一種3d打印產(chǎn)品表面拋光方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種3D打印產(chǎn)品表面拋光處理的方法以及所需要的裝置。具體是指將3D打印產(chǎn)品置于特殊設(shè)計(jì)的裝置中，利用能溶解該產(chǎn)品的溶劑作為化學(xué)拋光劑，加熱溶劑產(chǎn)生蒸汽，利用蒸汽進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品表面的拋光處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用蒸汽刻蝕技術(shù)，制備工藝簡(jiǎn)單，拋光效率高，而且溶劑可回收，不污染環(huán)境，是一種綠色高效的拋光技術(shù)。
【專利說(shuō)明】一種3D打印產(chǎn)品表面拋光方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種3D打印產(chǎn)品表面拋光方法及其裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用塑料、金屬和石膏等可粘合材料，通過(guò)逐層堆積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而，由于3D打印機(jī)打出的產(chǎn)品每一層的厚度高達(dá)100微米，在層與層堆積的過(guò)程中，沿截面厚度方向(即Z方向)往往很粗糙，制約了其在對(duì)表面質(zhì)量有較高要求領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0003]為了提高3D打印產(chǎn)品的光潔度和光亮度，需要使用拋光設(shè)備和拋光材料對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表面精細(xì)加工。傳統(tǒng)拋光工藝是利用柔性拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行修飾加工，如中國(guó)專利CN 1303654C等。這種單純靠機(jī)械力作用的拋光方式往往導(dǎo)致加工時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備損耗率高和表面質(zhì)量差等問(wèn)題，因而應(yīng)用的越來(lái)越少。取而代之的是通過(guò)機(jī)械、化學(xué)協(xié)同作用的拋光方式，其原理主要是利用化學(xué)物質(zhì)的潤(rùn)滑和腐蝕作用，得到更適合機(jī)械拋光的表面，如中國(guó)專利CN 1331636C和CN 100532484C等。但是利用機(jī)械接觸式拋光的方法都會(huì)不同程度地造成材料的表面破壞，形成微裂紋，也無(wú)法避免表層掩蓋下的亞表面損傷。同時(shí)，產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)機(jī)械接觸式拋光后，表面往往存在難以清洗的殘留物，所有這些都會(huì)最終影響產(chǎn)品的力學(xué)性能和使用壽命。同時(shí)，此類加工方法也不適合對(duì)具有凹凸結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品進(jìn)行拋光。
[0004]為了避免機(jī)械接觸式拋光的固有缺陷，中國(guó)專利CN 100462199C提出了一種常壓等離子體拋光方法，利用常壓等離子體中的高密度高能活性粒子與材料表面發(fā)生物理、化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)高效、原子級(jí)的材 料去除。但是該方法需要特殊的等離子體發(fā)生設(shè)備，而且主要針對(duì)碳化硅等硬脆性難加工材料，應(yīng)用面比較窄。中國(guó)專利CN 1142322C提出了一種不銹鋼化學(xué)拋光的方法，主要是利用鹽類物質(zhì)取代強(qiáng)腐蝕性的酸類，對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，改善了工作環(huán)境。但是該法直接將不銹鋼浸入化學(xué)溶劑中，不但不好控制拋光的程度，而且隨著拋光次數(shù)的增多，拋光效果會(huì)越來(lái)越差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)3D打印制品形狀的特殊性:多凸臺(tái)、多曲面和多內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，無(wú)法利用常規(guī)的機(jī)械接觸式方法對(duì)其進(jìn)行拋光處理的問(wèn)題，提供了一種利用溶劑蒸氣淺層刻蝕產(chǎn)品的表面，以獲得光亮、平整表面的加工方法。這一技術(shù)主要是針對(duì)一些在有機(jī)溶劑中具有一定溶解性的原材料打印出的產(chǎn)品。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn):將能溶解該產(chǎn)品的溶劑倒入可加熱容器中，再將需要拋光的物體放到該容器內(nèi)部支架上方的托盤中，安裝好冷凝管，最后將該容器置于加熱設(shè)備上加熱至溶劑的沸點(diǎn)，利用溶劑蒸汽對(duì)制品的表面進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)拋光的效果。具體的內(nèi)容如下:
[0007]所述的3D打印產(chǎn)品的原材料選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS )、聚乳酸(PLA)、尼龍(PA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚烷酸脂(PHA)、聚丁二酸丁二脂(PBS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)。
[0008]所述的溶劑選自丙酮、四氫呋喃、氯仿、二氯甲烷、N’ N-二甲基甲酰胺和甲酸的單組份或者多組分混合溶劑。加入溶劑后，溶劑液面高度須低于托盤2-3cm。
[0009]所述的3D打印產(chǎn)品表面拋光裝置包括冷凝管、接口、可加熱容器、托盤和支架，其連接關(guān)系為:冷凝管通過(guò)下部磨口與接口上部磨口連接，接口下部磨口與可加熱容器上部磨口連接，托盤置于可加熱容器內(nèi)部，其下方有支架支撐。
[0010]所述的可加熱容器的材質(zhì)選自玻璃或陶瓷，而且容器壁是透明的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可隨時(shí)觀察物體的拋光情況。
[0011]所述的接口是直角形狀的，當(dāng)蒸汽接觸接口壁而冷凝下來(lái)的溶劑液滴可直接回收利用。
[0012]所述的托盤上有小孔，防止冷凝的液滴在托盤上匯聚。
[0013]所述的托盤直徑小于容器的內(nèi)徑，防止托盤接觸容器壁，冷卻的蒸汽液滴直接滴到托盤上。
[0014]所述的支架可進(jìn)一步設(shè)計(jì)成能夠平面旋轉(zhuǎn)的支架。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):本方法對(duì)產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)無(wú)要求，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸產(chǎn)品的拋光處理，拋光裝置的拆卸和安裝都很方便、操作簡(jiǎn)單，拋光效率高，溶劑可回收，是一種綠色無(wú)污染的拋光方法。
[0016]盡管以上說(shuō)明本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象是3D打印產(chǎn)品，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于其它塑料產(chǎn)品的表面拋光處理。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1:為本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術(shù)裝置不意圖。
