CN211165354U

CN211165354U - 一种易剥离的3d打印基板及3d打印系统

Info

Publication number: CN211165354U
Application number: CN201920820927.8U
Authority: CN
Inventors: 杨武保; 杨以杰
Original assignee: Pera Global Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Liqian Hengxin Technology Co ltd; Beijing Qianhengde Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2029-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种易剥离的3D打印基板，包括基板本体和电阻薄膜，通过表面工程方法直接或间接在所述基板本体表面形成所述电阻薄膜，所述电阻薄膜与所述基板本体绝缘。本实用新型还公开了一种安装有所述易剥离的3D打印基板的3D打印系统。本实用新型通过在3D打印基板上设置电阻薄膜层，对3D打印产品支撑层加热软化或熔融，一方面使3D打印过程中打印产品与基板之间有着良好的固着力，另一方面打印完成后，可以简单方便将打印产品从3D打印基板上取下，不会对打印产品产生任何损伤。本实用新型彻底解决了3D打印产品与基板之间附着牢固性与取下容易性之间的矛盾。

Description

一种易剥离的3D打印基板及3D打印系统

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种易剥离的3D打印基板及3D打印系统。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造，是一种基于三维数字模型、运用加热或光固化的方式将材料逐层成型的新兴制造技术。目前3D打印技术已经发展出了诸多门类，比较流行的3D打印技术种类如：光固化成型技术(SLA/DLP)、熔融层积成型技术(FDM)、选择性激光烧结成型技术(SLS)、选择性激光熔融成型技术(SLM)等。所有的3D打印，最终的打印产品是置于一个基板之上，打印完成后，要将打印产品从基板上取下来，才能算初步完成3D打印。在3D打印过程中，首先要求打印材料与基板牢固连接，这样才能确保打印过程中不会出现因为位置位移而导致打印失败，另一方面又要求打印产品能够比较容易的从打印基板上拿下来，但是打印产品固定的越牢固则越不容易取下，这样牢固固定要求与容易取下之间构成了不可调和的矛盾。

当前的打印技术中，将打印产品从基板上取下时，基本都采取了简单粗暴的机械力作用下卸下的方法，对于树脂材料产品，直接利用铲刀将其铲下来；对于金属或其它高强度材料制品，极端的需要利用线切割等工具将其切下。机械取下时，不可避免会导致 3D打印产品出现机械损伤、机械应力，影响3D打印产品的质量、使用性能和效果，也会带来较低的产品合格率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种无损伤易剥离3D打印产品的3D打印基板及3D打印系统，解决3D打印产品与基板之间附着牢固性与取下容易性之间的矛盾，彻底消除常规3D打印技术中取下3D打印产品时因为机械损伤、应力等带来的产品性能缺陷。

为解决上述问题，本实用新型一方面提供了一种易剥离的3D打印基板，包括基板本体，还包括电阻薄膜，通过表面工程方法直接或间接在所述基板本体表面形成所述电阻薄膜，所述电阻薄膜与所述基板本体绝缘。优选地，通过表面工程方法在所述电阻薄膜上表面形成第二绝缘层。

优选地，所述基板本体为金属材料时，所述电阻薄膜与所述基板本体之间设置有第一绝缘层，通过表面工程方法直接在所述基板本体表面形成所述第一绝缘层，通过表面工程方法在所述第一绝缘层的表面形成所述电阻薄膜。优选地，通过表面工程方法在所述电阻薄膜上表面形成第二绝缘层。

