CN116572529A - 一种用于3d打印设备的复合底板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于3D打印设备的复合底板及其制备方法，具体涉及增材制造技术装备领域。所述用于3D打印设备的复合底板包括金属板层、喷涂层、粘结层和聚碳酸酯板层；所述喷涂层喷涂在所述金属板层的第一表面；所述粘结层涂覆在所述金属板层的第二表面；所述聚碳酸酯板层通过所述粘结层与所述金属板层固定连接。该复合底板的聚碳酸酯板层与打印平台的贴合性良好，不易脱落，复合底板的喷涂层与打印模型的粘附性较好且易与模型剥离，避免取下模型时损坏模型和底板。

Description

一种用于3D打印设备的复合底板及其制备方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术装备领域，具体涉及一种用于3D打印设备的复合底板及其制备方法。
背景技术
随着数字制造技术及支撑产业技术的发展，3D打印在工业领域的应用愈来愈广泛，特别是在航空航天、汽车、军工及医疗行业，高质量、高性能的打印制品需求日益迸发，这就对设备的技术集成性、控制精准性和使用便利性提出了更高的要求。
熔融沉积成型(Fused deposition modeling，FDM)是3D打印中常用的一种工艺方法，其原理是热熔性的丝状材料通过送丝机构被送进喷嘴，在喷嘴内被加热至熔融状态，喷嘴通过控制系统设定的轮廓信息和运动轨迹相对于打印平台做平面运动，同时高温熔融材料从喷嘴中被均匀地挤出，首先在打印底板上打印出模型的首层或底座层，然后逐层堆积同时材料也逐渐冷却，直至完成模型的打印。打印底板是打印平台的重要组成部件，在打印过程中打印底板起到支撑和粘附模型的作用。工业级FDM工艺设备打印时腔室温度在100℃以上，一般采用真空吸附的方式将底板固定于打印平台上，这种固定方式便于取件时底板的更换，提高了取件时的便利性和打印工作的效率。目前底板大都采用热塑性塑料板或金属钢板等单种材料制成的，存在着如下问题：(1)使用热塑性塑料板时，由于底板与打印模型之间的粘附力太大，打印完成后模型紧密地粘附在打印底板上难以分离，必须用铲刀或其他工具将模型与打印底板分离开，在分离过程中容易导致模型和打印底板的损坏；热塑性塑料底板的耐高温性能差，模型打印时喷嘴温度达220℃～380℃，熔融材料从喷嘴挤出时温度较高，高温熔融材料在底板上冷却产生收缩应力导致底板变形翘曲，影响再次使用。(2)金属钢板底板敷贴性差，稍有变形就容易造成吸附失败，需要操作人员多次矫形方能将底板吸附在打印平台上，且使用前需要对底板进行预热才可使用，操作人员存在被烫伤的风险；同时金属钢板底板与打印模型之间的粘附力不足，打印过程中存在着打印模型在底板上脱开的风险。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种用于3D打印设备的复合底板及其制备方法，以改善底板与打印模型不好分离及底板在打印机平台上不好固定的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种用于3D打印设备的复合底板，包括金属板层、喷涂层、粘结层和聚碳酸酯(PC)板层；所述喷涂层喷涂在所述金属板层的第一表面；所述粘结层涂覆在所述金属板层的第二表面；所述聚碳酸酯板层通过所述粘结层与所述金属板层固定连接。
在本发明的一示例中，所述金属板层的厚度为0.5～0.7mm。
在本发明的一示例中，所述喷涂层的厚度为45～55μm。
在本发明的一示例中，所述粘结层的厚度为25～35μm，所述聚碳酸酯板层的厚度为0.4～0.5mm。
本发明还提供一种用于3D打印设备的复合底板的制备方法，包括如下步骤：提供一块金属板；对所述金属板进行毛化处理；将所述毛化处理的金属板的第一表面进行喷塑处理，在所述第一表面形成喷涂层；在所述毛化后的金属板的第二表面上涂覆粘合剂，将聚碳酸酯板通过粘合剂固定在所述第二表面上，得到所述复合底板；其中，所述粘合剂固化形成粘结层。
在本发明的一示例中，所述将金属板进行毛化处理包括：对所述金属板的第一表面进行毛化处理，将金刚砂或石英砂喷射到所述第一表面；及对所述金属板的第二表面进行毛化处理，将金刚砂或石英砂喷射到所述第二表面。
