CN115056485A - 3d打印件的后处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印件的后处理方法，该方法包括提供成型的3D打印件；提供粉末，并使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料；将坯料压制成模具，模具内形成有包覆3D打印件的全部表面的型腔；将模具加热至使3D打印件熔化成熔液；使熔液在模具的型腔中冷却固化为成品件；取出模具中的成品件。熔液在模具型腔中冷却成型完成重组前，熔液充分填充了3D打印件打印过程中产生的间隙，使得成品件相对于原有的3D打印件内部结构变的更加稳定、更紧密，提高了材料的力学性能，特别是在韧性、抗拉强度、耐磨性等方面均得到了有效的提高，成品件可以在强度、精度要求较高的场合使用，改善了3D打印件的不足。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印件的后处理方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，它是一种以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件将其离散分解成若干层平面切片，运用粉末状、线状等形式的金属或塑料等可粘合材料，由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将材料进行逐层堆积黏结，叠加成型，制造出实体产品。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。
但是由于3D打印是增材制造，打印喷头进行逐层打印，层与层之间存在间隙，因而3D打印件的韧性、抗拉强度、耐磨性等方面远不如金属零件。目前3D打印件只能应用于强度、精度要求不高的场合。特别是在机械领域对重要零部件的精度、机械性能、力学性能的要求较高的场合，3D打印件无法满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升3D打印件性能的后处理方法，以通过将3D打印件熔融后再次固化成型，得到性能优化的成品件。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种3D打印件的后处理方法，该3D打印件的后处理方法包括：提供成型的3D打印件；提供粉末，并使所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料；将所述坯料压制成模具，所述模具内形成有包覆所述3D打印件的全部表面的型腔；将所述模具加热至使所述3D打印件熔化成熔液；使所述熔液在所述模具的型腔中冷却固化为成品件；取出模具中的成品件。
本申请一些实施例，使所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料，包括：提供一器皿；在所述器皿内铺撒粉末；将所述3D打印件放置在所述器皿中的粉末上；继续向所述器皿中铺撒粉末，并包覆所述3D打印件的全部表面，从而制成坯料。
本申请一些实施例，将所述模具加热至使所述3D打印件熔化成熔液，包括：将承载有所述模具的所述器皿随所述模具同步加热。
本申请一些实施例，将承载有所述模具的所述器皿随所述模具同步加热之前，还包括对所述器皿中的所述模具在顶部进行持续施压。
本申请一些实施例，将所述3D打印件放置在所述器皿中的粉末上之前，还包括压实所述器皿中的粉末。
本申请一些实施例，继续向所述器皿中铺撒粉末，并包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料和将所述坯料压制成模具是同步进行的，每次向所述器皿中铺撒粉末后均进行压实，直至所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面并压实后，制成所述模具。
本申请一些实施例，所述粉末采用高温下不变质的粉末。
本申请一些实施例，所述粉末为氯化钠分析纯粉末或石膏粉末。
本申请一些实施例，在将所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面之前，还包括对所述粉末进行研磨处理。
本申请一些实施例，在将所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面之前，还包括对所述粉末进行干燥处理。
由上述技术方案可知，本发明实施例至少具有如下优点和积极效果：
