CN108466422B - 三维打印机的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维打印机的工作方法，打印机的工作平台依次包括加热层、玻璃层和膜层，制备膜层的方法包括以下步骤：制作涂层涂料，将涂料喷涂于玻璃层，烘烤后得到膜层；该打印方法包括下面的步骤：当熔融材料与膜层接触时，高温状态下的熔融材料会促使膜层由固态转变为熔融态，处于熔融态的膜层与打印物体的接触面之间会产生一个附着力,依靠这个附着力能够把打印物体有效地吸附在膜层上；当打印物体的温度逐渐降低之后，膜层与打印物体之间的附着力会逐渐减弱；打印完毕之后，加热层停止加热后，膜层的温度逐渐降低至室温。本发明可以有效避免打印成型的三维物体不容易从打印工作平台上脱落的问题。

Description

三维打印机的工作方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其是涉及一种三维打印机的工作方法。本发明是专利号为CN201510183820.3的中国发明专利的分案申请。
背景技术
三维（3D）打印技术为快速成型技术的一种，其常见的打印过程为:先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。三维打印机的材料主要包括了粉末金属或塑料等可粘合材料。
目前市场上的快速成型技术主要分为熔融层积成型技术（FDM)、三维印刷技术（3DP）、立体平版印刷技术（SLA）、选区激光烧结（SLS）、激光成型技术（DLP）。熔融挤压堆积成型技术（FDM）是三维打印技术中常用的一种技术工艺，原理是利用热塑性聚合物材料在熔融状态下，从喷头处挤压出来熔融材料，熔融材料遇冷后凝固形成轮廓形状的薄层，再一层一层地叠加最终形成产品。目前市场上熔融挤压堆积成型技术最为常用的聚合物材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）和聚乳酸（PLA），另外还存在有尼龙（PA）和聚碳酸酯（PC）等材料。
打印材料PLA的熔融温度为200℃至205℃，而ABS熔融温度约为220℃，在三维打印机工作过程中，ABS或者PLA从喷头挤压到工作台上之后，熔融材料开始转化为固态，此时工作台上的膜层结构与熔融材料的接触面之间会产生一个附着力，随着熔融材料慢慢由熔融态变为固态后，附着力会伴随着材料的温度降低而逐渐减弱，然而，在打印物体的内部和外部之间存在一定的温度差，在热应力作用下，打印后的物体的边缘部分容易出现与平台分离、翘曲的情况，从而影响打印物体的精美度。
因此，增强熔融材料与工作台接触面的黏连性或附着力，从而防止打印物体翘曲的现象为本领域技术人员亟需克服的一个问题。现有技术中通常会在打印工作台上贴一层贴膜，然而，打印材料如聚乳酸（PLA）在高温熔融后会直接渗入贴纸的内部而与贴纸发生粘连，当打印物体冷却至室温后，由于打印物体与贴纸粘连在一起，因此不易取下。实际工作中需要用小铲将物体与贴纸分离，这样的操作势必容易破坏物体和贴纸，而每完成一件或数件打印物品后就需要对工作台的贴纸进行更换，而实际工作中更换贴纸的工艺繁琐，成本显著提高。
另外，申请号为CN201320392370.5的中国实用新型专利公开了一种FDM技术的3D打印机，其技术特征包括在打印工作台面板上涂覆一层粘性胶状物，这种黏性胶状物的用处在于避免打印物体的翘曲现象，然而这种黏性胶状物与上述的贴纸功能相似，使用寿命较短，并且这种材料并没有给出具体的化学成分，而三维打印机的材料具有很多种，对本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的情况下，不能够找到一种通用多种类打印材料的黏性胶状物。
此外，申请号为CN201410459324.1的中国发明专利申请公开了一种3D打印机及其工作台膜层的制备方法。在实际的应用中，发现该方案提供的膜层对于PLA具有良好的附着力，并且很好地避免了翘曲现象的发生。然而，当使用ABS材料或其它三维打印材料的时候，打印出来的物体在膜层上仍会存在一定程度的翘曲现象。另外，这种膜层的制造方法相对繁琐，需要进一步改进化学组分，在提高多种打印材料通用性的同时，优化制备方法，以更好地适应于工业生产。
发明内容
针对现有技术中存在的以上问题，本发明的目的是提供一种三维打印机的工作方法。
本发明提供的三维打印机的工作方法中，该三维打印机包括打印工作平台，并且，打印工作平台依次包括加热层、玻璃层和膜层，制备膜层的方法包括以下步骤：制作涂层涂料，将涂料喷涂于玻璃层，烘烤后得到膜层；该打印方法包括下面的步骤：当熔融材料与膜层接触时，高温状态下的熔融材料会促使膜层由固态转变为熔融态，处于熔融态的膜层与打印物体的接触面之间会产生一个附着力, 依靠这个附着力能够把打印物体有效地吸附在膜层上，因此，在打印物体与膜层的接触面之间就不会产生翘曲现象；当打印物体的温度逐渐降低之后，膜层与打印物体之间的附着力会逐渐减弱，膜层也会随之由熔融状态恢复至固态；打印完毕之后，加热层停止加热后，膜层的温度逐渐降低至室温，此时膜层与打印物体的接触面之间的附着力将至最低。
