CN113290662B - 基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是包括以下步骤：设计3D模型，确定需要增加条纹的平面，在3D模型软件上定义条纹的宽度、长度以及角度信息；使用切片软件对3D模型进行切片，切片时将定义的条纹参数附着到切片上；根据切片上的模型参数，生成打印托盘的旋转数据和滚动铣刀与打印托盘的相对移动速度数据；3D打印及生胚滚铣；后处理：烧结。难复制高防伪，无需防伪验证的中间渠道或工具，直观性强，增加产品附加值。

Description

基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法

技术领域

本发明涉及商品防伪技术，尤其是一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法。

背景技术

不少高价值产品存在被仿冒的情况，例如奢侈品等。传统的防伪手段以防伪标签、二维码网上验证、吊牌，以及NFC、RFID感应标签为主，客户无法直观的用肉眼快速判断产品是否为正品，需要特定仪器、网站，或手机扫码等二次渠道进行验证，中间环节容易被不法分子利用。对于一些服饰箱包，一般客户很难从工艺材质等技术方面鉴定真伪，只能依靠购买渠道和防伪技术。但现在互联网购物非常普及，线上购买箱包服饰等很难让客户做到100％放心。生产序列号、标牌水印以及二维码也容易被仿冒，普通消费者并不能通过肉眼直观判断此物品的真伪，且水印生产设备也容易买到。

随着3D打印技术的应用，目前正在尝试的防伪技术有：如在打印的产品中加入微型电子元器件，嵌入在产品中，使用特定传感器扫描验证正品；在模型设计时加入中空的水印或条形码，打印完成后使用X光进行检测中空位置；测定每台打印设备的噪音特性和失真来进行打印机溯源，从而达到防伪的目的(如某台打印机在打印时容易在X点产生误差，而另一台容易在Y点产生误差，于是通过观察产品的特定位置的形貌判断是哪台打印机生产的)。

现有技术这些防伪技术存在着以下主要缺点：如需要各种渠道或工具进行介入验证真伪，无法肉眼直观判断；防伪部件容易被重复利用，从而造假；3D 打印尝试的防伪技术只针对3D打印产品，只能通过在模型中加入防伪的三维结构进行防伪，无法像传统二维平面防伪一样更直观的让客户观察到，在应用方面不如二维平面防伪广泛；防伪功能仅限于防伪，无法融入到产品的整体设计中。而现有的陶瓷加工工艺多为模具注射成型、模具等静压成型、流延法及机械加工。除了机械加工，其它方法无法在产品表面增加特殊的加工纹理。且在结构设计需要考虑脱模等因素，无法实现一些特殊的空芯结构或一体成型的装配结构。也不能根据客户需求，快速调整产品细节，例如修改陶瓷产品表面的条形码或logo等。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，它具有以下特点：允许客户适用最原始的视觉方式辨识产品的真伪，直观快速的看到防伪设计的特别；防伪功能性融入整个成品设计中，既具有防伪功能，又能增强产品整体设计感，且不易被仿冒或被重复利用；是一种可以利用3D打印技术的普遍性防伪产品；无需防伪验证的中间渠道或工具；允许验证真伪后即销毁的一次性防伪设计，等等。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是包括以下步骤：

(一)设计3D模型，确定需要增加条纹的平面，在3D模型软件上定义条纹的宽度、长度以及角度信息。

(二)使用切片软件对3D模型进行切片，切片时将定义的条纹参数附着到切片上；根据切片上的模型参数，生成打印托盘的旋转数据和滚动铣刀与打印托盘的相对移动速度数据。

(三)模型3D打印及生胚滚铣：打印喷头向打印托盘开始喷墨，若当前层无需添加条纹，或为普通的0度/90度均匀条纹，则打印托盘做匀速移动或静止， Z轴方向不旋转，滚动铣刀正常铣平当前打印面；若当前层需要添加有角度的均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行匀速旋转，配合滚动铣刀添加条纹；若当前层需要添加0度/90度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速移动；若当前层需要添加有角度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速旋转和变速移动。

