CN114918415A - 一种3d打印制作金属多孔层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印制作金属多孔层的方法，其包括以下步骤：3D建模、切片处理、通过SD卡或者USB优盘，将3D模型切片文件拷贝到3D打印机中，并进行打印设置、3D打印前处理工序、启动打印机，开始打印、打印结束和3D打印后处理工序。通过步骤一的3D建模和步骤二的切片处理，金属多孔层打印件各方面的结构数据和尺寸数据更加的精确，能够对高精度和高复杂程度的打印件进行快速加工，金属多孔层在通过3D打印设备，一层层的打印加工过程中，配合计算机辅助系统，打印件内部的孔隙分布更加的均匀，通孔率更高，孔壁结构上存在微孔大幅度降低，使得金属多孔层打印件的制造质量更高，在医疗等相关领域得到进一步的发展及应用。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印制作金属多孔层的方法。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状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。
3D打印在诸多领域中的应用逐渐增多，通过3D打印制作的金属多孔层在医疗领域中的使用也不断增加，但现有制作的金属多孔材料普遍孔径较小，孔隙分布不均匀，通孔率不高，或者孔壁结构上存在大量微孔，限制了金属多孔材料在生物材料领域的进一步发展，故而我们提出了一种3D打印制作金属多孔层的方法来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种3D打印制作金属多孔层的方法，其使得3D打印制作的金属多孔层的孔隙分布更加均匀，通孔率更高等优点，解决了现有制作的金属多孔材料普遍孔径较小，孔隙分布不均匀，通孔率不高，或者孔壁结构上存在大量微孔，限制了金属多孔材料在生物材料领域的进一步发展的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种3D打印制作金属多孔层的方法，包括以下步骤：
1)3D建模，通过三维制作软件将虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型；
2)切片处理，将3D模型切成一片一片，设计好打印的路径，并将切片后的文件储存成“.gcode”格式；
3)通过SD卡或者USB优盘，将3D模型切片文件拷贝到3D打印机中，并进行打印设置；
4)3D打印前处理工序，包括清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气；
5)启动打印机，开始打印；
6)打印结束，需要静置一段时间，待完全冷却后将打印件连同基板一起取出；
7)3D打印后处理工序，包括热处理、线切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述3D建模的主要方式包括直接使用现有3D模型、通过3D扫描仪逆向工程建模和用建模软件自行建模。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述“.gcode”文件包含 G-Code格式的命令，G-Code是用于描述3D打印机应打印工作的语言，G-Code 以纯文本形式存储指令，每行表示不同的命令，包括打印机的打印速度、温度设置以及打印部件的移动位置。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述清理成型缸粉末是指以人工操作的方式从成形缸中清出，大部分粉末使用工具铲出，少量使用防爆吸尘器吸出，残留部分使用纸巾蘸取酒精擦拭干净，在整个清粉过程中，需要粉末生产场所和工具的清洁以及个人防护装备的佩戴。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述更换刮刀条的主要目的是：刮刀条在长时间使用的过程中，会发生磨损，刮刀条的磨损会影响到金属多孔层的3D打印质量，在保证金属多孔层的3D打印质量的前提下就需要对刮刀条进行更换。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述调节基板的目的是：打印前需要调节基板四个角的螺丝，使基板处于水平状态，避免调节基板在打印的过程中发生倾斜，否则也会影响打印件的质量。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述筛粉的目的是：收粉箱里的粉需要过筛处理才能回收利用，筛粉可以去除打印产生的杂质，保证打印质量，所述置换空气的目的是：为了防止金属粉末被氧化，必须要充入氮气作为保护气，而换过程大约需要一个半小时。