阅读说明：本技术 一种免去除支撑的3d打印方法 (3D printing method free of removing support ) 是由 王莉 施森 王科 谭鸿迪 王宁 卢秉恒 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及3D打印技术领域,具体涉及一种免去除支撑的3D打印方法,主要包括以下步骤：1)测试所需打印材料在多组工艺参数成型设备打印的固化深度或熔融烧结深度值,制作工艺参数表；2)对零件设计建模,确定分层厚度参数、成型设备工艺参数值,设计间隙支撑,将包含零件与间隙支撑的装配体文件导出STL模型文件；3)将STL模型文件导入切片软件,切片分析后生成加工文件；4)制作工艺参数设定,添加打印材料,检查设备状态,准备打印；5)设备打印开始,监控打印进程；6)取出零件实体部分,后处理获得零件。本发明在制造过程中打印件与支撑结构不粘连,可在确保有效支撑前提下,实现在后处理工艺中免去除支撑,成型效率高的优势。(The invention relates to the technical field of 3D printing, in particular to a 3D printing method without removing a support, which mainly comprises the following steps: 1) testing the curing depth or the fusion sintering depth value of the printing material to be printed on a plurality of groups of process parameter forming equipment, and making a process parameter table; 2) modeling part design, determining a layering thickness parameter and a forming equipment process parameter value, designing a clearance support, and exporting an assembly body file containing parts and the clearance support from an STL model file; 3) importing the STL model file into slicing software, and generating a processing file after slicing analysis; 4) setting manufacturing process parameters, adding printing materials, checking the equipment state and preparing for printing; 5) starting equipment printing, and monitoring a printing process; 6) and taking out the solid part of the part, and carrying out post-treatment to obtain the part. The printing part is not adhered to the supporting structure in the manufacturing process, so that the advantages of no support removal in the post-processing process and high forming efficiency can be realized on the premise of ensuring effective support.)

一种免去除支撑的3D打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种免去除支撑的3D打印方法。

背景技术

3D打印技术是基于离散/堆积原理，通过将材料逐层累加而实现零件成型制造。3D打印技术通过熔融挤压、烧结、光固化、切割等工艺，分别将丝状材料、粉末材料、液体材料、薄片材料逐层打印，层层粘结叠加，可打印出具有复杂结构、异型结构的打印件。3D打印技术可以根据打印件的性能需求选择合适的打印工艺，也可以通过调整分层厚度、刮平特性、扫描速度等工艺参数控制打印件的精度与力学性能。

由于3D打印过程中逐层打印，层层叠加的原理，使得具有悬臂特性结构的打印件在打印过程中由于悬臂特性结构处受重力作用产生弯曲变形，影响打印件的成型精度甚至导致最终打印失败。因此针对具有悬臂特性结构的打印件在打印过程中添加合理支撑结构十分必要。支撑结构的合理构建能够有效解决打印件悬臂特性结构的变形问题，与此同时却增加了打印件后处理工艺中去除支撑的过程。当打印件需要添加较多支撑结构时，后处理去除支撑工作耗时长，成型效率大大降低。同时，去除支撑结构可能会影响打印件力学性能和成型精度。

目前大部分研究着重于解决支撑优化设计问题，还有少数研究者提出免支撑打印方法和水溶性支撑材料打印技术，后者在后处理工艺中利用其水溶特性使支撑能够在一定条件水溶液下溶解脱落，上述两种方法均能够有效解决后处理工艺中去除支撑难，影响零件细微表面质量的问题，但上述两种方法适用范围非常局限，要求使用特殊的成型设备或特殊材料，现有的成型设备与材料均无法实现上述两种方法。

因此，免去除支撑打印方法仍是本领域亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种免去除支撑的3D打印方法，该方法在制造过程中打印件与支撑结构不粘连，可在确保有效支撑前提下，实现在后处理工艺中免去除支撑，成型效率高的优势。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种免去除支撑的3D打印方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)实验测得多种打印材料下，多组工艺参数成型设备打印的固化深度或熔融烧结深度值，制作相关材料、工艺参数的固化深度或熔融烧结深度工艺参数表，为后期打印提供数据准备；

2)对零件设计建模，根据零件精度要求，合理确定分层厚度参数，根据打印材料及分层厚度合理选用固化深度或熔融烧结深度，再根据步骤1)中的工艺参数表确定成型设备工艺参数值，同时，分析零件结构，合理设计间隙支撑，通过零件装配距离关系，保证零件与支撑相互作用面在竖直方向上存在一定间隙，将包含零件与间隙支撑的装配体文件导出STL模型文件；