(四)后处理：使用清水去除支撑材料。

(五)脱脂和烧结。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，步骤(五)中，所述生胚滚铣时，滚动铣刀的参数为：10-200齿、5-60°旋转角度。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，步骤(六)烧结之后表面为平面水印条纹。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，所述平面水印条纹为单层表面的0度条纹或单层表面的90度条纹或单层表面的任意角度条纹或多层表面的条纹。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，所述平面水印条纹为固定角度或渐变角度、固定间距和长度、或变化间距和长度的变化参数条纹。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，步骤(一)中所述的条纹为定制，为均匀的条纹或不均匀的条纹。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，所述生胚滚铣与3D打印在同一工序进行。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，防伪条码与产品实体同时完成。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，所述平面水印条纹中的双层表面的条纹，为上一表面的平面类水印条纹与凹陷部分的平面类水印条纹位置对齐。

前述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法中，作为优选，步骤(三)3D打印出一体成型的封闭或半封闭内腔结构，内置小物件，或验证真伪后即销毁的一次性防伪设计结构。

本技术方案利用3D模型来设计、确定哪些平面需要增加条纹，在3D模型软件上定义条纹的宽度、长度、角度等信息，由于条纹参数是定制的，所以可以是均匀条纹也可以是不均匀条纹。在此基础上，使用切片软件对3D模型进行切片，切片时会自动将定义的条纹参数附着到切片上，根据切片上的模型参数，会生成打印托盘的旋转数据和滚动铣刀与打印托盘的相对移动速度数据。在打印时，含有纳米陶瓷粉末的墨水会喷在打印托盘上，然后逐层打印，打印的模型和托盘两者的位置是永远相对固定的，但托盘可以旋转和移动，从而改变与固定位置滚动铣刀的相对角度和条纹的宽度。

通过打印获得生产需要的普通0度/90度条纹或有角度的条纹。在生胚成型过程中，把滚铣工艺与3D打印原理结合起来，在同一工序中进行，由滚动铣刀对打印后的表面进行机械加工。陶瓷表面未烧结前为生胚状态，此时进行滚铣工艺可以减少铣刀磨损，减少设备损耗延长设备寿命，且陶瓷在生胚时硬度较低，容易加工，从而提高加工效率。

结合滚动铣刀加工工艺和3D打印原理，由于3D打印是一种逐层累积材料的加工方法，滚动铣刀就可以轻易地在打印时对产品模型的凹槽或内部进行加工，在打印完成后再次加工产品的上表面。也就是，3D打印的时候用铣刀加工，刀具永远是在加工当前的最上表面，随着打印层厚度增加，之前加工的最上表面就会变成如凹槽的底面，因此解决了传统工艺不容易加工多层次不面类水印条纹的问题，而本工艺在烧结后，沟槽和产品上表面都会存在平面类水印条纹。

本方案可以根据产品所需的外形要求，灵活地改变防伪实体结构达到用平面类水印条纹和3D打印结构的多重防伪，从而进一步加大仿制难度。而且纳米喷墨陶瓷打印技术的细节精度水平是明显优于其他3D陶瓷打印技术的，目前市场上的光固化原理或材料挤出型3D陶瓷打印技术也无法在打印时进行滚铣加工。

本工艺经过旋转滚动铣刀加工后的表面在烧结后会产生特殊的平面类水印条纹。因为平面类水印条纹的宽度、间距是由打印托盘的旋转角度、移动速度控制的，只有在掌握滚动铣刀参数和托盘移动参数的情况下才能完成本方案的平面类水印条纹。避免传统工艺制作的陶瓷生胚难以进行机械加工的问题，如直接加工烧结后成品则会与烧结前加工产生很大的区别，也会大大增加滚动铣刀加工难度和成本。

进一步，陶瓷本身具有艺术性与美观性，加上3D打印的灵活结构设计，可以使防伪实体实现外观和防伪的双重应用，也不会影响产品的机械性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过滚铣工艺和3D打印相结合，在陶瓷防伪实体上添加一层或多层特殊纹路，以达到有效的防伪效果。

2.允许客户适用最原始的视觉方式辨识产品的真伪，直观快速的看到防伪设计的特别之处。

3.把防伪功能性的设计融入整个成品中，解决隐藏式芯片功能单一，只有防伪功能不能增强产品整体设计感的问题；避免镭射标签和吊牌的LOGO形式，容易被仿冒或被重复利用的现象。