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述热处理是指，在将打印件切下来之前需要先进行热处理去应力，特别是一些大平面的盒状薄壳体，应力很强，直接切非常容易变形，所述线切割是指，热处理完成后，再进行线切割，将打印件从基板上分离。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述去支撑是指，去除金属打印件上的支撑件，所述打磨是指，将支撑点磨平，并且让打印件的表面更光滑。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述喷砂和抛光都是对金属打印件进一步的表面处理工序，打磨完成后需要喷砂，喷砂可以让打印件的表面更干净，效果更美观，抛光可以使工件表面粗糙度降低，获得光亮、平整的表面。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.该3D打印制作金属多孔层的方法，通过步骤一的3D建模和步骤二的切片处理，金属多孔层打印件各方面的结构数据和尺寸数据更加的精确，能够对高精度和高复杂程度的金属多孔层打印件进行快速加工，金属多孔层在通过3D打印设备，一层一层的打印加工过程中，配合计算机辅助设计系统，金属多孔层打印件内部的孔隙分布更加的均匀，通孔率更高，孔壁结构上存在微孔大幅度降低，使得金属多孔层打印件的制造质量更高，能够在医疗等相关领域得到进一步的发展及应用。
2.该3D打印制作金属多孔层的方法，通过步骤四中，3D打印前处理工序的清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气，使得金属多孔层打印件在打印的过程更加的稳定和精确，不会因为内外部因素的影响，而导致金属多孔层打印件精度下降，而通过步骤五，启动打印机，开始打印，使得金属多孔层打印件可以进行快速制造和批量制造，使得金属多孔层的制造成本更低，加工周期更短，加工精度更高。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本发明公开的一种3D打印制作金属多孔层的方法，包括以下步骤：
1)3D建模，通过三维制作软件将虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型，3D建模的方式主要包括现有3D模型、通过3D扫描仪逆向工程建模和用建模软件自行建模，现有3D模型可以是现有的，可以直接进行打印加工的3D建模模型，也可以是在网上下载的3D建模模型，而通过3D扫描仪逆向工程建模主要是对实物进行扫描，得到三维数据，然后加工修复，3D扫描仪逆向工程建模能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据，输入3D软件中即可完整的还原出物体的3D模型，而用建模软件自行建模，是指通过3DMax，Maya，CAD 等建模软件进行自行建模，另外一些3D打印机厂商也提供3D模型制作软件；
2)切片处理，将3D模型切成一片一片，设计好打印的路径，并将切片后的文件储存成“.gcode”格式，切片是指用软件(Cura,Simplify3D,Slic3r 等)把模型文件(.stl.obj等)转换成3D打印机动作数据(gcode)，是指将一个实体分成厚度相等的很多层，这是3D打印的基础，分好的层将是3D打印进行的路径，3D打印就是将每层切片通过各种打印工艺逐层堆叠，进而得到金属多孔层打印件的实体；
3)通过SD卡或者USB优盘，将3D模型切片文件拷贝到3D打印机中，并进行打印设置，启动3D打印机后，通过数据线、SD卡、或者USB优盘等方式，把 STL格式的模型切片得到的“.gcode”文件传送给3D打印机，同时，装入3D 打印材料，调试打印平台，设定各种打印参数，接下来即可进行3D打印前的准备工序；
4)3D打印前处理工序，包括清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气，清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气等工序是指将缸内粉末用刷子扫入收粉箱，更换新的刮刀条，调节基板四个角的螺丝，使基板处于水平状态，对收粉箱中的粉进行过筛处理，充入氮气作为保护气，以上工序可以在打印制作金属多孔层时，使得金属多孔层的结构和数据都更加的准确；
5)启动打印机，开始打印，3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，3D打印机内部过筛完成以后的粉，在相关计算机程序的辅助下，会一层一层的堆叠起来，最终形成金属多孔层打印件，3D打印机可以大规模批量制造，制造的精度和复杂程度也比传统的制造工艺有了很大的提升；