在本发明的一示例中，所述第一表面毛化处理的金刚砂或石英砂的粒径为0.6～1.0mm，所述第一表面毛化处理后的粗糙度为80～120μm；所述第二表面毛化处理的金刚砂或石英砂的粒径为0.2～0.4mm，所述毛化处理后的第二表面的粗糙度为20～40μm。
在本发明的一示例中，将所述毛化处理的金属板的第一表面进行喷塑处理，在所述第一表面形成喷涂层包括如下步骤：将塑粉喷涂在第一表面；将喷涂塑粉的金属板高温固化。
在本发明的一示例中，所述喷涂的温度为280～320℃，所述固化的温度为300～320℃，所述固化的时间为30～60min。
在本发明的一示例中，对所述金属板毛化处理之前进行酸洗处理，对所述金属板毛化处理之后进行钝化处理。
本发明用于3D打印设备的复合底板，在对金属板的其中一表面进行毛化处理并喷涂耐高温的塑粉以增强金属板表面的附着力，对金属板先毛化处理再喷塑处理使得打印过程模型在底板上不易脱开，且打印完成后模型较容易从底板上剥离下来，避免损坏模型和底板；在金属板的另一表面粘结聚碳酸酯板，提高底板的敷贴性，使得底板可以较容易的吸附在打印平台上，打印过程中不易脱落，且复合底板吸附在打印平台上之前不需要提前预热，减小操作人员被烫伤的风险。
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获得其他的附图。
图1为：本发明的用于3D打印设备的复合底板于一实施例的示意图；
图2为：本发明的用于3D打印设备的复合底板于一实施例的截面图；
图3为：本发明的用于3D打印设备的复合底板的制备流程图。
元件标号说明
100、金属板层；200、喷涂层；300、粘结层；400、聚碳酸酯板层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1和2，本发明提供一种用于3D打印设备的复合底板，包括金属板层100、喷涂层200、粘结层300和聚碳酸酯板层400；喷涂层200喷涂在金属板层100的第一表面；粘结层300涂覆在金属板层100的第二表面；聚碳酸酯板层400固定在粘结层300背离金属板层100的一面。金属板层100的第一表面和第二表面为金属板上相对的两个表面，是金属板上面积最大的两个表面。
金属板层100的材质可以为钢板、铝板等其他金属材质，优选304不锈钢钢板，不锈钢钢板的硬度大，耐腐蚀性强；金属板层100的厚度为0.5～0.7mm，例如金属板层100的厚度可以为0.5mm、0.6mm或0.7mm等0.5～0.7mm范围内的任一数值。喷涂层200的材料为耐高温高分子材料，优选为聚醚酰亚胺(PEI)粉末，PEI有很强的耐高温性，在高温下力学性能、长期耐热性、尺寸稳定性和化学性能稳定性极好，能够承受住打印材料从喷嘴挤出时的温度，且保证了高温腔室下打印的适用性，喷涂层200的厚度为45～55μm，例如喷涂层200的厚度可以为45μm、50μm或55μm等45～55μm范围内的任一数值。粘结层300为粘合剂固化形成，粘结层300的厚度为25～35μm，例如粘结层300的厚度可以为25μm、30μm或35μm等25～35μm范围内的任一数值。聚碳酸酯板层400优选挤出工艺制备，平整度高、敷贴性好，能很好的吸附在打印平台上。聚碳酸酯板层400的厚度为0.4～0.5mm，例如聚碳酸酯板层400的厚度可以为0.4mm、0.45mm或0.5mm等0.4～0.5mm范围内的任一数值，聚碳酸酯板层400也可以为其他高分子材料板层，只要板层材料耐高温、敷贴性好，较容易的吸附在打印平台上即可。本发明的复合底板剪切强度≥18MPa，且长期耐高温可达150℃，适合在80～140℃的打印腔室内使用。
请参阅图3，本发明还提供一种用于3D打印设备的复合底板的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供一块金属板；
S2、对所述金属板进行毛化处理；
S3、将所述钝化处理的金属板的第一表面进行喷塑处理，在所述第一表面形成喷涂层；
S4、在所述毛化后的金属板的第二表面上涂覆粘合剂，将聚碳酸酯板通过粘合剂固定在所述第二表面上，得到所述复合底板；
其中，粘合剂固化形成粘结层。
