CN110435142A - 一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，包括以下步骤：将塑料注塑颗粒经过磨粉筛选制得细度均匀的粉末作为成型材料；选取高分子塑料溶剂配制成适合喷墨打印头喷射工艺要求的溶剂墨水；对待打印3D模型进行切片处理生成切片图案；将成型材料平铺在打印设备上形成粉末层；打印机控制喷头按照切片图案朝粉末层喷射溶剂墨水，并使切片图案区域溶解；采取自然挥发或小功率加热方法使溶解后的切片图案区域挥发，并使切片图案区域固化成膜；重复步骤四至步骤六，获得待打印3D模型的产品。有益效果：采用低温溶解固化成型，加热设备仅仅是为了加快溶剂挥发，功率小没有大功率高温加热和温度场保护，能耗较低，节能效果明显。

Description

一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法。

背景技术

快速成型技术(又称快速原型制造技术，Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)，又称3D打印，可以根据零件的形状，每次制作一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结或者熔融起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形***自动完成的。不同公司制造的3D打印***所用的成形材料不同，***的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。

其中比较成熟的有3DP、SLA、SLS、DLP和FDM等方法。现有高分子塑料产品的3D打印有SLS选区成型、MJP多射流喷射成型、DLP类TPU光敏树脂成型和FDM熔丝成型等四类。

对于SLS选区成型和MJP多射流喷射成型存在如下缺点：都需要高温加热粉床，导致对粉末的物性要求很高，高温下粉末易老化，复用率低；能耗高，生产成本高；严格的温度场保护，导致设备结构复杂，稳定性差，成本高；高温后冷却时间长，效率低下；高温下对设备关键的电气部件伤害很大，导致关键部件寿命缩短，维护成本增加。

对于DLP类TPU光敏树脂成型虽然没有高温问题，但有以下问题：成型幅面小，树脂为液体光敏材料，应用类型受限，且成本居高不下。

对于FDM熔丝成型类，能用比较常见的线材，但是存在效率低下，成型质量较差的缺点。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中高分子塑料3D打印成型问题，结合高分子溶剂成膜工艺和三维印刷成型工艺，本发明提出一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，包括以下步骤：

步骤一、将预先准备好的塑料注塑颗粒经过磨粉筛选操作，并制得细度均匀的粉末作为成型材料；

步骤二、选取高分子塑料溶剂，并配制成适合喷墨打印头喷射工艺要求的溶剂墨水；

步骤三、对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案；

步骤四、将所述成型材料平铺在预先配置好的打印设备上，形成粉末层，且平铺厚度为一个层厚；

步骤五、将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制多个喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解；

步骤六、采取自然挥发或小功率加热方法使溶解后的所述切片图案区域挥发，并使所述切片图案区域固化成膜；

步骤七、重复步骤四至步骤六，采取层层叠加，并最终获得所述待打印3D模型的产品。

进一步的，所述高分子塑料溶剂包括DMF、DMAC、丙酮、丁酮、乙酸乙酯或四氢呋喃中的至少一种。

进一步的，所述层厚为0.05-2mm。

进一步的，对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案的步骤还包括：

将所述待打印3D模型置于三维坐标系中，并使所述待打印3D模型的打印方向与所述三维坐标系的z轴的方向重合；

获取所述待打印3D模型映射在z轴方向上最大值和最小值；

以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层，获得多层所述切片图案的图形数据。

进一步的，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层的步骤还包括：

根据所述待打印3D模型预先配置所述切片图案的固定层部位参数；

根据所述固定层部位参数设置可变层部位参数，并计算分配每层的高度位置；

采用三维分层技术对所述待打印3D模型进行分层，并获得各层二维数据；

各层二维数据采用该层对应的渗透补偿进行相应的图形放大缩小计算；

补偿修正后的各层二维数据按照CLI标准文件格式输出。

进一步的，所述固定层部位参数包括定层厚A和渗透补偿D；所述可变层部位参数包括起始位置S、终止位置E、变层厚a和渗透补偿d。

进一步的，所述CLI标准文件格式中增加用于识别可变层厚部位的识别关键字。

进一步的，将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解的步骤还包括：

解析所述CLI标准文件格式文件，构建所述待打印3D模型的数据模型；

按层加载数据模型，每层呈现的是一幅所述待打印3D模型的截面图；

按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割、重组，每一层的截面图被分割沿同一方向上的几块不同截面分割图，这些分割图数据形成新的层数据模型；