6)打印结束，需要静置一段时间，待完全冷却后将打印件连同基板一起取出，3D打印机内部打印用粉的融化温度为100至208摄氏度之间，而当金属多孔层打印机在打印完成以后，其本身的温度依然是很高的，此时金属多孔层打印机并不能取出，需要通过3D打印机内部的内部冷却结构对其进行冷却，冷却的方式一般是风冷，或者将金属多孔层打印件放置在3D打印机的内部一段时间，等待其温度自动下降，如果贸然取出，一方面可能导致手部被烫伤，另一当面当金属多孔层打印件在没有完全降温时，其本身的质地将软，此时在拿取的过程中，可能会导致金属多孔层打印件变形，严重影响到金属多孔层打印件的制造精度；
7)3D打印后处理工序，包括热处理、线切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光，3D打印的金属多孔层打印件由于其特殊的成型方式，金属多孔层打印件表面上会有阶梯状的层纹，这些层纹即使是目前最精细的打印机也无法避免的，虽然可以通过分层时调整参数或是模型的摆放位置来让层纹感变得不明显，但是再细微的纹路还是会影响到金属多孔层打印件的整体感观，所以为了金属多孔层打印件能够更加的美观，就需要通过热处理、线切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光对金属多孔层打印件进行表面处理，在去除这些金属多孔层打印件表面的层纹时，可以使用砂纸或是锉刀进行打磨，金属多孔层打印件表面的支撑留下的痕迹可以使用锉刀进行打磨，而大面积的表面使用砂纸打磨，效果更佳。
实施例二：
一种3D打印制作金属多孔层的方法，与实施例一的区别在于，3D建模时 3D打印过程中极为重要的工序，3D建模可以使用现有的模型，也可以通过3D 扫描仪逆向工程建模或者用建模软件自行建模，而使用现有的模型的优点是建模所需时间短，可以直接输入3D打印机进行使用，而通过3D扫描仪逆向工程建模的方式的优点是建模精度高，操作便捷，用建模软件自行建模的方式的优点是可以对结构复杂的加工部件进行建模，以上三者建模方式可以根据实际的3D打印需求自由的进行选择。
具体的，“.gcode”文件属于数控编程语言，主要用于计算机辅助制造中，在3D打印过程中，“.gcode”文件是3D打印机作为对外联系的唯一信息交互方式，3D模型在进入3D打印机实际打印之前，必须要经过处理而成的一种中间格式文件，这种中间格式文件的内容，实际上每一行都是3D打印机固件所能理解的命令，“.gcode”文件正是用于存储此类文件，3D打印机内部各种部件的几何位置的移动，旋转，速度的变化，都可以通过“.gcode”文件并利用计算机洗浴来控制。
在使用3D打印机之前，3D打印机内部的成形缸中如果残留有打印粉末，可以通过工具铲出、防爆吸尘器吸出或者纸巾蘸取酒精擦拭的方式对其进行清理，但是在清理的过程中，需要做好个人防护，避免口、鼻、眼或者皮肤直接与打印粉末接触，避免受到伤害。
其中，3D打印机内部的刮刀条，在长时间使用以后，会逐渐的发生磨损，所以3D打印机在每次使用之前都需要对刮刀条进行检测，对刮刀条的磨损程度进行了解，如果刮刀条的磨损已经严重影响到了金属多孔层打印件的加工精度，就需要对刮刀条进行更换，更换新的刮刀条，保证金属多孔层打印件的加工精度，节基板主要的作用是，承载正在打印过程中
进一步的，3D打印机中的调的金属多孔层打印件，而金属多孔层打印件在打印的过程中，需要调节基板全程保持水平，如果调节基板发生倾斜，其顶部的金属多孔层打印件的加工精度和准确度就会受到严重影响，所以3D打印机每次在使用之前都需要通过调节基板四个角的螺丝，使调节基板保持在水平状态。
3D打印机内部收粉箱里的粉是可以进行回收使用的，但是需要经过筛分，筛分后的粉的颗粒更加的均匀，避免粉在受热融化以后，含有杂质，使得3D 打印机打印出来的金属多孔层打印件的结构更加的稳定，避免出现断层或者气泡。
金属多孔层打印件在打印完成以后，需要经过热处理以后，才可以从调节基板上进行切割并且取下，因为此时金属多孔层打印件的温度较高、质地较软，如果不经过热处理而贸然的进行切割，极容易导致金属多孔层打印件变形，导致打印出来的金属多孔层打印件无法使用。
在通过3D打印机打印金属多孔层打印件时，碰见悬空的、倾角大于45度的金属多孔层打印件一般都要加支撑，如果不加支撑，是无法完整的打印模型的，而当金属多孔层打印件打印完成以后，支撑与金属多孔层打印件的连接非常的牢固，并且支撑本身的质地也极为的坚硬，而为了金属多孔层打印件的美观，在金属多孔层打印件打印完成以后，就需要将金属多孔层打印件上支撑切割掉。
当金属多孔层打印件打印完成以后，为了去除其表面残留的多层纹路和支撑残留，就需要对金属多孔层打印件的表面进行打磨，而打磨的工具一般可以使用锉刀或者砂纸，而当金属多孔层打印件本身的体积较大，而不便于进行打磨抛光时，可以使用其他的电动打磨工具进行打磨，以确保金属多孔层打印件打外表面的光滑和美观。