优选地，所述表面工程方法为涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法。

优选地，所述基板本体的厚度为2～20mm。

优选地，所述电阻薄膜、所述第一绝缘层和/或第二绝缘层的厚度为0.01～100μm。

优选地，所述电阻薄膜为铬、镍、钨、钼、铁及其合金膜，和/或所述电阻薄膜为ITO、AZO、FTO透明导电膜。

优选地，所述基板本体的材料为玻璃、陶瓷、塑料、绝缘复合材料，或铝、铜、不锈钢、钨、镍及其合金。

优选地，所述第一绝缘层的材料为玻璃、陶瓷、塑料或绝缘复合材料。

优选地，所述第二绝缘层的材料为绝缘的金属氧化物、碳化物、氮化物及其混合物或金刚石、类金刚石或有机高分子。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种3D打印系统，包括3D打印基板、加热电源、加热控制器、加热电极，所述加热电极与所述电阻薄膜导电连接，并与所述加热电源连接，所述加热控制器控制所述基板的温度，所述3D打印基板为上述提供的易剥离的3D打印基板。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型在常规的3D打印基板上设置电阻薄膜，对3D打印产品支撑层加热软化或熔融，一方面使3D打印过程中打印产品与基板之间有着良好的固着力，另一方面打印完成后，可以简单方便地将打印产品从 3D打印基板上取下来，不会对打印产品产生任何损伤。本实用新型彻底解决了3D打印产品与基板之间附着牢固性与取下容易性之间的矛盾，为实现3D打印技术更广泛、方便的应用，提供了进一步的保证。

附图说明

图1是本实用新型的以绝缘材料为基板本体的易剥离3D打印基板的结构示意图；

图2是本实用新型的以绝缘材料为基板本体的易剥离3D打印基板的另一结构示意图；

图3是本实用新型的以金属材料为基板本体的易剥离3D打印基板的结构示意图；

图4是本实用新型的以金属材料为基板本体的易剥离3D打印基板的另一结构示意图。

附图标号：

1.基板本体；2.电阻薄膜；3.第一绝缘层；4.第二绝缘层。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，本实用新型一方面提供了一种易剥离的3D打印基板，包括基板本体1和电阻薄膜2，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法直接或间接在基板本体1表面形成电阻薄膜2，电阻薄膜2与基板本体1绝缘。

基板本体1的材料为玻璃、陶瓷、塑料、绝缘复合材料等绝缘材料时，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法直接在绝缘的基板本体1表面形成电阻薄膜2。图1所示的3D打印基板特别适用于3D打印非金属材料，如用于FDM打印聚乳酸(PLA)材料、用于SLA/DLP打印树脂等。

图2所示的易剥离的3D打印基板的是在图1的基础上进一步改进，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法直接在电阻薄膜2的表面形成第二绝缘层4，第二绝缘层4可以部分覆盖或全部覆盖电阻薄膜2，以使3D打印的产品的支撑层与电阻薄膜2之间绝缘为准。第二绝缘层4使3D打印的产品的支撑层与电阻薄膜2之间绝缘，同时由于第二绝缘层4具有良好的导热性能，能够将电阻薄膜2通电产生的热量传递给3D打印的产品的支撑层，使3D打印产品支撑层加热软化或熔融。第二绝缘层4还可以对电阻薄膜2起到保护作用。图2所示的3D打印基板不仅适用于3D打印非金属材料，同时也适用于3D打印金属材料，使3D打印基板的应用更广。

如图3所示，基板本体1的材料为铝、铜、不锈钢、钨、镍等金属及其合金材料时，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法直接在基板本体1表面形成第一绝缘层3，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法在第一绝缘层3的表面形成电阻薄膜2，电阻薄膜2与基板本体1之间通过第一绝缘层3绝缘。第一绝缘层3可以部分覆盖或全部覆盖基板本体1的表面，以使基板本体1和电阻薄膜2绝缘为准。图3所示的3D打印基板特别适用于3D打印非金属材料。

