一种塑料3d打印方法及产品的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种塑料3D打印方法及产品。
【背景技术】
[0002]在诸多3D打印工艺中，熔融挤出成型(FDM)是一种用于制备塑料3D部件的最常见的技术。其所使用的材料一般是丝状的热塑性材料，如PLA、ABS、PC、尼龙等。首先，丝状材料通过喷头时被加热熔化。喷头按照零件三维图档的截面轮廓和填充轨迹运动，同时挤出熔化的材料，材料与周围的材料粘结并固化，然后在已固化的材料上再进行另外一层的沉积。以此逐层叠加的方式最终形成三维的部件。这种工艺不使用激光，维护简单，成本低，多用于对精度和物理化学特性要求不高的模型设计和制造。目前市场上多数的桌面型3D打印机多采用这种工艺。
[0003]熔融挤出成型(FDM)工艺的一个显著的特点就是材料是通过逐层叠加形成的，层与层之间的结合强度不高，导致部件的抗冲击能力不好，这也是限制其作为结构件应用的一个主要原因。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种塑料3D打印方法及产品，提高3D打印部件的层间结合力。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种塑料3D打印方法，包括以下步骤:
[0007]将熔融状态的塑料沉积到基底上形成至少一层沉积材料；
[0008]将能够腐蚀或溶解所述塑料的处理剂施加到已经沉积好的材料表面，处理后形成微孔；
[0009]在具有微孔的材料表面进行更多层所述塑料的沉积，尚未凝固的材料进入到下层沉积材料的微孔之中，凝固后与下层沉积材料之间产生紧密连接；
[0010]在新沉积的材料表面上施加所述处理剂，腐蚀出微孔，然后再继续新的材料层的沉积，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。
[0011]进一步地:
[0012]所述处理剂为能够溶解所述塑料的溶剂。
[0013]所述溶剂包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、
四氯化碳。
[0014]采用微滴喷射的方式将所述处理剂施加到已经沉积好的材料表面。
[0015]形成的微孔的直径在100微米以上。
[0016]每层沉积材料上腐蚀出的微孔的总面积不超过每层沉积材料面积的50%。
[0017]当沉积材料层的厚度小于I毫米时，每次施加所述处理剂之前，先逐层沉积使沉积材料的总厚度达到I毫米以上的预定厚度后再施加所述处理剂。
[0018]所述预定厚度为I毫米或1.5毫米。
[0019]所述塑料为聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龙。
[0020]一种塑料3D打印产品，采用前述任一种塑料3D打印方法制成。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]本发明提出了一种新的3D打印方法，通过在已沉积的材料表面制作出微孔，使刚沉积的上层材料在未固化之前进入微孔之中，增加两层材料之间的接触面积，从而固化之后形成更为牢固的结合，提高3D打印部件的层间结合力。与传统的熔融挤出成型方法相比，此方法能够显著增强材料层之间的结合力，尤其适合较大尺寸部件的3D打印。
【附图说明】
[0023]图1为本发明塑料3D打印产品一种实施例(圆环状部件)的结构示意图；
[0024]图2为图1所示的塑料3D打印产品的A-A截面图。
【具体实施方式】
[0025]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0026]参阅图1和图2，在一种实施例中，一种塑料3D打印方法，包括以下步骤:
[0027]将熔融状态的塑料沉积到基底上形成至少一层沉积材料100;
[0028]将能够腐蚀或溶解所述塑料的处理剂施加到已经沉积好的材料表面，处理后形成微孔 101、102;
[0029]在具有微孔的材料表面进行更多层所述塑料的沉积，尚未凝固的材料进入到下层沉积材料的微孔101、102之中，凝固后与下层沉积材料之间产生紧密连接；
[0030]在新沉积的材料表面上施加所述处理剂，腐蚀出微孔，然后再继续新的材料层的沉积，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。
[0031]在一些实施例中，所述处理剂为能够溶解所述塑料的溶剂。所述溶剂可以是乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳。
[0032]在优选的实施例中，采用微滴喷射的方式将所述处理剂施加到已经沉积好的材料表面。
[0033]在优选的实施例中，形成的微孔的直径在100微米以上。
[0034]在优选的实施例中，每层沉积材料上腐蚀出的微孔的总面积不超过每层沉积材料面积的50 %。
[0035]在优选的实施例中，当沉积材料层的厚度小于I毫米时，每次施加所述处理剂之前，先逐层沉积使沉积材料的总厚度达到I毫米以上的预定厚度后再施加所述处理剂。较佳地，所述预定厚度可以为I毫米或I.5毫米。
[0036]在一些实施例中，所述塑料可以为聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龙。
[0037]如图1和图2所示，一种塑料3D打印产品，采用前述任一种塑料3D打印方法制成。所得到的塑料3D打印产品例如是圆环状部件，也可以是其他任意形状的三维部件。图1中的箭头D表示沉积材料的层叠方向。图2中，100表示已沉积的材料，101表示由处理剂在沉积材料表面处理完毕后形成的微孔，102表示已经由沉积材料填充的微孔。