本实施例的实施原理为：该3D打印制作金属多孔层的方法，通过步骤一的3D建模和步骤二的切片处理，金属多孔层打印件各方面的结构数据和尺寸数据更加的精确，能够对高精度和高复杂程度的金属多孔层打印件进行快速加工，金属多孔层在通过3D打印设备，一层一层的打印加工过程中，配合计算机辅助设计系统，金属多孔层打印件内部的孔隙分布更加的均匀，通孔率更高，孔壁结构上存在微孔大幅度降低，使得金属多孔层打印件的制造质量更高，能够在医疗等相关领域得到进一步的发展及应用。
并且，该3D打印制作金属多孔层的方法，通过步骤四中，3D打印前处理工序的清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气，使得金属多孔层打印件在打印的过程更加的稳定和精确，不会因为内外部因素的影响，而导致金属多孔层打印件精度下降，而通过步骤五，启动打印机，开始打印，使得金属多孔层打印件可以进行快速制造和批量制造，使得金属多孔层的制造成本更低，加工周期更短，加工精度更高，解决了现有制作的金属多孔材料普遍孔径较小，孔隙分布不均匀，通孔率不高，或者孔壁结构上存在大量微孔，限制了金属多孔材料在生物材料领域的进一步发展的问题。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)3D建模，通过三维制作软件将虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型；
2)切片处理，将3D模型切成一片一片，设计好打印的路径，并将切片后的文件储存成“.gcode”格式；
3)通过SD卡或者USB优盘，将3D模型切片文件拷贝到3D打印机中，并进行打印设置；
4)3D打印前处理工序，包括清理成型缸粉末、更换刮刀条、调节基板、筛粉和置换空气；
5)启动打印机，开始打印；
6)打印结束，需要静置一段时间，待完全冷却后将打印件连同基板一起取出；
7)3D打印后处理工序，包括热处理、线切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述3D建模的主要方式包括直接使用现有3D模型、通过3D扫描仪逆向工程建模和用建模软件自行建模。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述“.gcode”文件包含G-Code格式的命令，G-Code是用于描述3D打印机应打印工作的语言，G-Code以纯文本形式存储指令，每行表示不同的命令，包括打印机的打印速度、温度设置以及打印部件的移动位置。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述清理成型缸粉末是指以人工操作的方式从成形缸中清出，大部分粉末使用工具铲出，少量使用防爆吸尘器吸出，残留部分使用纸巾蘸取酒精擦拭干净，在整个清粉过程中，需要粉末生产场所和工具的清洁以及个人防护装备的佩戴。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述更换刮刀条的主要目的是：刮刀条在长时间使用的过程中，会发生磨损，刮刀条的磨损会影响到金属多孔层的3D打印质量，在保证金属多孔层的3D打印质量的前提下就需要对刮刀条进行更换。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述调节基板的目的是：打印前需要调节基板四个角的螺丝，使基板处于水平状态，避免调节基板在打印的过程中发生倾斜，否则也会影响打印件的质量。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述筛粉的目的是：收粉箱里的粉需要过筛处理才能回收利用，筛粉可以去除打印产生的杂质，保证打印质量，所述置换空气的目的是：为了防止金属粉末被氧化，必须要充入氮气作为保护气，而换过程大约需要一个半小时。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述热处理是指，在将打印件切下来之前需要先进行热处理去应力，特别是一些大平面的盒状薄壳体，应力很强，直接切非常容易变形，所述线切割是指，热处理完成后，再进行线切割，将打印件从基板上分离。
9.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述去支撑是指，去除金属打印件上的支撑件，所述打磨是指，将支撑点磨平，并且让打印件的表面更光滑。
10.根据权利要求1所述的一种3D打印制作金属多孔层的方法，其特征在于，所述喷砂和抛光都是对金属打印件进一步的表面处理工序，打磨完成后需要喷砂，喷砂可以让打印件的表面更干净，效果更美观，抛光可以使工件表面粗糙度降低，获得光亮、平整的表面。
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