一種塑料3d打印方法及產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種塑料3D打印方法及產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸多3D打印工藝中，熔融擠出成型(FDM)是一種用于制備塑料3D部件的最常見的技術(shù)。其所使用的材料一般是絲狀的熱塑性材料，如PLA、ABS、PC、尼龍等。首先，絲狀材料通過噴頭時(shí)被加熱熔化。噴頭按照零件三維圖檔的截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擠出熔化的材料，材料與周圍的材料粘結(jié)并固化，然后在已固化的材料上再進(jìn)行另外一層的沉積。以此逐層疊加的方式最終形成三維的部件。這種工藝不使用激光，維護(hù)簡單，成本低，多用于對(duì)精度和物理化學(xué)特性要求不高的模型設(shè)計(jì)和制造。目前市場上多數(shù)的桌面型3D打印機(jī)多采用這種工藝。
[0003]熔融擠出成型(FDM)工藝的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是材料是通過逐層疊加形成的，層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度不高，導(dǎo)致部件的抗沖擊能力不好，這也是限制其作為結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的一個(gè)主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種塑料3D打印方法及產(chǎn)品，提高3D打印部件的層間結(jié)合力。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種塑料3D打印方法，包括以下步驟:
[0007]將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成至少一層沉積材料；
[0008]將能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面，處理后形成微孔；
[0009]在具有微孔的材料表面進(jìn)行更多層所述塑料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層沉積材料的微孔之中，凝固后與下層沉積材料之間產(chǎn)生緊密連接；
[0010]在新沉積的材料表面上施加所述處理劑，腐蝕出微孔，然后再繼續(xù)新的材料層的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得三維的部件。
[0011]進(jìn)一步地:
[0012]所述處理劑為能夠溶解所述塑料的溶劑。
[0013]所述溶劑包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二氯甲烷、
四氯化碳。
[0014]采用微滴噴射的方式將所述處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面。
[0015]形成的微孔的直徑在100微米以上。
[0016]每層沉積材料上腐蝕出的微孔的總面積不超過每層沉積材料面積的50%。
[0017]當(dāng)沉積材料層的厚度小于I毫米時(shí)，每次施加所述處理劑之前，先逐層沉積使沉積材料的總厚度達(dá)到I毫米以上的預(yù)定厚度后再施加所述處理劑。
[0018]所述預(yù)定厚度為I毫米或1.5毫米。
[0019]所述塑料為聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龍。
[0020]一種塑料3D打印產(chǎn)品，采用前述任一種塑料3D打印方法制成。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]本發(fā)明提出了一種新的3D打印方法，通過在已沉積的材料表面制作出微孔，使剛沉積的上層材料在未固化之前進(jìn)入微孔之中，增加兩層材料之間的接觸面積，從而固化之后形成更為牢固的結(jié)合，提高3D打印部件的層間結(jié)合力。與傳統(tǒng)的熔融擠出成型方法相比，此方法能夠顯著增強(qiáng)材料層之間的結(jié)合力，尤其適合較大尺寸部件的3D打印。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明塑料3D打印產(chǎn)品一種實(shí)施例(圓環(huán)狀部件)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為圖1所示的塑料3D打印產(chǎn)品的A-A截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0026]參閱圖1和圖2，在一種實(shí)施例中，一種塑料3D打印方法，包括以下步驟:
[0027]將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成至少一層沉積材料100;
[0028]將能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面，處理后形成微孔 101、102;
[0029]在具有微孔的材料表面進(jìn)行更多層所述塑料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層沉積材料的微孔101、102之中，凝固后與下層沉積材料之間產(chǎn)生緊密連接；
[0030]在新沉積的材料表面上施加所述處理劑，腐蝕出微孔，然后再繼續(xù)新的材料層的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得三維的部件。
[0031]在一些實(shí)施例中，所述處理劑為能夠溶解所述塑料的溶劑。所述溶劑可以是乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳。
[0032]在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用微滴噴射的方式將所述處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面。
[0033]在優(yōu)選的實(shí)施例中，形成的微孔的直徑在100微米以上。
[0034]在優(yōu)選的實(shí)施例中，每層沉積材料上腐蝕出的微孔的總面積不超過每層沉積材料面積的50 %。
[0035]在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)沉積材料層的厚度小于I毫米時(shí)，每次施加所述處理劑之前，先逐層沉積使沉積材料的總厚度達(dá)到I毫米以上的預(yù)定厚度后再施加所述處理劑。較佳地，所述預(yù)定厚度可以為I毫米或I.5毫米。
[0036]在一些實(shí)施例中，所述塑料可以為聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龍。
[0037]如圖1和圖2所示，一種塑料3D打印產(chǎn)品，采用前述任一種塑料3D打印方法制成。所得到的塑料3D打印產(chǎn)品例如是圓環(huán)狀部件，也可以是其他任意形狀的三維部件。圖1中的箭頭D表示沉積材料的層疊方向。圖2中，100表示已沉積的材料，101表示由處理劑在沉積材料表面處理完畢后形成的微孔，102表示已經(jīng)由沉積材料填充的微孔。