本发明实施例的3D打印件的后处理方法中，熔液在模具型腔中冷却成型完成重组前，熔液充分填充了3D打印件打印过程中产生的间隙，使得成品件相对于原有的3D打印件内部结构变的更加稳定、更紧密，提高了材料的力学性能，特别是在韧性、抗拉强度、耐磨性等方面均得到了有效的提高。成品件可以在强度、精度要求较高的场合使用，改善了3D打印件的不足。
附图说明
图1是本发明3D打印件的后处理方法的流程图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
为了进一步说明本发明的原理，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参阅图1所示，本发明提供一种3D打印件的后处理方法，以通过将3D打印件熔融后再次固化成型，得到性能优化的成品件。该成品件相对于原有的3D打印件在韧性、抗拉强度、耐磨性等方面均得到了有效的提高，从而能够将该成品应用于强度、精度要求较高的场合，以更好的满足工业生产的需求。
以下具体详细说明该3D打印件的后处理方法的原理。
具体步骤如下：
S1、提供成型的3D打印件。
其中，3D打印件可以是PC、PLA、ABS等材质打印而成的，在此不作限制。
S2、提供粉末，并使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料。
具体地，可以先将粉末铺撒在操作平台上，然后再将3D打印件放置在操作平台上的粉末上，3D打印件与操作平台不直接接触，之后继续在3D打印件的表面充分地铺撒粉末，使粉末包覆3D打印件的全部表面，以获得坯料。其中，粉末采用不与形成3D打印件的材质发生反应的粉末。
需要说明的是，也可以同时提供多个3D打印件，粉末共同包覆多个3D打印件的全部表面，即每个3D打印件之间均不直接接触。
S3、将坯料压制成模具，模具内形成有包覆3D打印件的全部表面的型腔。
其中，可以是手动将坯料压实形成模具，也可以在操作平台上于坯料的四周套设一框架，然后在坯料的上方采用一重物将坯料压实，提高了模具的制作效率，并且在提供了足够的压力后，能够保证3D打印件和粉末之间不留间隙。此外，还可以使用压机将坯料压制呈模具，进一步提高模具的制作效率。在压实模具后，模具内形成有稳定地能够包覆3D打印件的全部表面的型腔。
需要说明的是，模具在坯料内的摆放方式可以有多种形式，例如水平、单边、竖直、倒置等放置方式。举例而言，若是呈长方体结构的3D打印件，其包括六个表面及连接相邻表面的多个边沿，可以是将任意表面朝下放置，也可以是将任意边沿朝下放置。
S4、将所述模具加热至使所述3D打印件熔化成熔液。
可以将模具放置到加热装置中，例如放置到烘箱中。根据成型3D打印件材质的不同来设定温度，在加热温度达到对应的材质的熔点时，3D打印件即开始熔化成熔液。并且，在达到对应的材质的熔点时，加热装置可以继续保温一段时间，以确保3D打印件完全熔化。其中，在保证用于3D打印的材料不变质的情况下，可以采用更高的温度进行熔融，加快3D打印件的熔化效率。
形成坯料的粉末能够在加热过程中，使3D打印件受热更均匀。当3D打印件熔化成熔液后，熔液在型腔内流动，能够填充在3D打印件打印过程中产生的间隙。
S5、使熔液在模具的型腔中冷却固化为成品件。
可以在加热装置停止加热后，随着加热装置中温度的降低，直接在加热装置中进行冷却。但由于加热装置停止加热后，降温过程较慢，熔液在模具的型腔中冷却效率较低。因此在一些实施例中，将模具从加热装置中先取出后在空气中进行冷却，加快熔液在模具型腔中冷却固化的效率，更快的获得成品件。
在一些实施例中，将模具从加热装置中先取出后，放置到低温环境下进行冷却，进一步加快熔液冷却固化的效率。
可以理解的是，由于熔液充分填充了3D打印件打印过程中产生的间隙，因此熔液在模具型腔中冷却成型完成重组后，成品件相对于原有的3D打印件内部结构变的更加稳定、更紧密，提高了材料的力学性能，特别是在韧性、抗拉强度、耐磨性等方面均得到了有效的提高，成品件可以在强度、精度要求较高的场合使用，改善了3D打印件的不足。
S6、取出模具中的成品件。
通过将拆除模具，取出其中的成品件进行使用。
在一些实施例中，在使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料的步骤中，包括：
S21、提供一器皿。
S22、在器皿内铺撒粉末。
S23、将3D打印件放置在器皿中的粉末上。
S24、继续向器皿中铺撒粉末，并包覆3D打印件的全部表面，制成坯料。
借助器皿更方便成型坯料，在3D打印件放置在器皿中的粉末上后，由于3D打印件收容在器皿中，继续向器皿中铺撒粉末，粉末在没过3D打印件后即包覆了3D打印件的全部表面，快速地在器皿中制成了坯料。此外，借助器皿承载坯料，能够避免粉末压实后散开，也不需要在坯料四周套上框架来成型模具。并且在器皿上对坯料压制成模具后，更方便移动模具将模具放置到加热装置中，器皿随模具同步加热。