采取上述方案，在实践中，当使用PLA材料进行打印时，挤压头的温度控制在200℃至205℃，在加热层的作用下，玻璃层的温度加热至70℃左右。由于玻璃层上涂有膜层,而膜层在高温状态下是熔融态，当熔融的丝状材料从挤压头出来的时候，会保持在200℃左右的高温状态，当熔融材料PLA与膜层接触时，高温状态下的PLA会促使膜层由固态转变为熔融态，处于熔融态的膜层与打印物体的接触面之间会产生一个附着力,依靠这个附着力能够把打印物体有效地吸附在膜层上，因此，在打印物体与膜层的接触面之间就不会产生翘曲现象。当打印物体的温度逐渐降低之后，膜层与打印物体之间的附着力会逐渐减弱，膜层也会随之由熔融状态恢复至固态。
打印完毕之后，加热层停止加热后，膜层的温度逐渐降低至室温，此时膜层与打印物体的接触面之间的附着力将至最低，用户可以轻松方便地取下来打印物体，这样就不会损伤膜层的完整性，提高了膜层的使用寿命。当用户需要更换打印材料时，例如将PLA切换至ABS材料的时候，挤压头的温度控制在220℃左右，但是打印平台上的膜层无需更换，并且这种膜层对于ABS能够起到很好的防翘曲效果。这种膜层还适用于尼龙（PA）和聚碳酸酯（PC）等三维打印材料，通用性高。另外，本发明的打印工作平台包括了玻璃层，选取玻璃层的主要原因包括以下两点：一方面，膜层对玻璃层的附着力强；并且当膜层发生损坏后，用户只需要将玻璃层取下进行更换即可，由于玻璃的成本低廉，因此成本低并且操作简便。
一个优选的方案是，膜层的厚度为0.1至1毫米。
采取上述方案，考虑到膜层的导热系数和粘合附着效果，实践中，发现膜层的厚度控制在0.1至1毫米范围内为宜。
一个优选的方案是，弱溶剂树脂为丙烯酸树脂。
一个优选的方案是，杂环丙烯酸树脂通过叔碳酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸单体、甲基丙烯酸羟丙酯单体聚合而成。
本发明提供的涂覆在三维打印机的打印工作台的涂料，打印工作台包括玻璃层，涂料用于涂覆在玻璃层上，涂料由以下组分制备获得：杂环丙烯酸树脂为12质量份；弱溶剂树脂为24至28质量份；稀释剂为10至14质量份。
一个优选的方案是，弱溶剂树脂为26质量份，稀释剂为12质量份。
采取上述方案，寻找到组份比例配比的最优化方案。
一个优选的方案是，稀释剂为醋酸乙酯和/或醋酸戊酯和/或醋酸丁酯。
优选的，该方法中，将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24质量份至28质量份的弱溶剂树脂、10质量份至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料。
采取上述方案，制作过程非常简易，且没有严苛的化学操作，非常适合于应用到工业生产。
优选的，制备膜层的方法包括以下步骤：将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24至28质量份的弱溶剂树脂；10至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料；将涂料喷涂于玻璃层，在150℃至180℃温度下烘烤60至90分钟得到膜层。
附图说明
图1是本发明的三维打印机实施例的结构图。
图2是本发明的三维打印机的打印工作平台实施例的结构图。
图3是本发明的三维打印机的打印工作平台实施例的剖视放大图。
具体实施方式
第一实施例：
如图1、图2和图3所示，本发明提供的三维打印机10，包括打印工作台11，打印工作台11自上向下依次包括加热层12、玻璃层13和膜层14。本实施例提供的涂料用于涂覆在玻璃层13 上。将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24质量份至28质量份的弱溶剂树脂、10质量份至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料。
优选地，弱溶剂树脂为丙烯酸树脂，丙烯酸树脂为26质量份，弱溶剂树脂由珠海天然宝杰数码科技公司提供，产品型号为NZZ009X。
优选地，稀释剂至少包括以下一种：醋酸乙酯、醋酸戊酯、醋酸丁酯，稀释剂为12质量份。