[0038]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的塑料3D打印方法，首先，將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成一層截面輪廓。所使用的塑料可以是聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、尼龍等。然后，將溶劑的微滴噴射到已經(jīng)沉積好的材料表面，腐蝕出微孔。所使用的溶劑包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳等。腐蝕出的微孔的直徑在100微米以上。微孔的面積不超過每層沉積材料面積的50%。之后在這層材料上面再進(jìn)行新一層材料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層的微孔之中，凝固后與下層材料之間產(chǎn)生緊密連接，從而提高層間的結(jié)合力。然后在新沉積的材料上再進(jìn)行噴射溶劑，腐蝕出微孔，并繼續(xù)新一層材料的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得層間結(jié)合力提高的三維部件。
[0039]特別的，根據(jù)分層厚度的不同，當(dāng)沉積的每層材料的厚度在微米量級(jí)時(shí)，為了不破壞材料的整體結(jié)構(gòu)而影響整體強(qiáng)度，先逐層沉積使材料使總的厚度達(dá)到I毫米以上時(shí)再進(jìn)行溶劑微滴的噴射。之后沉積同樣厚度的材料，再進(jìn)行微滴噴射，以此方式構(gòu)成三維的部件。當(dāng)沉積的每層材料的厚度在毫米及以上量級(jí)時(shí)，采用逐層沉積材料、逐層噴射溶劑的方式成型三維部件。與傳統(tǒng)的熔融擠出成型方法相比，此方法能夠提高材料層之間的結(jié)合力，適用于多種塑料的3D打印，可操作性強(qiáng)，尤其適合較大尺寸部件的3D打印。
[0040]實(shí)例1:
[0041]根據(jù)本發(fā)明提出的方法，利用熔融擠出成型的3D打印設(shè)備制造聚乳酸的樣條，按照GB/T 1843-2008的方法用懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)測試3D打印聚乳酸樣條的沖擊強(qiáng)度，與傳統(tǒng)的熔融擠出成型(不噴射溶劑)制作的樣條進(jìn)行對(duì)比。
[0042]制備參數(shù):制備的長方形樣條尺寸為80*10*4毫米。分層厚度50微米，每次沉積1.5毫米厚的材料時(shí)進(jìn)行溶劑微滴的噴射。溶劑為二甲基甲酰胺，腐蝕的微孔直徑在200-500微米之間。每次噴射腐蝕出的微孔總面積為每層材料總面積的40%。沿著長度方向逐層疊加，制作出長方形的樣條5個(gè)作為一組。用機(jī)械加工的方法銑出V形缺口，缺口深度2毫米。利用懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測試，取平均值。另外采用普通的熔融擠出成型按照上述方法制作同樣尺寸的5個(gè)樣條進(jìn)行測試。采用本發(fā)明提出的方法制作的樣條沖擊強(qiáng)度相對(duì)于傳統(tǒng)方法制作的樣條提高9%.
[0043]實(shí)例2:
[0044]采用上述方法，制作聚乙烯醇的樣條并測試對(duì)比。分層厚度40微米，每次沉積I毫米厚的材料時(shí)進(jìn)行溶劑微滴的噴射。溶劑為二甲基亞砜，微孔直徑在100-300微米之間。樣條的尺寸、形狀、成型方式與實(shí)施例1相同。采用本發(fā)明提出的方法制作的樣條沖擊強(qiáng)度相對(duì)于傳統(tǒng)方法制作的樣條提高7%。
[0045]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種塑料3D打印方法，其特征在于，包括以下步驟: 將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成至少一層沉積材料； 將能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面，處理后形成微孔； 在具有微孔的材料表面進(jìn)行更多層所述塑料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層沉積材料的微孔之中，凝固后與下層沉積材料之間產(chǎn)生緊密連接； 在新沉積的材料表面上施加所述處理劑，腐蝕出微孔，然后再繼續(xù)新的材料層的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得三維的部件。2.如權(quán)利要求1所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述處理劑為能夠溶解所述塑料的溶劑。3.如權(quán)利要求2所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述溶劑包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳。4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，采用微滴噴射的方式將所述處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面。5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，形成的微孔的直徑在100微米以上。6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，每層沉積材料上腐蝕出的微孔的總面積不超過每層沉積材料面積的50%。7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，當(dāng)沉積材料層的厚度小于I毫米時(shí)，每次施加所述處理劑之前，先逐層沉積使沉積材料的總厚度達(dá)到I毫米以上的預(yù)定厚度后再施加所述處理劑。8.如權(quán)利要求7任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述預(yù)定厚度為I毫米或1.5暈米。9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述塑料為聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龍。10.—種塑料3D打印產(chǎn)品，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的塑料3D打印方法制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種塑料3D打印方法及產(chǎn)品，該方法包括：將熔融狀態(tài)的塑料沉積到基底上形成至少一層沉積材料；將能夠腐蝕或溶解所述塑料的處理劑施加到已經(jīng)沉積好的材料表面，處理后形成微孔；在具有微孔的材料表面進(jìn)行更多層所述塑料的沉積，尚未凝固的材料進(jìn)入到下層沉積材料的微孔之中，凝固后與下層沉積材料之間產(chǎn)生緊密連接；在新沉積的材料表面上施加所述處理劑，腐蝕出微孔，然后再繼續(xù)新的材料層的沉積，以此方式層層疊加，從而獲得三維的部件。本發(fā)明能夠顯著提高3D打印部件的層間結(jié)合力。
【IPC分類】B33Y80/00, B33Y30/00, B29C67/00
【公開號(hào)】CN105711098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610178829
【發(fā)明人】閆國棟, 王長明, 葉春生, 趙火平
【申請(qǐng)人】東莞勁勝精密組件股份有限公司