分析新层分割截面数据，构建各分割截面打印区域位置坐标；

处理新层数据，生成BMP位图；

循环新层信息，加载所述BMP位图数据，驱动所述喷头到分割截面打印区域起点，开始打印。

进一步的，所述CLI标准文件格式文件中构成模型截面图的多义线均为闭合曲线，且所述多义线为一系列坐标点构成。

进一步的，按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割的步骤还包括：

将截面图沿分割线分割为上下两部分，并从起始点开始，利用定比分点公式依次判断相邻两点是否位于分割线两端，如在两端，则计算出分割点坐标。

具体的，在成型过程中，喷墨打印喷头将墨水-高分子塑料溶剂如DMF、DMAC、丙酮、丁酮、乙酸乙酯或四氢呋喃，按照切片对应的图案进行逐层喷射，有图案部分成形粉末被溶解然后干燥固化成膜，这样通过铺粉、喷涂、溶解，固化的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件，具有成型精度较高、成型速度快、制品收热变形小、成本低等优点。

本发明的有益效果为：

(1)、本发明采用多喷头喷墨打印成型，成型精度高，速度快，成本低。

(2)、本发明采用低温溶解固化成型，材料可以兼容传统注塑材料，来料广泛，原材料成本低。

(3)、本发明采用低温溶解固化成型，不需要高温加热，温度场保护，设备结构简单，成本较低。

(4)、本发明采用低温溶解固化成型，对关键元器件比如喷头等精密微电子昂贵部件伤害小，延长了使用寿命，节约了维护成本。

(5)、本发明采用低温溶解固化成型，加热设备仅仅是为了加快溶剂挥发，功率小没有大功率高温加热和温度场保护，能耗较低，节能效果明显。

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是根据本发明实施例的一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法的流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，包括以下步骤：

步骤S101、将预先准备好的塑料注塑颗粒经过磨粉筛选操作，并制得细度均匀的粉末作为成型材料；

步骤S102、选取高分子塑料溶剂，并配制成适合喷墨打印头喷射工艺要求的溶剂墨水；

步骤S103、对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案；

步骤S104、将所述成型材料平铺在预先配置好的打印设备上，形成粉末层，且平铺厚度为一个层厚；

步骤S105、将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制多个喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解；

步骤S106、采取自然挥发或小功率加热方法使溶解后的所述切片图案区域挥发，并使所述切片图案区域固化成膜；

步骤S107、重复步S104至步骤S106，采取层层叠加，并最终获得所述待打印3D模型的产品。

在一个实施例中，所述高分子塑料溶剂包括DMF、DMAC、丙酮、丁酮、乙酸乙酯或四氢呋喃中的至少一种。

在一个实施例中，所述层厚为0.05-2mm。

在一个实施例中，对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案的步骤还包括：

将所述待打印3D模型置于三维坐标系中，并使所述待打印3D模型的打印方向与所述三维坐标系的z轴的方向重合；

获取所述待打印3D模型映射在z轴方向上最大值和最小值；

以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层，获得多层所述切片图案的图形数据。

在一个实施例中，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层的步骤还包括：

根据所述待打印3D模型预先配置所述切片图案的固定层部位参数；

根据所述固定层部位参数设置可变层部位参数，并计算分配每层的高度位置；

采用三维分层技术对所述待打印3D模型进行分层，并获得各层二维数据；

各层二维数据采用该层对应的渗透补偿进行相应的图形放大缩小计算；

补偿修正后的各层二维数据按照CLI标准文件格式输出。

在一个实施例中，所述固定层部位参数包括定层厚A和渗透补偿D；所述可变层部位参数包括起始位置S、终止位置E、变层厚a和渗透补偿d。

在一个实施例中，所述CLI标准文件格式中增加用于识别可变层厚部位的识别关键字。

在一个实施例中，将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解的步骤还包括：

解析所述CLI标准文件格式文件，构建所述待打印3D模型的数据模型；

按层加载数据模型，每层呈现的是一幅所述待打印3D模型的截面图；

按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割、重组，每一层的截面图被分割沿同一方向上的几块不同截面分割图，这些分割图数据形成新的层数据模型；