在一些实施例中，在将承载有模具的器皿随模具同步加热之前，还包括对器皿中的模具在顶部进行持续施压，以确保粉末不会散开，在模具内部形成稳定的型腔。但压力不能过大，需要控制在不使型腔发生坍塌或发生形变的范围内。举例而言，可以使用重物压在器皿中的模具上后再进行加热，利用重物持续提供压力，确保粉末不会散开。
在一些实施例中，将3D打印件放置在器皿中的粉末上之前，还先对器皿中的粉末进行压实。由于未对坯料施加压力前，位于3D打印件下方的粉末在未压实前是比较松散的，当压力通过3D打印件传递给3D打印件下方的粉末进行压实时，容易导致3D打印件下方的粉末较薄，甚至可能裸露出3D打印件的表面，从而无法形成包覆3D打印件的全部表面的型腔。故先对器皿中的粉末进行压实，能够有效保证位于3D打印件下方的粉末的厚度。
在一些实施例中，继续向器皿中铺撒粉末，并包覆3D打印件的全部表面，制成坯料的步骤和将坯料压制成模具的步骤是同步进行的，即每次向器皿中铺撒粉末后均进行压实，直至粉末包覆3D打印件的全部表面后，制成模具。坯料在受力压制成模具的过程中，未压实的粉末无法对3D打印件形成稳定地支撑，由于3D打印件的形状通常是不规则的，在坯料上方施加的压力无法保证3D打印件各处的受力均匀，容易导致3D打印件发生断裂。因此每次向器皿中铺撒粉末后均进行压实，逐步形成包覆3D打印件的全部表面的型腔，能够避免3D打印件受力不均发生断裂。
在一些实施例中，将器皿从加热装置中取出后，还将器皿放置在水中，在水位不高于器皿的上边沿情况下，水不会漫入器皿中，利用水的低温加快型腔内熔液的冷却效率。
在一些实施例中，粉末采用高温下不变质的粉末，以确保在3D打印件的熔融状态下，粉末也不与熔液发生反应。并且，该粉末是能够成型的粉末，以便在施压制成模具后能够在模具内部形成型腔。
在一些实施例中，粉末为氯化钠分析纯粉末或石膏粉末，氯化钠分析纯粉末和石膏粉末在高温下性质稳定。
在一些实施例中，在将粉末包覆3D打印件的全部表面之前，还对粉末进行干燥处理，由于粉末在保存时也会吸收空气中的水分，对粉末进行干燥后，能够去除粉末中的水分，保证粉末与不与熔液发生反应。
在一些实施例中，在将粉末包覆3D打印件的全部表面之前，还对粉末进行研磨处理，得到更细小的粉末，更细小的粉末在形成型腔时，在型腔上产生的孔隙更小，从而在熔液冷却固化为成品件后，成品件的表面更加光滑，提高了成品件的表面粗糙度性能。可以理解的是，可以借助打磨机进行打磨。
在一些实施例中，还使用网筛根据3D打印件材料性质的不同筛出符合要求的粉末，网筛规格有150目、120目、100目、90目等根据需要选择。
本申请的发明人通过严格设计该3D打印件的后处理方法中各步骤的工艺条件而制得性能优化的成品件，以下通过各实施例介绍。
实施例1
将利用聚乳酸(PLA)材料打印成型的3D打印件，选择氯化钠分析纯打磨成细小的粉末，150目的筛网筛出符合要求的粉末。使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料，其中，3D打印件以竖直方式放置在坯料中。将坯料压制成模具，模具内形成有包覆3D打印件的全部表面的型腔。将烘箱的熔融温度加热至200℃，将模具放入烘箱中，熔融时间30min。最后将模具取出置于空气中，自然冷却到室温取出零件。经检测，基于本方法处理过的PLA材料的3D打印件，力学性能得到了显著的提升，尤其是零件的韧性拉伸提升最为明显，拉伸强度提升16.41％，利用粗糙度检测仪检测，粗造度性能提升了28.3％。
实施例2
将利用聚碳酸酯(PC)材料打印成型的3D打印件，选择氯化钠分析纯打磨成细小的粉末，150目的筛网筛出符合要求的粉末。使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料，其中，3D打印件以单边方式放置在坯料中。将坯料压制成模具，模具内形成有包覆3D打印件的全部表面的型腔。将烘箱的熔融温度加热至260℃，将模具放入烘箱中，熔融时间25min。最后将模具取出置于空气中，自然冷却到室温取出零件。经检测，基于本方法处理过的PLA材料的3D打印件，力学性能得到了显著的提升，尤其是零件的韧性拉伸提升最为明显，拉伸强度提升16.67％，利用粗糙度检测仪检测，粗造度性能提升了25.5％。
实施例3
将利用聚乳酸(PLA)材料打印成型的3D打印件，选择氯化钠分析纯打磨成细小的粉末，150目的筛网筛出符合要求的粉末。使粉末包覆3D打印件的全部表面，制成坯料，其中，3D打印件以水平方式放置在坯料中。将坯料压制成模具，模具内形成有包覆3D打印件的全部表面的型腔。将烘箱的熔融温度加热至200℃，将模具放入烘箱中，熔融时间30min。最后将模具取出置于空气中，自然冷却到室温取出零件。经检测，基于本方法处理过的PLA材料的3D打印件，力学性能得到了显著的提升，尤其是零件的韧性拉伸提升最为明显，拉伸强度提升16.65％，利用粗糙度检测仪检测，粗造度性能提升了38.3％。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种3D打印件的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供成型的3D打印件；