4.无需防伪验证的中间渠道或工具，以防被造假利用。

5.可以实现允许验证真伪后即销毁的一次性防伪设计目的。

6.利用3D打印结构灵活的特点，使陶瓷美观性和特殊条纹特性相结合，达到更易融入产品设计的防伪实体，增加产品附加值。

附图说明

图1是本发明的一种0度或者90度均匀条纹(A)样本示意图。

图2是本发明的一种固定角度均匀条纹(B)样本示意图。

图3是图1中的一种旋转均匀条纹(C)样本示意图。

图4是本发明的一体成型封闭或半封闭内腔结构内置小物件样本示意图。

图5是本发明的验证真伪后即销毁的一次性防伪设计结构(E)样品示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。显而易见，下面描述中的附图是本发明的部分实施例，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它的附图。

一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是包括以下步骤：

(一)设计3D模型，确定需要增加条纹的平面，在3D模型软件上定义条纹的宽度、长度以及角度信息。可以在企业自行开发的3D模型软件上定义条纹信息，以保证其独特性。由于条纹为定制，所以可以是均匀的条纹也可以是不均匀的条纹。

(二)使用切片软件对3D模型进行切片，切片时将定义的条纹参数附着到切片上；根据切片上的模型参数，生成打印托盘的旋转数据和滚动铣刀与打印托盘的相对移动速度数据；由于在打印时，含有纳米陶瓷粉末的墨水会喷射在打印托盘上，然后逐层打印，所以打印的模型和托盘两者的位置是相对固定的，因此依靠打印托盘旋转和移动来改变与固定位置的滚动铣刀相对角度和条纹的宽度。

(三)进行纳米喷墨陶瓷打印及生胚滚铣：模型3D打印：打印喷头向打印托盘开始喷墨，若当前层无需添加条纹，或为普通的0度/90度均匀条纹，则打印托盘做匀速移动或静止，Z轴方向不旋转，滚动铣刀正常铣平当前打印面；若当前层需要添加有角度的均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行匀速旋转，配合滚动铣刀添加条纹；若当前层需要添加0度/90度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速移动；若当前层需要添加有角度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速旋转和变速移动。

同步进行生胚滚铣，也就是生胚滚铣与3D打印在同一工序中进行。滚动铣刀的参数选用：10-200齿、5-60°旋转角度。在喷墨3D打印时，为了保证打印的每层层厚一致，利用滚动铣刀铣平当前的打印层，例如：每层的实际打印层厚可能是10.5-12微米，但为保证打印精度，通过滚动铣刀加工，把每层厚度统一成10微米，因此会在陶瓷表面留下加工纹路。进一步，3D打印的时候用滚动铣刀加工，刀具永远是在被加工当前的最上表面，随着打印层厚增加，之前加工的最上表面就会变成凹槽或多层中原先层的底面，因此在烧结后，沟槽或底层和产品上表面都会存在平面水印条纹。

(四)后处理：使用清水去除支撑材料、清洗。

(五)烧结。经过滚动铣刀加工后的表面在烧结后会产生特殊的平面水印条纹。

成品实施例一：如图1所示，平面水印条纹为单层表面的均匀0度条纹或单层表面的均匀90度条纹，图中具有线条的面就是条纹，在实际中肉眼看到的是会反光的，其它部分是不反光的产品表面。条纹的宽度和不反光的产品表面宽度都是可以根据打印平台的移动速度和滚动铣刀的参数调整的。

成品实施例二：如图2所示，是一种固定角度均匀条纹，其表象形式、成型手段与实施例一相同。

成品实施例三：如图3所示，是一种旋转均匀条纹，图中的条纹肉眼看到具有反光，其它部分是不反光的产品表面。条纹的宽度和不反光的产品表面宽度根据打印平台的移动速度和滚动铣刀的参数来调整。

成品实施例四：双层表面的均匀平面类水印条纹，即上表面的平面类水印条纹与凹陷部分如字体等其它特征体的平面类水印条纹位置对齐，但不在同一平面。

成品实施例五：多层表面的非均匀平面类水印条纹，即带角度的多层条纹；从俯视图上看，不管哪层的条纹，都是连续的，有如台阶表面上的字体或图案，从侧边看是不连续的，但从正上方从上往下看，所有的台阶上表面可以拼成一个平面，所以能够看到完整的字或图案。

