一种可变尺寸的大幅面3D打印方法和打印结构与流程

一种可变尺寸的大幅面3d打印方法和打印结构
技术领域
1.本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种可变尺寸的大幅面3d打印方法和打印结构。


背景技术：

2.目前的增材制造技术主要包括三种方式，第一种是通过高能激光或者高能粒子束对打印粉料进行照射，从而使照射位置的粉料融合，通过层层融合后最终得到三维的产品，第二种则是直接将打印材料喷射在基材上，喷射出的基材在一定条件下快速固化，通过层层喷射，从而形成三维打印产品，第三种方法则是向层层打印粉料的表面喷涂粘接材料，从而使粉料按照打印图案进行粘接，通过层层粘接最终形成三维打印产品。
3.以上方法中，有两种方法均需要在铺设的粉料表面进行打印，这样一来，粉料的均匀铺设则成为三维打印的必要前提，为了让粉料能够累积均匀铺设，必须提供一个固定容器，容器底板用于支撑粉料，同时通过移动容器底板改变粉料的高度，容器的边框用于对粉料进行限位，从而保持粉料顶部具有打印的平面，然而容器体积会随着打印工件体积的增大而增大，过大的容器必然会导致密封难度提高，从而容易出现漏砂、活塞卡顿以及驱动困难等问题。这些问题均让大型三维打印的难度大幅度提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种可变尺寸的大幅面3d打印方法。
5.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种可变尺寸的大幅面3d打印方法，包括如下步骤：
6.步骤s1、铺设打印粉料；
7.步骤s2、固化打印粉料得到图案和位于图案外侧的封闭边界；
8.步骤s3、重复步骤s1
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s2直至完成工件打印，重复过程中，相邻两层打印粉料的封闭边界每一处均连续；
9.步骤s4、脱除封闭边界组合形成的边框壳体，清除工件表面的打印粉料，完成3d打印。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，固化打印粉料的方法为：使用激光照射打印粉料，或者，使用高能粒子束照射打印粉料，或者，向打印粉料的表面喷射粘接剂。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，在固化打印粉料得到图案和位于图案外侧的封闭边界之前，铺设打印粉料之后，还包括，对打印粉料进行整平处理。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，封闭边界的数量至少为两个。
13.更进一步优选的，步骤s2中，所述图案为目标工件经过切片分层得到。
14.本发明还提供一种可变尺寸的大幅面3d打印结构，包括底板、边框壳体、打印粉料以及打印工件，所述打印粉料铺设在底板表面，所述边框壳体由打印粉料固化形成，边框壳体为上端开口的筒体结构，边框壳体内侧填充打印粉料，所述打印工件位于边框壳体内侧，
打印工件由边框壳体内侧的打印粉料固化形成。
15.本发明的可变尺寸的大幅面3d打印方法和打印结构相对于现有技术具有以下有益效果：
16.(1)本发明的可变尺寸的大幅面3d打印方法为增材制造技术提供了另一种可行方式，相比现有技术而言，不再需要提供固定化的工作缸体，因此也不用担心因为工件过大而导致的缸体密封性差、缸体活塞运动卡死、缸体磨损和成本过高的问题，本发明的方案中，采用打印成型的边框壳体替代常规工作缸体，边框壳体的体积可改变，边框壳体不需要进行活塞运动，边框壳体同样可具有支撑打印粉料和相对密封的作用，同时打印完毕的工件出料方式更简单，可以直接脱除边框壳体，然后清理未成形的粉料，从而得到工件，相比具有常规工作缸体的打印方法而言，对打印工件的破坏更小；
17.(2)同时本发明还提供了一种基于可变尺寸的大幅面3d打印方法的打印结构，底板和打印成型的边框壳体围合形成打印工作缸，在该形成的工作缸内进行工件打印，工作缸的结构可以进行柔性化控制，工作缸在打印完成后可以进行回收再利用，本方案的打印工件的体积大小由底板的面积大小所决定，因此相比常规固定化的工作缸而言，可以打印体积更大的工件，只需要在打印工件的外围打印边框壳体，从而能够在高度方向上不断铺设打印粉料以维持工件的增材打印。
附图说明
18.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，下面将对实施例或现有技术描述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。
19.图1为本发明可变尺寸的大幅面3d打印结构的剖面图；
20.图2为本发明可变尺寸的大幅面3d打印结构另一种实施方式的剖面图；
21.图3为本发明可变尺寸的大幅面3d打印结构另一种实施方式的剖面图。