3)将STL模型文件导入切片软件，合理放置模型、对零件与间隙支撑根据步骤2)中确定的分层厚度值分层处理，将零件实体部分按照零件要求设定填充率等其他参数，对间隙支撑根据支撑要求设定参数，切片分析后生成加工文件；

4)制作工艺参数设定，根据步骤2)中确定的成型设备工艺参数值设定成型设备，添加打印材料，检查设备状态，准备打印；

5)设备打印开始，监控打印进程；

6)打印结束，取出零件实体部分，后处理获得零件。

进一步地，上述步骤2)中，利用CAD技术对零件和支撑设计建模。

进一步地，上述步骤2)中，为保证间隙支撑与零件的绝对不粘结，通常零件与间隙支撑的竖直方向间隙距离需大于固化深度或熔融烧结深度与分层厚度的差值。

进一步地，上述步骤1)中，所述打印材料为具备一定承载特性的材料，例如高固含量、高粘度的膏料或粉料，，能够防止零件受重下沉，保证打印过程中的成型精度。

本发明的优点：

(1)本发明利用设计间隙支撑，在有效支撑悬臂类结构下，无需去除支撑，可简化后处理工艺步骤，极大地提升成型效率；

(2)本发明利用在CAD设计阶段设计间隙支撑，将包含零件与间隙支撑的装配体文件导出STL模型，实施便捷，无需特定切边软件，可行性、适用性强；

(3)本发明利用免去除支撑方法，打印后无需后处理去除支撑，能够有效避免去除支撑环节中破坏零件成型精度及表面质量的问题，极大地提高了打印件的合格率；

(4)本发明适合传统粉料或膏料，在现有材料与成型设备条件下，可实现免去除支撑打印，适用范围广，具备很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明提出的间隙支撑结构与打印件的关系图；

图2是本发明中固化深度与铺层层厚关系的示意图；

图3是本发明提出的添加支撑处的固化不粘结示意图；

图4是轴类零件与间隙支撑模型；

图5是DLP打印曝光分层图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

本发明的原理如下：

利用零件与间隙支撑作用面间隙不粘连方法，具体的，针对具有一定承载性能的材料，例如，具有高粘度、高的固含量特性的膏料和具有一定支撑强度特性的粉料作为打印材料，对上方零件具有一定的支撑性，能够有效阻止在打印过程中因微小间隙而造成打印过程中零件受重力作用下沉，进而造成打印错层的问题。因此，如图1所示，间隙支撑与零件作用面之间的微小间隙能够确保有效支撑前提下，实现在后处理工艺中免去除支撑。

间隙支撑与零件作用面之间竖直间隙距离原理：为确保层层叠加、层层粘结不脱落，如图2所示，通常固化深度或熔融烧结深度往往大于分层厚度，根据这个原理，要使支撑结构与打印件不粘结，需使支撑与零件作用面之间保留一定竖直间隙，如图3所示，竖直间隙值需保证固化或熔融烧结下一层时,最深固化处或熔融烧结处在支撑实体上方，竖直间隙距离值应当大于固化深度或熔融烧结深度与分层厚度的差值，使得零件与支撑不粘结，当竖直间隙值为固化深度与分层厚度的差值时，恰好二者不粘结，因此支撑结构与打印件无粘结，使得后处理无需去除支撑。

一种免去除支撑的3D打印方法，以陶瓷膏料光固化成型工艺为例，首先对陶瓷粉料氧化铝改性处理，将改性后的陶瓷氧化铝粉末加入由光引发剂、活性稀释剂及预聚物混合配制的低粘度光敏预混液中搅拌，获得固含量70-90wt％的光敏膏料。

具体地，包括以下步骤：

1)实验测得该陶瓷光敏膏料在多组光源功率、多组曝光时间或扫描速度等参数下成型设备的固化深度工艺参数表；

2)利用CAD技术对该轴类零件设计建模，根据零件精度要求，合理确定分层厚度为50μm，根据打印材料及分层厚度合理选用成型设备工艺参数值，设计间隙支撑结构，零件与支撑作用面之间竖直间隙距离为20μm(大于0.3倍层厚)，导出如图4所示同时包含零件与间隙支撑的STL模型文件；

3)将STL模型文件导入DLP打印切片软件，对零件与间隙支撑根据步骤2)中确定的分层厚度50μm分层处理，生成如图5所示的580层切片曝光截面，生成G代码加工文件；

4)制作工艺参数设定，根据步骤2)中确定的成型设备工艺参数值设定成型设备，添加打印材料，检查设备状态，准备打印；

5)设备打印开始，监控打印进程；

6)打印结束，取出零件实体部分，原型后处理获得零件。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。