分析新层分割截面数据，构建各分割截面打印区域位置坐标；

处理新层数据，生成BMP位图；

循环新层信息，加载所述BMP位图数据，驱动所述喷头到分割截面打印区域起点，开始打印。

在一个实施例中，所述CLI标准文件格式文件中构成模型截面图的多义线均为闭合曲线，且所述多义线为一系列坐标点构成。

在一个实施例中，按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割的步骤还包括：

将截面图沿分割线分割为上下两部分，并从起始点开始，利用定比分点公式依次判断相邻两点是否位于分割线两端，如在两端，则计算出分割点坐标。

具体的，在成型过程中，喷墨打印喷头将墨水-高分子塑料溶剂如DMF、DMAC、丙酮、丁酮、乙酸乙酯或四氢呋喃，按照切片对应的图案进行逐层喷射，有图案部分成形粉末被溶解然后干燥固化成膜，这样通过铺粉、喷涂、溶解，固化的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件，具有成型精度较高、成型速度快、制品收热变形小、成本低等优点。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明采用多喷头喷墨打印成型，成型精度高，速度快，成本低。本发明采用低温溶解固化成型，材料可以兼容传统注塑材料，来料广泛，原材料成本低。本发明采用低温溶解固化成型，不需要高温加热，温度场保护，设备结构简单，成本较低。本发明采用低温溶解固化成型，对关键元器件比如喷头等精密微电子昂贵部件伤害小，延长了使用寿命，节约了维护成本。本发明采用低温溶解固化成型，加热设备仅仅是为了加快溶剂挥发，功率小没有大功率高温加热和温度场保护，能耗较低，节能效果明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将预先准备好的塑料注塑颗粒经过磨粉筛选操作，并制得细度均匀的粉末作为成型材料；

步骤二、选取高分子塑料溶剂，并配制成适合喷墨打印头喷射工艺要求的溶剂墨水；

步骤三、对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案；

步骤四、将所述成型材料平铺在预先配置好的打印设备上，形成粉末层，且平铺厚度为一个层厚；

步骤五、将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制多个喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解；

步骤六、采取自然挥发或小功率加热方法使溶解后的所述切片图案区域挥发，并使所述切片图案区域固化成膜；

步骤七、重复步骤四至步骤六，采取层层叠加，并最终获得所述待打印3D模型的产品。

2.根据权利要求1所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，所述高分子塑料溶剂包括DMF、DMAC、丙酮、丁酮、乙酸乙酯或四氢呋喃中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，所述层厚为0.05-2mm。

4.根据权利要求1所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，对预先配置好的待打印3D模型进行切片处理，并生成切片图案的步骤还包括：

将所述待打印3D模型置于三维坐标系中，并使所述待打印3D模型的打印方向与所述三维坐标系的z轴的方向重合；

获取所述待打印3D模型映射在z轴方向上最大值和最小值；

以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层，获得多层所述切片图案的图形数据。

5.根据权利要求4所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，根据预设的所述切片图案厚度，对所述待打印3D模型进行分层的步骤还包括：

根据所述待打印3D模型预先配置所述切片图案的固定层部位参数；

根据所述固定层部位参数设置可变层部位参数，并计算分配每层的高度位置；

采用三维分层技术对所述待打印3D模型进行分层，并获得各层二维数据；

各层二维数据采用该层对应的渗透补偿进行相应的图形放大缩小计算；

补偿修正后的各层二维数据按照CLI标准文件格式输出。

6.根据权利要求5所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，所述固定层部位参数包括定层厚A和渗透补偿D；所述可变层部位参数包括起始位置S、终止位置E、变层厚a和渗透补偿d。

7.根据权利要求5所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，所述CLI标准文件格式中增加用于识别可变层厚部位的识别关键字。

8.根据权利要求7所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，将所述切片图案数据传给打印机，所述打印机控制喷头按照所述切片图案朝所述粉末层喷射所述溶剂墨水，并使所述切片图案区域溶解的步骤还包括：

解析所述CLI标准文件格式文件，构建所述待打印3D模型的数据模型；

按层加载数据模型，每层呈现的是一幅所述待打印3D模型的截面图；

按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割、重组，每一层的截面图被分割沿同一方向上的几块不同截面分割图，这些分割图数据形成新的层数据模型；

分析新层分割截面数据，构建各分割截面打印区域位置坐标；

处理新层数据，生成BMP位图；

循环新层信息，加载所述BMP位图数据，驱动所述喷头到分割截面打印区域起点，开始打印。

9.根据权利要求8所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，所述CLI标准文件格式文件中构成模型截面图的多义线均为闭合曲线，且所述多义线为一系列坐标点构成。

10.根据权利要求8所述的低温溶解成形的高分子塑料三维打印方法，其特征在于，按照给定参数对每层的轮廓中的多义线进行分割的步骤还包括：

将截面图沿分割线分割为上下两部分，并从起始点开始，利用定比分点公式依次判断相邻两点是否位于分割线两端，如在两端，则计算出分割点坐标。