22.图中：1
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底板、2
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边框壳体、3
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打印粉料、4
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打印工件。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施方式，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，所描述的实施方式仅仅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做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。
24.本发明的可变尺寸的大幅面3d打印方法，其包括如下步骤：
25.首先在底板上铺设打印粉料；
26.然后在铺设好的打印粉料的表面打印预设的图案，在打印的图案外围打印封闭边界；
27.再在上一次铺设的打印粉料的表面铺设打印粉料，并再次进行图案打印和封闭边界打印，如此重复，直至完成工件打印；
28.打印完成后，脱除封闭边界组合形成的边框壳体，清除工件表面未固化的打印粉
料，从而完成3d打印。
29.作为优选的，铺设的打印粉料厚度应该均匀，便于控制打印的质量。
30.其中打印的方法为：使用激光照射打印粉料，从而使打印粉料局部熔融粘接，或者，使用高能粒子束照射打印粉料，从而使打印粉料局部熔融粘接，或者，向打印粉料的表面喷射粘接剂，从而使打印粉料局部粘接。
31.上述操作中，相邻两层打印粉料中的封闭边界每一处均连续，连续的封闭边界成型后形成上端开口的筒体结构，筒体结构可以是规则的柱状筒体或者是不规则的筒体。
32.在具体的实施方式中，预设图案的打印方式可以与封闭边界的打印方式不同，也可以相同。
33.常规增材制造方法中，针对打印粉料，需要预设打印工作缸，缸体下方设有上下移动的底板，通过在底板上层层铺设打印粉料并进行打印，然后移动底板实现工件的打印，但是在工件逐渐成型的过程中，底板承受的重量较大，工作缸侧壁所承受的压力也较大，因此极易产生工作缸漏砂的问题，本技术中工作缸实际是打印成型的边框壳体，边框壳体是设置在底板上方的，因此不存在漏砂，同时为了能够让工作缸内的打印粉料能够逐渐升高，采用打印成型的方式，让边框壳体随着打印工件一起生长，解决了边框壳体无法相对底板移动的问题，同时常规增材制造方法中，受限于工作缸的体积难以做大，因此也无法一次打印出一个大型工件，本技术只需要有足够大的底板以及足够的打印粉料，即可实现大型3d打印工件的一次性制作。
34.在具体实施方式中，封闭边界的数量不少于两个，一个封闭边界最终形成一层边框壳体，当打印工件的高度较高时，边框壳体下方所受大的打印粉料的压力较大，容易破损，为了达到更好的支撑效果，可以设置多层边框壳体，多层边框壳体内外嵌套，从而提高封闭边界对内部打印粉料的约束力和支撑力，同时当打印高度较高时，边框壳体上层的封闭边界处，打印粉料容易掉落，从而导致该处打印粉料稀疏，不利于铺设厚度均匀的打印粉料，此时，若采用多层的边框壳体，外层的边框壳体可以对内侧的打印粉料进行约束，从而防止内层的边框壳体上方的打印粉料掉落，有效保证内层的边框壳体打印成型。
35.作为进一步可选的实施方案，多层封闭边界的高度可以不一样，例如底层设有三层封闭边界，至中间层时，最外圈的封闭边界不在打印固化，从而保留内侧的两圈封闭边界，最后至高层时，只保留最内圈的封闭边界，如此可以尽可能降低不必要的封闭边界的打印，且仍然可以保持封闭边界的支撑强度。
36.在具体实施方式中，预设的图案为目标工件经过切片分层得到，经过切片分层后的目标工件，每一层的图案对应3d打印的打印图案。
37.如果1
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3所示，本发明的可变尺寸的大幅面3d打印结构，包括底板1、边框壳体2、打印粉料3以及打印工件4，其中，打印粉料3铺设在底板1的表面，边框壳体2由打印粉料3经过打印固化形成。
38.在具体实施方式中，边框壳体2在打印的过程中可以随着打印工件的形状结构进行变化，因此边框壳体2可以是非规则筒体形状，具体如图2所示；而为了提供更好的支撑效果，边框壳体2可以采用双层甚至是多层结构，具体如图3所示。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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。