[0018]圖2:為本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術(shù)裝置中的托盤不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0020]附圖1是本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術(shù)的裝置，依次包括:1、冷凝管；2、接口 ；
3、可加熱容器；4、托盤；5、支架。
[0021]如附圖2所示，托盤上有很多小孔，有效防止了溶劑在托盤上的匯積。
[0022]以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但是不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將用ABS樹(shù)脂為原材料打印出的正方體放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量丙酮溶液，丙酮溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在56°C，保持lmin，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。經(jīng)檢測(cè)，使用該方法拋光的正方體表面光滑、無(wú)氣泡，表面粗糙度達(dá)到Ra 0.005，加工誤差小于0.lMm。[0025]對(duì)比例I
[0026]將用ABS樹(shù)脂為原材料打印出的正方體利用拋光膏和拋光布配合的機(jī)械式方法拋光30min。經(jīng)檢測(cè)，使用該方法拋光的正方體表面光潔度較低，表面粗糙度為Ra 0.05，加工誤差約5Mm。
[0027]實(shí)施例2
[0028]將用PCL樹(shù)脂為原材料打印出的圓柱體放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量氯仿和丙酮混合溶液(體積比為1:1)，混合溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在61 °C，保持2 min，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。經(jīng)檢測(cè)，使用該方法拋光的正方體表面光滑、無(wú)氣泡，表面粗糙度達(dá)到Ra 0.005，加工誤差小于0.lMm。
[0029]對(duì)比例2
[0030]將用PCL樹(shù)脂為原材料打印出的圓柱體浸入含有氯仿和丙酮混合溶液(體積比為1:1)的燒杯里進(jìn)行化學(xué)拋光，采用溶劑對(duì)樣品表面凹凸不平區(qū)域和劃痕進(jìn)行選擇性溶解2min。經(jīng)檢測(cè)，使用該方法拋光的圓柱體表面較為光滑，表面粗糙度為Ra 0.01，加工誤差約1mm。
[0031]實(shí)施例3
[0032]將用PLA為原材料打印出的圓柱體放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量氯仿溶液，氯仿溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在6rC，保持lmin，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
[0033]實(shí)施例4
[0034]將用PBS為原材料打印出的長(zhǎng)方體體放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量氯仿和丙酮的混合溶液(體積比2:1)，溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在ere，保持2min，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
[0035]實(shí)施例5
[0036]將用PC為原材料打印出的零件放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量二氯甲烷溶液，溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在40°C，保持lmin，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
[0037]實(shí)施例6
[0038]將用PVC樹(shù)脂為原材料打印出的圓柱體放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量四氫呋喃溶液，溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在65°C，保持lmin，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
[0039]實(shí)施例7
[0040]將用PA為原材料打印出的零件放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量甲酸和丙酮混合溶液(體積比2:1)，溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在56°C，保持5min，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
[0041]實(shí)施例8
[0042]將用POM為原材料打印出的零件放到托盤上，將托盤放入可加熱容器中，倒入適量N’ N -二甲基甲 酰胺和四氫呋喃的混合溶液(體積比2:1)，溶液液面應(yīng)低于托盤2-3cm，依次將直角形三角接口和冷凝管安裝上，通冷凝水，裝置安裝完成后，水浴加熱，控制溫度在65°C，保持5min，停止加熱，冷卻至室溫，待樣品表面的溶劑揮發(fā)完全后，取出即可。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印產(chǎn)品表面拋光方法，包括如下步驟:將能溶解該產(chǎn)品的溶劑倒入可加熱容器中，再將需要拋光的物體放到該容器內(nèi)部支架上方的托盤中，安裝好冷凝管，最后將該容器置于加熱設(shè)備上加熱至溶劑的沸點(diǎn)，利用溶劑蒸汽對(duì)制品表面進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)拋光的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述3D打印產(chǎn)品的原材料選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚乳酸、尼龍、聚己內(nèi)酯、聚烷酸脂、聚丁二酸丁二脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛或聚氯乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述溶劑選自丙酮、四氫呋喃、氯仿、二氯甲烷、N’ N-二甲基甲酰胺和甲酸的單組份或者多組分混合溶劑。
4.一種3D打印產(chǎn)品表面拋光裝置，包括冷凝管、接口、可加熱容器、托盤和支架，冷凝管通過(guò)下部磨口與接口上部磨口連接，接口下部磨口與可加熱容器上部磨口連接，托盤置于可加熱容器內(nèi)部，其下方有支架支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:可加熱容器的材質(zhì)選自玻璃或陶瓷，而且容器壁是透明的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可隨時(shí)觀察物體的拋光情況。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:接口是直角形狀的，當(dāng)蒸汽接觸接口壁而冷凝下來(lái)的溶劑液滴可直接回收利用。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:托盤上有小孔，防止冷凝的液滴在托盤上匯聚，托盤直徑小于容器的內(nèi)徑，防止托盤接觸容器壁。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:支架可進(jìn)一步設(shè)計(jì)成能夠平面旋轉(zhuǎn)的支架。`
【文檔編號(hào)】C08J7/12GK103524770SQ201310380087
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】馬林, 吳立新, 王麗麗, 卓東賢, 翁子驤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所