图4所示的易剥离的3D打印基板的是在图3的基础上进一步改进，通过涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法等表面工程方法直接在电阻薄膜2的表面形成第二绝缘层4，第二绝缘层4可以部分覆盖或全部覆盖电阻薄膜2，以使3D打印的产品的支撑层与电阻薄膜2之间绝缘为准。第二绝缘层4使3D打印的产品的支撑层与电阻薄膜2之间绝缘，同时第二绝缘层4具有良好的导热性能，能够将电阻薄膜2通电产生的热量传递给3D打印的产品的支撑层，使3D打印产品支撑层加热软化或熔融。第二绝缘层4还可以对电阻薄膜2起到保护作用。图4所示的基板不仅适用于3D打印非金属材料，同时也适用于3D打印金属材料，使3D打印基板的应用更广。

如图1至4所示，基板本体1的材料无论是绝缘材料还是金属材料，其厚度通常为毫米级及以上，以保证在3D打印过程中打印产品的重量不会导致3D打印基板产生变形为原则。基板本体1的厚度优选为2～20mm，根据材料的不同厚度不同。

可以形成薄膜材料、且具有薄膜电阻特性的材料，如铬、镍、钨、钼、铁等金属及其合金膜层，或者铟锡氧化物半导体透明导电膜(ITO)、铝掺杂的氧化锌透明导电薄膜(AZO)、掺杂氟的二氧化锡透明导电薄膜(FTO)等透明导电膜层，均可以作为3D打印基板中的电阻薄膜2的材料。电阻薄膜2的厚度通常在亚毫米到亚微米之间，以保证该层的电阻特性为原则，电阻薄膜2的厚度优选为0.01～100μm。

第一绝缘层3的材料为玻璃、陶瓷、塑料或绝缘复合材料，其厚度特征在亚毫米到亚微米之间，以保证该层的绝缘特性为原则，第一绝缘层3的厚度优选为0.01～100μm。

第二绝缘层4的材料为绝缘的金属氧化物、碳化物、氮化物及其混合物或金刚石、类金刚石或有机高分子以及其它具有电绝缘特性的材料。第二绝缘层4的厚度特征在亚毫米到亚微米之间，以保证该层的绝缘特性为原则，第二绝缘层4的厚度优选为 0.01～100μm。

本实用新型的易剥离的3D打印基板适用于多种目前流行的3D打印机，如FDM、SLA、DLP、SLS、SLM等。根据本实用新型的第二方面，提供了一种安装有第一方面所述的易剥离的3D打印基板的3D打印系统。在3D打印系统中，除了常规的3D打印机和易剥离的3D打印基板外，还额外配置有加热电源、加热控制器、加热电极等。加热电极通过机械压力、焊接或其它方式仅与易剥离的3D打印基板中的电阻薄膜2导电连接，连接的位置也保证电阻薄膜的均匀加热区覆盖打印产品的固着区域。加热电源为交流、直流或者脉冲电源，可实现对电阻薄膜2的快速加热。加热控制器可以安装在加热电源中，也可以单独连接在加热电路中。加热控制器控制3D打印基板的温度，使与易剥离的3D 打印基板接触的打印产品的支撑层软化或熔融，而支撑层之上的3D打印产品不会被加热影响。

实施例一：

使用熔融堆积(FDM)型3D打印机，打印用材料为绝缘材质的PLA。基板本体1的特征为：材质为玻璃，形状为正方形，尺寸为200mm×200mm，厚度为2mm。

采用如图1所示的3D打印基板，电阻薄膜2为Fe-Cr合金薄膜，利用磁控溅射真空镀膜方法，在玻璃基板本体1上表面(即靠近3D打印产品支撑层的接触面)镀Fe-Cr 合金薄膜2，薄膜厚度2μm，电阻薄膜的电阻为10Ω/mm²。

利用导电粘接剂在镀膜玻璃基板的电阻薄膜2的两侧粘接两根平行的铜条作为电极，铜条为长方形，长度与镀膜玻璃基板的边长相同，均为200mm，宽度为3mm。两根铜条分别安装在镀膜玻璃基板相对的两边，距离镀膜玻璃基板边缘1mm处，并且与相应的玻璃基板的边平行。两根铜条之间的宽度为192mm，即镀膜玻璃基板有效打印区为192mm ×200mm，实际打印时，选择的有效打印面积为160mm×160mm。在两根铜条上分别焊接电源线与加热电源连接，共同构成基板加热系统，通过加热控制器控制镀膜玻璃基板的温度。