提供粉末，并使所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料；
将所述坯料压制成模具，所述模具内形成有包覆所述3D打印件的全部表面的型腔；
将所述模具加热至使所述3D打印件熔化成熔液；
使所述熔液在所述模具的型腔中冷却固化为成品件；
取出模具中的成品件。
2.如权利要求1所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，使所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料，包括：
提供一器皿；
在所述器皿内铺撒粉末；将所述3D打印件放置在所述器皿中的粉末上；继续向所述器皿中铺撒粉末，并包覆所述3D打印件的全部表面，从而制成坯料。
3.如权利要求2所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，将所述模具加热至使所述3D打印件熔化成熔液，包括：将承载有所述模具的所述器皿随所述模具同步加热。
4.如权利要求3所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，将承载有所述模具的所述器皿随所述模具同步加热之前，还包括对所述器皿中的所述模具在顶部进行持续施压。
5.如权利要求2所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，将所述3D打印件放置在所述器皿中的粉末上之前，还包括压实所述器皿中的粉末。
6.如权利要求2所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，继续向所述器皿中铺撒粉末，并包覆所述3D打印件的全部表面，制成坯料和将所述坯料压制成模具是同步进行的，每次向所述器皿中铺撒粉末后均进行压实，直至所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面并压实后，制成所述模具。
7.如权利要求1所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，所述粉末采用高温下不变质的粉末。
8.如权利要求7所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，所述粉末为氯化钠分析纯粉末或石膏粉末。
9.如权利要求1所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，在将所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面之前，还包括对所述粉末进行研磨处理。
10.如权利要求1所述的3D打印件的后处理方法，其特征在于，在将所述粉末包覆所述3D打印件的全部表面之前，还包括对所述粉末进行干燥处理。
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Citations (7)
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| CN107521118A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-29 | 东莞远铸智能科技有限公司 | 一种3d打印工件的制备方法 |
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| CN110042214A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-23 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 3d打印件及其后处理方法和制备方法 |
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-
2022
- 2022-05-31 CN CN202210606540.9A patent/CN115056485A/zh active Pending
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