步骤S1中，将金属板按照使用需要裁剪为合适尺寸，其中金属板可以为钢板、铝板等其他金属材质，金属板的厚度为0.5～0.7mm，例如金属板的厚度可以为0.5mm、0.6mm或0.7mm等0.5～0.7mm范围内的任一数值。本发明中金属板优选304不锈钢钢板，不锈钢钢板的硬度大，耐腐蚀性强。
步骤S2中，对金属板进行毛化处理包括对金属板的第一表面进行毛化处理和对金属板的第二表面进行毛化处理。本发明中，毛化处理采用的工艺为喷砂处理：采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将金刚砂或石英砂喷射到金属板表面，使金属板形成磨砂毛化表面。喷砂操作时，空气机气压为0.4～0.65MPa。其中，喷涂第一表面的金刚砂或石英砂的粒径为0.6～1.0mm，第一表面毛化处理后的粗糙度为80～120μm，例如毛化第一表面的金刚砂或石英砂的粒径可以为0.6mm、0.8mm或1.0mm等0.6～1.0mm范围内的任一数值，第一表面毛化处理后的粗糙度可以为80μm、100μm或120μm等80～120μm范围内的任一数值。毛化第二表面的金刚砂或石英砂的粒径为0.2～0.4mm，例如喷涂第二表面的金刚砂或石英砂的粒径可以为0.2mm、0.3mm或0.4mm等0.2～0.4mm范围内的任一数值，第二表面毛化处理后的粗糙度为20～40μm，例如第二表面的粗糙度可以为20μm、30μm或40μm等20～40μm范围内的任一数值。其中，对金属板进行毛化处理前对进金属板进行酸洗处理，以除去金属板表面的油污；毛化处理后对金属板进行钝化处理，使金属板表面转化为不易被氧化的状态，从而延缓金属板的腐蚀速度，对金属板的酸洗处理和钝化处理均按照常规技术手段进行，此处不再进行赘述。
步骤S3中，采用静电喷涂的方式将塑粉喷涂在第一表面，然后将喷涂塑粉的金属板放在固化炉内进行固化。静电喷涂为将塑粉通过高压静电设备充电，在电场的作用下，将塑粉喷涂到工件的表面，塑粉会被均匀地吸附在工件表面，形成粉状的涂层，而粉状涂层经过高温烘烤后流平、固化，塑粉会融化成一层致密的保护涂层牢牢附着在金属板表面。塑粉的粒径为60～100μm，例如塑粉的粒径可以为60μm、80μm或100μm等60～100μm范围内的任一数值。将喷涂温度控制在280～320℃，例如喷涂温度可以为280℃、290℃、310℃或320℃等280～320℃范围内的任一数值。喷涂结束后，将喷涂塑粉的金属板放置在固化炉内进一步固化，固化温度为300～320℃，固化时间为30～60min。例如固化温度可以为300℃、310℃或320℃等300～320℃范围内的任一数值，固化时间可以为30min、40min、50min或60min等30～60min范围内的任一数值。本发明中喷涂层的厚度为45～55μm，例如喷涂层的厚度可以为45μm、50μm或55μm等45～55μm范围内的任一数值。喷塑处理可以提高金属板表面的粘附性，防止打印模型在金属板上脱开；在毛化处理后的金属板表面进行喷塑处理，可以增大喷涂层的粗糙度，利于将打印模型从底板上剥离下来，避免了剥离时对打印模型和底板造成损坏。塑粉为耐高温高分子材料，优选为PEI粉末，PEI有很强的耐高温性，在高温下力学性能、长期耐热性、尺寸稳定性和化学性能稳定性极好，能够承受住打印材料从喷嘴挤出时的温度，且保证了高温腔室下打印的适用性。
步骤S4中，将聚碳酸酯板通过粘结层固定在第二表面上。将聚碳酸酯板裁剪至合适尺寸，然后用酒精擦拭除去聚碳酸酯板表面的油污，晾干后将钢板固定，将结构胶均匀涂覆在金属般的第二表面，然后将聚碳酸酯板粘在粘结层上固定在金属板的第二表面。粘结完成后用工装固定并保证金属板与吸附层的相对位置固定，然后用酒精或其他有机溶剂将周围溢出的粘合剂擦干净，室温下放置20min后将复合板放置在烘箱中加热，粘合剂进一步固化，使得金属板与聚碳酸酯板的连接更紧固，优选的，加热温度为60℃，加热时间为4h。聚碳酸酯板的厚度为0.4～0.5mm，例如聚碳酸酯板的厚度可以为0.4mm、0.45mm或0.5mm等0.4～0.5mm范围内的任一数值。其中，聚碳酸酯板的粘结要在5min之内完成，防止粘合剂凝固，影响聚碳酸酯板固定效果。粘合剂固化形成粘结层，粘结层的厚度为25～35μm，例如粘结层的厚度可以为25μm、30μm或35μm等25～35μm范围内的任一数值。