一个完整的产品3D打印到从基板取下的过程为：将镀膜玻璃基板放置在打印机台并固定好，启动3D打印系统开始工作，最终完成打印；3D打印系统停止工作，加热电源启动，加热功率为1kW，镀膜玻璃基板被加热，10秒钟后，固着在基板上的打印支撑层材料软化；关闭加热电源，利用铲刀轻轻铲起3D打印产品，放置在产品摆放架，完成全部3D打印工作。

实施例二：

采用选区激光熔融型(SLM)3D打印机，本体打印材料为粒度50μm的不锈钢金属粉体，在利用本体材料打印金属制品之前，采用熔点为430℃的金属锡合金粉体作为打印支撑层的材料。

3D打印基板为耐高温的石英玻璃，形状为正方形，尺寸为200mm×200mm，厚度为2mm。

采用如图2所示的3D打印基板，电阻薄膜2为Fe-Cr合金薄膜，利用磁控溅射真空镀膜方法在石英玻璃基板本体1上表面(即靠近3D打印产品支撑层的接触面)镀Fe-Cr 合金薄膜2，薄膜厚度2μm，电阻薄膜的电阻为10Ω/mm²。

利用导电粘接剂在镀膜石英玻璃基板的电阻薄膜2的两侧粘接两根平行的铜条作为电极，铜条为长方形，长度与镀膜石英玻璃基板的边长相同，均为200mm，宽度为3mm。两根铜条分别安装在镀膜石英玻璃基板相对的两边，距离镀膜石英玻璃基板边缘1mm处，并且与相应的石英玻璃基板的边平行。两根铜条之间的宽度为192mm，即镀膜石英玻璃基板有效打印区为192mm×200mm，实际打印时，选择的有效打印面积为160mm×160mm。在两根铜条上分别焊接电源线与加热电源连接，共同构成基板加热系统，通过加热控制器控制石英镀膜玻璃基板的温度。

进一步，在有效打印面积区域160mm×160mm范围内，采用射频等离子体化学气相沉积类金刚石膜技术均匀沉积厚度1μm的类金刚石膜，类金刚石膜的电阻超过 100MΩ/mm²。

一个完整的不锈钢产品3D打印到从基板取下的过程为：将镀膜石英玻璃基板放置在打印机台并固定好，启动3D打印系统开始工作，首先采用锡合金粉体材料打印支撑层，继而采用不锈钢粉体打印本体产品，最终完成打印；3D打印系统停止工作，加热电源启动，加热功率为5kW，镀膜石英玻璃基板被加热，10秒钟后，固着在基板上的打印支撑层材料软化；关闭加热电源，利用夹具轻轻拿起3D打印产品，放置在产品摆放架，完成全部3D打印工作。

实施例三：

采用如图4所示的3D打印基板，打印基板为不锈钢金属基板，形状为正方形，尺寸为200mm×200mm，厚度为2mm。首先采用喷涂技术，在不锈钢基板表面喷涂氧化铝涂层，涂层厚度20微米，电阻大于1000MΩ/mm²。

电阻薄膜2为Ni-Cr合金薄膜，利用真空离子镀膜方法，在喷涂有氧化铝涂层的不锈钢金属基板上表面(即靠近3D打印产品支撑层的接触面)镀Ni-Cr合金薄膜2，薄膜厚度2μm，电阻薄膜的电阻为10Ω/mm²。