杂化丙烯酸树脂的制备方法如下：在装有搅拌器、冷凝器、温度计和恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入溶剂和活性中间体叔碳酸缩水甘油酯，将丙烯酸类单体混合备用，丙烯酸类单体可以选取甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸（MAA）、甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）中的一种或多种，单体聚合的引发剂溶解在混合的丙烯酸类单体中。将烧瓶中溶剂升温至90℃后滴加丙烯酸类混合单体，约2.5小时滴加完毕。保持温度恒定，继续反应3小时左右，制得略带浅黄色的透明黏稠液体。然后，降温至60℃左右，加入定量的胺中和剂10到20份，继续搅拌0.5小时，以滴加的方式将水加入体系中，制得杂环丙烯酸树脂。进一步优化的方案是，在反应体系中可以加入异氰酸酯固化剂（GH），以提升丙烯酸单体的性能。更进一步优化的方案是，异氰酸酯固化剂的最佳加入量为总反应体系质量的0．8％，按此比例加入异氰酸酯，杂环丙烯酸的粘接性和耐高温性能优异。
第二实施例：
本实施例提供的制备三维打印机的打印工作台上膜层的方法，打印工作台包括玻璃层，膜层附着在玻璃层上；制备膜层的方法包括以下步骤：将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24至28质量份的弱溶剂树脂、10至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料；将涂料均匀地喷涂于玻璃层上，在150℃至180℃温度下烘烤60至90分钟得到膜层。优选地，膜层的厚度为0.3毫米。
杂化丙烯酸树脂由东莞市新天地科技有限公司提供，产品型号为WZ510的产品。
第三实施例：
本发明提供的应用在三维打印机上的打印工作平台，打印工作平台依次包括加热层、玻璃层和膜层；膜层由12质量份的杂环丙烯酸树脂以及24至28质量份的弱溶剂树脂组成。制备玻璃平台的方法包括以下步骤：将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24至28质量份的弱溶剂树脂、10至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料；将涂料均匀地喷涂于玻璃层上，在150℃至180℃温度下烘烤60至90分钟得到玻璃平台。将玻璃平台固定在加热层上之后就形成了打印工作平台。当玻璃平台的膜层发送损坏后，操作人员直接更换新的玻璃平台即可。
第四实施例：
本发明提供的一种三维打印机，包括打印工作平台，打印工作平台依次包括加热层、玻璃层和膜层；膜层由12质量份的杂环丙烯酸树脂以及24至28质量份的弱溶剂树脂组成。制备玻璃平台的方法包括以下步骤：将12质量份的杂环丙烯酸树脂、24至28质量份的弱溶剂树脂、10至14质量份的稀释剂，混合均匀后得到涂料；将涂料均匀地喷涂于玻璃层上，在150℃至180℃温度下烘烤60至90分钟得到玻璃平台。将玻璃平台固定在加热层上之后就形成了打印工作平台。

Claims (4)

1.一种三维打印机的打印方法，该三维打印机包括打印工作平台，其特征在于：
所述打印工作平台依次包括加热层、玻璃层和膜层；
制备所述膜层的方法包括以下步骤：
制作涂层涂料，将所述涂料喷涂于所述玻璃层，烘烤后得到所述膜层；
该打印方法包括下面的步骤：
当熔融材料与膜层接触时，高温状态下的熔融材料会促使膜层由固态转变为熔融态，处于熔融态的膜层与打印物体的接触面之间产生附着力，依靠该附着力把打印物体吸附在膜层上；
当打印物体的温度逐渐降低之后，膜层与打印物体之间的附着力逐渐减弱，膜层随之由熔融状态恢复至固态；
打印完毕之后，加热层停止加热后，膜层的温度逐渐降低至室温，膜层与打印物体的接触面之间的附着力将至最低；
其中，所述膜层的厚度为0.1至1毫米；
所述涂料由以下组分制备获得：
杂环丙烯酸树脂12质量份；
弱溶剂树脂24至28质量份；
稀释剂10至14质量份；
其中，所述弱溶剂树脂为丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的三维打印机的打印方法，其特征在于：
所述杂环丙烯酸树脂通过叔碳酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸单体、甲基丙烯酸羟丙酯单体聚合而成。
3.根据权利要求1所述三维打印机的打印方法，其特征在于：
所述弱溶剂树脂为26质量份，所述稀释剂为12质量份。
4.根据权利要求1至3任一项所述的三维打印机的打印方法，其特征在于：
所述稀释剂为醋酸乙酯和/或醋酸戊酯和/或醋酸丁酯。
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