粘合剂优选为聚丙烯酸类结构胶，聚丙烯酸类结构胶具有以下优点：(1)固化速度快、强度高；(2)具有良好的耐湿、耐老化、抗震动、耐冷热冲击和耐候性；(3)有良好粘接性，且无腐蚀；(4)具有高剪切、高剥离、触变性佳。此处对粘合剂的种类不作限制，只要能满足强度高、耐高温的需求即可。聚碳酸酯板通过挤出机制造而成有很好的韧度和力学性能和抗老化，且板面平整度高、敷贴性好，能很好的吸附在打印平台上，极大地提高了操作的便利性，改善了设备的易用性。也可以将聚碳酸酯板层替换为其他高分子材料，满足耐高温，敷贴性好即可。
本发明用于3D打印设备的复合底板，对金属板的其中一表面进行毛化处理并喷涂耐高温的塑粉以增强金属板表面的附着力，对金属板先毛化处理再喷塑处理使得打印过程模型在底板上不易脱开，且打印完成后模型较容易从底板上剥离下来，避免损坏模型和底板；在金属板的另一表面粘结聚碳酸酯板，提高底板的敷贴性，使得底板可以较容易的吸附在打印平台上，打印过程中不易脱落，且复合底板吸附在打印平台上之前不需要提前预热，减小操作人员被烫伤的风险。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于3D打印设备的复合底板，其特征在于，包括：
金属板层；
喷涂层，喷涂在所述金属板层的第一表面；
粘结层，涂覆在所述金属板层的第二表面；
聚碳酸酯板层，通过所述粘结层与所述金属板层固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印设备的复合底板，其特征在于，所述金属板层的厚度为0.5～0.7mm。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印设备的复合底板，其特征在于，所述喷涂层的厚度为45～55μm。
4.根据权利要求1所述的用于3D打印设备的复合底板，其特征在于，所述粘结层的厚度为25～35μm，所述聚碳酸酯板层的厚度为0.4～0.5mm。
5.一种权利要求1～4任一权利要求所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一块金属板；
将所述金属板进行毛化处理；
将所述毛化处理的金属板的第一表面进行喷塑处理，在所述第一表面形成喷涂层；
在所述毛化后的金属板的第二表面上涂覆粘合剂，将聚碳酸酯板通过粘合剂固定在所述第二表面上，得到所述复合底板；
其中，所述粘合剂固化形成粘结层。
6.根据权利要求5所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，所述将金属板进行毛化处理包括：
对所述金属板的第一表面进行毛化处理，将金刚砂或石英砂喷射到所述第一表面；及对所述金属板的第二表面进行毛化处理，将金刚砂或石英砂喷射到所述第二表面。
7.根据权利要求5所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，所述第一表面毛化处理的金刚砂或石英砂的粒径为0.6～1.0mm，所述第一表面毛化处理后的粗糙度为80～120μm；所述第二表面毛化处理的金刚砂或石英砂的粒径为0.2～0.4mm，所述毛化处理后的第二表面的粗糙度为20～40μm。
8.根据权利要求6所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，将所述毛化处理的金属板的第一表面进行喷塑处理，在所述第一表面形成喷涂层包括如下步骤：将塑粉喷涂在第一表面；将喷涂塑粉的金属板高温固化。
9.根据权利要求8所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，所述喷涂的温度为280～320℃，所述固化的温度为300～320℃，所述固化的时间为30～60min。
10.根据权利要求5所述的用于3D打印设备的复合底板的制备方法，其特征在于，对所述金属板毛化处理之前进行酸洗处理，对所述金属板毛化处理之后进行钝化处理。
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