利用导电粘接剂在镀膜不锈钢金属基板的电阻薄膜2的两侧粘接两根平行的铜条作为电极，铜条为长方形，长度与镀膜不锈钢金属基板的边长相同，均为200mm，宽度为3mm。两根铜条分别安装在镀膜不锈钢金属基板相对的两边，距离镀膜不锈钢金属基板边缘1mm处，并且与相应的不锈钢金属基板的边平行。两根铜条之间的宽度为192mm，即镀膜不锈钢金属基板有效打印区为192mm×200mm，实际打印时，选择的有效打印面积为160mm×160mm。在两根铜条上分别焊接电源线与加热电源连接，共同构成基板加热系统，通过加热控制器控制镀膜不锈钢金属基板的温度。

进一步，在有效打印面积区域160mm×160mm范围内，采用射频磁控溅射沉积氧化铝膜技术均匀沉积厚度1μm的氧化铝膜，氧化铝膜的电阻超过100MΩ/mm²。

一个完整的不锈钢产品3D打印到从基板取下的过程为：将镀膜不锈钢金属基板放置在打印机台并固定好，启动3D打印系统开始工作，首先采用锡合金粉体材料打印支撑层，继而采用不锈钢粉体打印本体产品，最终完成打印；3D打印系统停止工作，加热电源启动，加热功率为5kW，镀膜不锈钢金属基板被加热，10秒钟后，固着在基板上的打印支撑层材料软化；关闭加热电源，利用夹具轻轻拿起3D打印产品，放置在产品摆放架，完成全部3D打印工作。

通过本实用新型的技术方案，可获得以下技术效果：本实用新型通过对3D打印常用的基板进行表面处理，使用安装有本实用新型提出的易剥离基板的3D打印系统进行打印时，通过对3D打印产品支撑层加热软化或熔融，能够轻松取下3D打印产品，彻底消除了常规3D打印技术中取下3D打印产品时因为机械损伤、应力等带来的产品性能缺陷，彻底解决了3D打印产品与基板之间附着牢固性与取下容易性之间的矛盾。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述的仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种易剥离的3D打印基板，包括基板本体，其特征在于，还包括电阻薄膜，通过表面工程方法直接或间接在所述基板本体表面形成所述电阻薄膜，所述电阻薄膜与所述基板本体绝缘。

2.根据权利要求1所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述基板本体为金属材料时，所述电阻薄膜与所述基板本体之间设置有第一绝缘层，通过表面工程方法直接在所述基板本体表面形成所述第一绝缘层，通过表面工程方法在所述第一绝缘层的表面形成所述电阻薄膜。

3.根据权利要求1所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，通过表面工程方法在所述电阻薄膜上表面形成第二绝缘层。

4.根据权利要求2所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，通过表面工程方法在所述电阻薄膜上表面形成第二绝缘层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述表面工程方法为涂布、电镀、化学镀、喷涂、真空镀膜、化学气相沉积或溶胶凝胶法。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述基板本体的厚度为2～20mm。

7.根据权利要求4所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述电阻薄膜、所述第一绝缘层和/或第二绝缘层的厚度为0.01～100μm。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述电阻薄膜为铬、镍、钨、钼、铁及其合金膜，和/或所述电阻薄膜为ITO、AZO、FTO透明导电膜。

9.根据权利要求1或3所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述基板本体的材料为玻璃、陶瓷、塑料、绝缘复合材料，或铝、铜、不锈钢、钨、镍及其合金。

10.根据权利要求2或4所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述第一绝缘层的材料为玻璃、陶瓷、塑料或绝缘复合材料。

11.根据权利要求3或4所述的易剥离的3D打印基板，其特征在于，所述第二绝缘层的材料为绝缘的金属氧化物、碳化物、氮化物及其混合物或金刚石、类金刚石或有机高分子。

12.一种3D打印系统，包括3D打印基板、加热电源、加热控制器、加热电极，所述加热电极与所述电阻薄膜导电连接，并与所述加热电源连接，所述加热控制器控制所述基板的温度，其特征在于，所述3D打印基板为权利要求1至11中任一项所述的易剥离的3D打印基板。