成品实施例六：在成型时，3D打印出一体式封闭或半封闭的内腔结构，且内置小物件，如图4所示，如小球等，里面的小球无法从缝隙里逃出，但可以在内腔中空结构里滚动。

成品实例七：如图5所示，3D打印出双层的模型实体，中间由细柱连接，在夹层面内带有产品logo与平面类水印条纹。当需要验证真伪时，通过外力破坏细柱，打开夹层结构。验证结束后，此类结构无法复原，从而实现允许验证真伪后即销毁的一次性防伪设计目的。

进一步，在以上实施例中，防伪条码与产品实体同时完成。根据产品所需的外形要求，可以灵活的改变防伪实体结构以达到用平面类水印条纹和3D打印结构的多重防伪，进一步加大仿制难度。

在本技术文案的基础上，再进一步可以获得非均匀平面水印条纹。其工艺过程中，滚动铣刀移动方向只能是左右，而打印托盘移动方向是沿Z轴旋转和左右移动，Z轴旋转可以控制条纹的角度，左右移动的速度可以改变打印平面和滚动铣刀的相对速度，从而改变条纹的宽度。打印平面是可以同时进行旋转和左右移动的。打印平面同时旋转和移动的最终结果就是：条纹的角度和宽度都在随着打印平台的运动变化，可以呈现出不规律的复杂条纹，例如：平台旋转速度为5°/s共旋转60°，与铣刀相对移动速度为2m/s等。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，如使用其它机械加工的方法替代滚动铣刀加工；平面水印条纹除了固定角度或渐变角度之外，如固定间距和长度、或变化间距和长度的变化参数条纹，防伪结构设计等等，任何对本发明的简单变换后的方法、工艺、结构等均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是包括以下步骤：

（一）设计3D模型，确定需要增加条纹的平面，在3D模型软件上定义条纹的宽度、长度以及角度信息；

（二）使用切片软件对3D模型进行切片，切片时将定义的条纹参数附着到切片上；根据切片上的模型参数，生成打印托盘的旋转数据和滚动铣刀与打印托盘的相对移动速度数据；

（三）模型3D打印及生胚滚铣：打印喷头向打印托盘开始喷墨，若当前层无需添加条纹，或为普通的0度/90度均匀条纹，则打印托盘做匀速移动或静止，Z轴方向不旋转，滚动铣刀正常铣平当前打印面；若当前层需要添加有角度的均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行匀速旋转，配合滚动铣刀添加条纹；若当前层需要添加0度/90度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速移动；若当前层需要添加有角度的非均匀条纹，则打印托盘根据切片时产生的数据进行变速旋转和变速移动；

所述生胚滚铣与3D打印在同一工序进行；

（四）后处理：使用清水去除支撑材料；

（五）脱脂和烧结。

2.根据权利要求1所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是，步骤（五）中，所述生胚滚铣时，滚动铣刀的参数为：10-200齿、5-60°旋转角度。

3.根据权利要求1所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是，步骤（五）烧结之后表面为平面水印条纹。

4.根据权利要求3所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是，所述平面水印条纹为单层表面的任意角度条纹或多层表面的条纹。

5.根据权利要求3所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征是，所述平面水印条纹为固定角度或渐变角度、固定间距和长度、或变化间距和长度的变化参数条纹。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征在于，步骤（一）中所述的条纹为定制，为均匀的条纹或不均匀的条纹。

7.根据权利要求1所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征在于，防伪条码与产品实体同时完成。

8.根据权利要求4所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征在于，所述平面水印条纹中的多层表面的条纹，为上一表面的平面类水印条纹与凹陷部分的平面类水印条纹位置对齐。

9.根据权利要求1所述的基于纳米喷墨打印技术的陶瓷防伪实体的制作方法，其特征在于，步骤（三）3D打印出一体成型的封闭或半封闭内腔结构，内置小物件，是验证真伪后即销毁的一次性防伪设计结构。

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