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)品置于特殊設計的裝置中，利用能溶解該產(chǎn)品的溶劑作為化學拋光劑，加熱溶劑產(chǎn)生蒸汽，利用蒸汽進行相關產(chǎn)品表面的拋光處理。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用蒸汽刻蝕技術，制備工藝簡單，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。
【專利說明】一種3D打印產(chǎn)品表面拋光方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印【技術領域】，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】
[0002]3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用塑料、金屬和石膏等可粘合材料，通過逐層堆積的方式來構造物體的技術。該項技術在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、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、槍支以及其他領域都有廣泛的應用。然而，由于3D打印機打出的產(chǎn)品每一層的厚度高達100微米，在層與層堆積的過程中，沿截面厚度方向(即Z方向)往往很粗糙，制約了其在對表面質(zhì)量有較高要求領域中的應用。
[0003]為了提高3D打印產(chǎn)品的光潔度和光亮度，需要使用拋光設備和拋光材料對產(chǎn)品進行表面精細加工。傳統(tǒng)拋光工藝是利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質(zhì)對產(chǎn)品表面進行修飾加工，如中國專利CN 1303654C等。這種單純靠機械力作用的拋光方式往往導致加工時間長、設備損耗率高和表面質(zhì)量差等問題，因而應用的越來越少。取而代之的是通過機械、化學協(xié)同作用的拋光方式，其原理主要是利用化學物質(zhì)的潤滑和腐蝕作用，得到更適合機械拋光的表面，如中國專利CN 1331636C和CN 100532484C等。但是利用機械接觸式拋光的方法都會不同程度地造成材料的表面破壞，形成微裂紋，也無法避免表層掩蓋下的亞表面損傷。同時，產(chǎn)品在經(jīng)過機械接觸式拋光后，表面往往存在難以清洗的殘留物，所有這些都會最終影響產(chǎn)品的力學性能和使用壽命。同時，此類加工方法也不適合對具有凹凸結構的產(chǎn)品進行拋光。
[0004]為了避免機械接觸式拋光的固有缺陷，中國專利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、化學作用，實現(xiàn)高效、原子級的材 料去除。但是該方法需要特殊的等離子體發(fā)生設備，而且主要針對碳化硅等硬脆性難加工材料，應用面比較窄。中國專利CN 1142322C提出了一種不銹鋼化學拋光的方法，主要是利用鹽類物質(zhì)取代強腐蝕性的酸類，對不銹鋼表面進行化學刻蝕，改善了工作環(huán)境。但是該法直接將不銹鋼浸入化學溶劑中，不但不好控制拋光的程度，而且隨著拋光次數(shù)的增多，拋光效果會越來越差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對3D打印制品形狀的特殊性:多凸臺、多曲面和多內(nèi)嵌結構，無法利用常規(guī)的機械接觸式方法對其進行拋光處理的問題，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。這一技術主要是針對一些在有機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)明的目的可以通過以下方案來實現(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備上加熱至溶劑的沸點，利用溶劑蒸汽對制品的表面進行刻蝕，實現(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，其連接關系為:冷凝管通過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，實驗過程中可隨時觀察物體的拋光情況。
[0011]所述的接口是直角形狀的，當蒸汽接觸接口壁而冷凝下來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]所述的支架可進一步設計成能夠平面旋轉的支架。
[0015]本發(fā)明的實施方式與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:本方法對產(chǎn)品的外形、結構無要求，可以實現(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、操作簡單，拋光效率高，溶劑可回收，是一種綠色無污染的拋光方法。
[0016]盡管以上說明本發(fā)明的應用對象是3D打印產(chǎn)品，但是本發(fā)明也可以應用于其它塑料產(chǎn)品的表面拋光處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:為本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術裝置不意圖。
[0018]圖2:為本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術裝置中的托盤不意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖，對本發(fā)明進行詳細說明:
[0020]附圖1是本發(fā)明3D打印產(chǎn)品表面拋光技術的裝置，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]以下結合實施例進一步闡述本發(fā)明，但是不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]實施例1
[0024]將用ABS樹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，使用該方法拋光的正方體表面光滑、無氣泡，表面粗糙度達到Ra 0.005，加工誤差小于0.lMm。[0025]對比例I
[0026]將用ABS樹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械式方法拋光30min。經(jīng)檢測，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]實施例2
[0028]將用PCL樹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，使用該方法拋光的正方體表面光滑、無氣泡，表面粗糙度達到Ra 0.005，加工誤差小于0.lMm。
[0029]對比例2
[0030]將用PCL樹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)的燒杯里進行化學拋光，采用溶劑對樣品表面凹凸不平區(qū)域和劃痕進行選擇性溶解2min。經(jīng)檢測，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]實施例4
[0034]將用PBS為原材料打印出的長方體體放到托盤上，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]實施例6
[0038]將用PVC樹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備上加熱至溶劑的沸點，利用溶劑蒸汽對制品表面進行刻蝕，實現(xiàn)拋光的效果。
2.根據(jù)權利要求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，實驗過程中可隨時觀察物體的拋光情況。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于:接口是直角形狀的，當蒸汽接觸接口壁而冷凝下來的溶劑液滴可直接回收利用。
7.根據(jù)權利要求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)權利要求4所述的裝置，其特征在于:支架可進一步設計成能夠平面旋轉的支架。`
【文檔編號】C08J7/12GK103524770SQ201310380087
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權日:2013年8月28日
【發(fā)明者】馬林, 吳立新, 王麗麗, 卓東賢, 翁子驤 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結構研究所