[0038]根据本发明实施例的塑料3D打印方法，首先，将熔融状态的塑料沉积到基底上形成一层截面轮廓。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、尼龙等。然后，将溶剂的微滴喷射到已经沉积好的材料表面，腐蚀出微孔。所使用的溶剂包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳等。腐蚀出的微孔的直径在100微米以上。微孔的面积不超过每层沉积材料面积的50%。之后在这层材料上面再进行新一层材料的沉积，尚未凝固的材料进入到下层的微孔之中，凝固后与下层材料之间产生紧密连接，从而提高层间的结合力。然后在新沉积的材料上再进行喷射溶剂，腐蚀出微孔，并继续新一层材料的沉积，以此方式层层叠加，从而获得层间结合力提高的三维部件。
[0039]特别的，根据分层厚度的不同，当沉积的每层材料的厚度在微米量级时，为了不破坏材料的整体结构而影响整体强度，先逐层沉积使材料使总的厚度达到I毫米以上时再进行溶剂微滴的喷射。之后沉积同样厚度的材料，再进行微滴喷射，以此方式构成三维的部件。当沉积的每层材料的厚度在毫米及以上量级时，采用逐层沉积材料、逐层喷射溶剂的方式成型三维部件。与传统的熔融挤出成型方法相比，此方法能够提高材料层之间的结合力，适用于多种塑料的3D打印，可操作性强，尤其适合较大尺寸部件的3D打印。
[0040]实例1:
[0041]根据本发明提出的方法，利用熔融挤出成型的3D打印设备制造聚乳酸的样条，按照GB/T 1843-2008的方法用悬臂梁冲击实验机测试3D打印聚乳酸样条的冲击强度，与传统的熔融挤出成型(不喷射溶剂)制作的样条进行对比。
[0042]制备参数:制备的长方形样条尺寸为80*10*4毫米。分层厚度50微米，每次沉积1.5毫米厚的材料时进行溶剂微滴的喷射。溶剂为二甲基甲酰胺，腐蚀的微孔直径在200-500微米之间。每次喷射腐蚀出的微孔总面积为每层材料总面积的40%。沿着长度方向逐层叠加，制作出长方形的样条5个作为一组。用机械加工的方法铣出V形缺口，缺口深度2毫米。利用悬臂梁冲击实验机进行冲击强度测试，取平均值。另外采用普通的熔融挤出成型按照上述方法制作同样尺寸的5个样条进行测试。采用本发明提出的方法制作的样条冲击强度相对于传统方法制作的样条提高9%.
[0043]实例2:
[0044]采用上述方法，制作聚乙烯醇的样条并测试对比。分层厚度40微米，每次沉积I毫米厚的材料时进行溶剂微滴的喷射。溶剂为二甲基亚砜，微孔直径在100-300微米之间。样条的尺寸、形状、成型方式与实施例1相同。采用本发明提出的方法制作的样条冲击强度相对于传统方法制作的样条提高7%。
[0045]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种塑料3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤: 将熔融状态的塑料沉积到基底上形成至少一层沉积材料； 将能够腐蚀或溶解所述塑料的处理剂施加到已经沉积好的材料表面，处理后形成微孔； 在具有微孔的材料表面进行更多层所述塑料的沉积，尚未凝固的材料进入到下层沉积材料的微孔之中，凝固后与下层沉积材料之间产生紧密连接； 在新沉积的材料表面上施加所述处理剂，腐蚀出微孔，然后再继续新的材料层的沉积，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。2.如权利要求1所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述处理剂为能够溶解所述塑料的溶剂。3.如权利要求2所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述溶剂包括乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、四氯化碳。4.如权利要求1至3任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，采用微滴喷射的方式将所述处理剂施加到已经沉积好的材料表面。5.如权利要求1至4任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，形成的微孔的直径在100微米以上。6.如权利要求1至5任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，每层沉积材料上腐蚀出的微孔的总面积不超过每层沉积材料面积的50%。7.如权利要求1至6任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，当沉积材料层的厚度小于I毫米时，每次施加所述处理剂之前，先逐层沉积使沉积材料的总厚度达到I毫米以上的预定厚度后再施加所述处理剂。8.如权利要求7任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述预定厚度为I毫米或1.5晕米。9.如权利要求1至8任一项所述的塑料3D打印方法，其特征在于，所述塑料为聚乳酸、ABS、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯或尼龙。10.—种塑料3D打印产品，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的塑料3D打印方法制成。
【专利摘要】本发明公开了一种塑料3D打印方法及产品，该方法包括：将熔融状态的塑料沉积到基底上形成至少一层沉积材料；将能够腐蚀或溶解所述塑料的处理剂施加到已经沉积好的材料表面，处理后形成微孔；在具有微孔的材料表面进行更多层所述塑料的沉积，尚未凝固的材料进入到下层沉积材料的微孔之中，凝固后与下层沉积材料之间产生紧密连接；在新沉积的材料表面上施加所述处理剂，腐蚀出微孔，然后再继续新的材料层的沉积，以此方式层层叠加，从而获得三维的部件。本发明能够显著提高3D打印部件的层间结合力。
【IPC分类】B33Y80/00, B33Y30/00, B29C67/00
【公开号】CN105711098
【申请号】CN201610178829
【发明人】闫国栋, 王长明, 叶春生, 赵火平
【申请人】东莞劲胜精密组件股份有限公司