙设置是十分必要的。

请参阅图5，在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S200，控制所述打印头从所述打印起点出发后，先围绕所述打印起点运动一周，形成一个打印边框；

S300，在所述打印边框打印完毕后，控制所述打印头在所述打印边框内填充打印内容。

所述打印边框的设置能够进一步的起到限定打印内容的范围、避免中间产品层16和支撑层13或顶部隔离层12、底部隔离层14黏连的情况发生。同时，各层打印边框重叠在一起，使得支撑层13更加牢固，防止顶层产品层塌陷。此外，限定打印边框，各层的填充率，即打印内容在打印边框内的填充率，打印内容的填充的格式可以是网格、直线、三角形、内六角、立方体、立方体分区、八角形、四面体、同心圆等等，包含不同形状的二维或者三维模型。此外，每一层的打印轨迹、打印起点、打印终点的设置可以相同，也可以不同。各层打印轨迹可以是相同的方向打印，也可以是任意角度的不同方向打印。

请参阅图3，在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S4，在所述顶部产品层11打印完毕之后，得到3D打印半成品，烧结所述3D打印半成品，去除所述顶部隔离层12、所述支撑层13、所述底部隔离层14，以得到3D打印产品。

这一步骤发生于所述顶部隔离层12打印完成、得到初步的3D打印半成品之后。进一步的，目前常用烧结的方法去除顶部隔离层12、支撑层13。此处根据顶部隔离层12、支撑层13以及顶部产品层11的材料组成，进行分类讨论。当支撑层13和顶部产品层11材料相同时，在高温烧结后，如1300℃，如不设置产品层，支撑层13和产品层容易烧结在一起。所以此时，顶部隔离层12由熔点高于顶部产品层11、支撑层13的材料组成，且顶部隔离层12将顶部产品层11和支撑层13完全隔离，避免二者在烧结过程中被烧结在一起。或者，隔离层采用在烧结中自身易反应的材料组成，在烧结过后形成蓬松的砂子状，易被敲除。同时，在一些情况下，3D打印的半成品在烧结过程中容易收缩，此时应采用收缩率和顶部产品层11、支撑层13一致或者相近的打印材料作为顶部隔离层12的打印材料。

而当顶部产品层11和支撑层13材料不同时，又可分为两种情况讨论，即顶部隔离层12和支撑层13材料相同的情况、顶部隔离层12和支撑层13材料不同的情况。当顶部隔离层12和支撑层13材料相同时，即此时支撑层13为密度不变，起到支撑作用的部分，而隔离层为密度由下至上逐渐减小。而当顶部隔离层12材料和支撑层13材料不同时，在烧结过程中，顶部隔离层12和支撑层13材料发生反应形成容易被去除的形态。

请参阅图3，在一可选实施例中，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S0102，在所述底部产品层15打印完毕之后，在所述底部产品层15上方喷涂隔离悬浮液；

S12，在所述支撑层13打印完毕之后，在所述支撑层13上方喷涂悬浮隔离液。

进一步的，步骤0102发生于步骤S01和步骤S02之间，步骤S12发生于步骤S1和S2之间，所述悬浮隔离液是为了进一步隔离产品层和支撑层13，方便在烧结过后去除支撑层13、顶部隔离层12、底部隔离层14。所述悬浮隔离液中的悬浮颗粒包括难熔金属颗粒，陶瓷颗粒等等，而悬浮隔离液中的溶液可以是酒精。在所述底部产品层15打印完毕之后、以及所述支撑层13打印完毕之后，喷涂上去。而在顶部产品层11打印完成后，对得到的3D打印半成品进行烧结后，除顶部隔离层12、底部隔离层14、支撑层13根据其组成材料性质反应外。悬浮隔离液中的溶液受高温而挥发，其中的悬浮颗粒被留下，以形成松散的隔离结构，进一步的起到了隔离支撑层13和产品的作用。

请参阅图6，本发明还提出了另一种3D打印方法，该3D打印方法包括如下步骤：

S1100，控制打印头打印支撑层13；

S1200，在所述支撑层13打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层13上方逐层打印顶部隔离层12，其中，在打印每层所述顶部隔离层12时，更换每层顶部隔离层12的打印材料，以使组成每一层隔离层的打印材料的熔点逐层升高；

