[发明专利]一种无支撑增材的制造方法

说明书

本发明公开了一种无支撑增材的制造方法，包括以下步骤：(1)采用带有内喷头和外喷头的3D打印机，内喷头和外喷头同轴设置，内喷头的出料端伸入外喷头的喷腔内，且内喷头与外喷头的出料端平齐；(2)利用3D打印机在颗粒状凝胶中进行打印，凝胶前驱体、凝胶交联剂分别通过外喷头、内喷头流出，打印得到未完全反应的中空凝胶纤维；(3)通过控制打印参数，使未完全反应的中空凝胶纤维逐层堆积，形成三维结构；(4)打印完成后，去除多余颗粒状凝胶，将三维结构浸泡于所述凝胶交联剂中，使其完全固化。本发明利用颗粒状凝胶作为支撑，无需打印支撑，即可实现复杂三维结构的制造，并且在实现复杂三维结构的同时可以保证内部具有流道网络。

技术领域

本发明属于立体成型增材制造领域，具体涉及一种无支撑增材的制造方法。

背景技术

三维打印技术打印三维实体模型制造技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术。以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。三维打印技术依据“逐层打印，层层叠加”的原理来打印具有特殊外形或复杂内部结构的物体。其成型过程不受任何几何形状的限制，打印速度可以随意控制，不同的材料可以通过不同的喷头打印，打印的物质可以是溶液、悬浮液或乳液，因此，三维打印可以很容易的控制材料组成、微观结构和表面特性。

由于增材制造过程是基于堆积原理进行的，因此在一些空间结构堆积过程中需要构件支撑，否则其空间结构在后期的定型过程中会出现变形的现象，而支撑本身也存在一定的局限性。一方面，支撑结构需要一定条件，在制造模型的过程中需要解决到支撑机构如何构建的问题，因此会增加构建过程的难度，并且一些空间结构的构建也会因此受到局限。另一方面，支撑过程中支撑结构数量不宜过多与过复杂，否则在后期去除支架时会影响到最终成品的质量，大量的支撑结构也会增加增材制造的成本与周期。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无支撑增材的制造方法，该方法制造过程无需打印支撑，具有制造效率高，易于操作，成本低的优势。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种无支撑增材的制造方法，包括以下步骤：

(1)利用带有内喷头和外喷头的3D打印机，内喷头和外喷头同轴设置，内喷头的出料端伸入外喷头的喷腔内，且内喷头与外喷头的出料端平齐；

采用凝胶前驱体、凝胶交联剂作为增材制备原料，颗粒状凝胶作为支撑材料；

(2)利用3D打印机在颗粒状凝胶中进行打印，凝胶前驱体、凝胶交联剂分别通过外喷头、内喷头流出，打印得到未完全反应的中空凝胶纤维；

(3)通过控制打印参数，使未完全反应的中空凝胶纤维逐层堆积，在逐层打印的过程中相邻的中空凝胶纤维融合在一起，颗粒状凝胶起到支撑和限制作用，形成三维结构；

(4)打印完成后，去除多余颗粒状凝胶，之后将三维结构浸泡于所述凝胶交联剂中，使其完全固化，即得所述无支撑增材。

作为优选，所述凝胶前驱体为海藻酸钠水溶液，其质量百分比浓度为1～3％，流速为0.6～1.0ml/min。

作为优选，所述凝胶交联剂为氯化钙水溶液，其质量百分比浓度为3～6％，流速为0.1～0.4ml/min。

作为优选，所述颗粒状凝胶为Carbopol水凝胶，其质量百分比浓度为0.5～2％，pH为6～8。

作为优选，所述步骤(3)中，逐层打印过程中，控制平台运动的速度为2000～6000mm/min，每打印一层后同轴喷头提升0.2～0.4mm。

本发明的原理如下：