S1300，在所述顶部隔离层12打印完毕之后，控制所述打印头在所述顶部隔离层12上方打印顶部产品层11。

如此设置，所述顶部隔离层12的熔点由下至上逐渐升高。而为了使得所述顶部隔离层12在高温烧结过程中，起到隔离支撑层13和顶部产品层11、防止其烧结在一起的作用，顶部隔离层12的熔点应该不小于所述支撑层13、所述顶部产品层11的熔点。而由于靠近所述顶部产品层11的顶部隔离层12熔点较高，即此处顶部隔离层12的熔点和顶部产品层11的熔点差距较大，而在顶部隔离层12和支撑层13的连接处，熔点差距较小。在烧结过后，所述顶部隔离层12和支撑层13结合的较为紧密，而和所述顶部隔离层12结合得较为稀疏，从而较为容易的被敲除。

请参阅图7，在一可选实施例中，在控制所述打印头打印支撑层13之前，即执行步骤S1100之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S1400，控制所述打印头打印底部产品层15；

S1500，在所述产品层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部产品层15上方逐层打印底部隔离层14，其中，在打印所述底部隔离层14时，更换每层所述底部隔离层14的打印材料，以使组成每一层隔离层的打印材料的熔点逐层降低。

在所述3D打印的过程中，除了悬空的顶部产品层11需要支撑之外，还存在一种3D打印产品中存在镂空部的情况。此时，所述3D打印产品除顶部产品层11外、还包括底部产品层15、以及连接所述底部产品层15和所述顶部产品层11的中间产品层16。此时，为防止顶部产品层11的塌陷，支撑层13设置于顶部产品层11和底部产品层15之间。但是，在打印所述支撑层13之前，即步骤S1100之前，需预先进行步骤S1400、步骤S1500。并且所述底部隔离层14的熔点是由下至上逐层降低的。与顶部隔离层12相似的是，底部隔离层14和支撑层13的熔点较为接近，而与底部产品层15的连接处熔点差别较大。在烧结过后，易通过所述底部隔离层14，将所述底部产品层15与所述支撑层13分离。

本发明还提出了一种3D打印系统，所述3D打印系统用于实现如上文所述的3D打印方法。上述3D打印机，包括打印头和打印平台。其通过控制打印过程具有多层结构的隔离层的填充率或者熔点，以使得3D打印半成品中的支撑程和隔离层更易去除。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01，控制打印头打印底部产品层；

S02，在所述底部产品层打印完毕之后，控制所述打印头在所述底部产品层上方逐层打印底部隔离层，其中，在打印所述底部隔离层时，控制所述底部隔离层逐层增大填充率；

S1，控制打印头打印支撑层；

S2，在所述支撑层打印完毕之后，控制所述打印头在所述支撑层上方逐层打印顶部隔离层，其中，在打印所述顶部隔离层时，控制所述打印头逐层减小每层的填充率；

S3，在所述顶部隔离层打印完毕之后，控制所述打印头在所述顶部隔离层上方打印顶部产品层；

S0102，在步骤S01之后，步骤S02之前，在所述底部产品层上方喷涂隔离悬浮液；

S12，在步骤S1之后，步骤S2之前，在所述支撑层上方喷涂悬浮隔离液；

所述填充率通过每层顶部隔离层或底部隔离层内打印材料间隙的疏密来决定；

所述悬浮隔离液中的悬浮颗粒包括难熔金属颗粒，陶瓷颗粒，而悬浮隔离液中的溶液是酒精。

2.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，在步骤S01之后，在步骤S3之前，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S10，控制所述打印头打印中间产品层；

S20，在打印所述中间产品层的过程中，控制所述中间产品层和所述顶部隔离层、支撑层、底部隔离层之间存在打印间隙。

3.如权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，在打印每层所述顶部隔离层、所述支撑层或者所述底部隔离层时，所述3D打印方法具体包括如下步骤：

S100，控制所述打印头的打印起点和打印终点避开所述打印间隙。

4.如权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S200，控制所述打印头从所述打印起点出发后，先围绕所述打印起点运动一周，形成一个打印边框；

S300，在所述打印边框打印完毕后，控制所述打印头在所述打印边框内填充打印内容。

5.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，在步骤S3之后，所述3D打印方法还包括如下步骤：

S4，得到3D打印半成品，烧结所述3D打印半成品，去除所述顶部隔离层、所述支撑层、所述底部隔离层，以得到3D打印产品。

6.一种3D打印系统，其特征在于，所述3D打印系统用于实现如权利要求1至5任一项所述的3D打印方法。

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