本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，尤其涉及一種快速去除3D打印支撐的方法。

背景技術(shù)：

增材制造（Additive Manufacturing,AM）俗稱3D打?。?-Dimension Printing），與傳統(tǒng)的以車、銑、刨、磨等為代表的材料去除加工技術(shù)不同的是，增材制造是一種在計算機控制下通過材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)。

增材制造技術(shù)發(fā)源于20世紀80年代，其核心思想是先離散再堆積的“降維制造”，因此，增材制造技術(shù)對外形復(fù)雜度不敏感，采用增材制造可以省去中間環(huán)節(jié)，直接制造出形狀復(fù)雜的零件。精準、高效、響應(yīng)速度快、可實現(xiàn)個性化制造，3D打印技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢正廣泛應(yīng)用于航空航天、模具制造、醫(yī)療、汽車、消費電子等領(lǐng)域，為現(xiàn)代制造業(yè)提供了一種有力的工具和一條嶄新的思路。

按照材料的供給方式，3D打印技術(shù)可分為鋪粉和送粉/送絲兩種基本類型。以熔融沉積成形（Fusion Deposition Modeling,FDM）為代表的送絲技術(shù)往往需要為零件懸垂結(jié)構(gòu)添加支撐。此外，為了方便零件從成型基板上去除，需要在零件與基板接觸部分添加支撐。FDM基本的制造流程為：

（1）在計算機上設(shè)計零件三維模型；

（2）為零件懸垂部分及與基板接觸部位添加支撐；

（3）對模型進行切片處理，將三維模型離散為N個高度為和h的片層；

（4）對步驟（2）中所得到的每一個片層進行加工路徑的規(guī)劃，得到一系列二維軌跡信息；

（5）按照步驟（3）中的第一片層的加工路徑進行二位方向上的加工，加工厚度為h；

（6）進行下一片層的加工，直到N個片層全部加工完畢；

（7）去除零件支撐，進行后處理。

在實際的制造過程中，支撐的去除往往需要耗費大量的時間，而且通常情況下大面積的支撐去除非常困難，去除支撐的過程中容易對零件表面造成損傷，造成表面粗糙度和精度下降，甚至無法使用。

為了解決這一難題，研究人員采取了以下兩種方法：

一方面，改變支撐的結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)格狀、鏤空、樹狀等結(jié)構(gòu)降低支撐的強度和支撐與零件的結(jié)合力，從而提高支撐的可去除性。

另一方面，改變支撐材料，采用水溶性材料作為支撐結(jié)構(gòu)，例如可溶于水的聚乙烯醇（PVA）材料。

然而上述兩種方法都有其缺陷。改變支撐結(jié)構(gòu)雖然能再一定程度上降低支撐與零件的結(jié)合力，但是支撐仍然難以完全去除，去除支撐后的零件表面粗糙度和精度依然較差；改變支撐材料雖然可以完全去除支撐，但是往往需要將支撐在水中浸泡相當長的一段時間，而且水溶性的材料價格較高，支撐體積越大時間和價格成本越高。

此外，以上兩種方法都存在一個共同的問題：支撐結(jié)構(gòu)和零件實體變形量不同，在零件內(nèi)部易造成殘余應(yīng)力，導(dǎo)致零件變形甚至開裂，而且支撐體積與零件體積越接近這種負面影響越顯著。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種快速去除3D打印支撐的方法，以解決現(xiàn)有3D打印技術(shù)中去除支撐困難，在零件內(nèi)部易造成殘余應(yīng)力，導(dǎo)致零件變形甚至開裂等問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的一種快速去除3D打印支撐的方法，包括步驟如下：

（1）利用三維軟件建立零件模型，并以.STL格式保存；

（2）將所述.STL格式保存的零件模型導(dǎo)入到切片軟件中添加支撐并切片；

（3）識別并分離步驟（2）中零件和支撐的切片信息，提取支撐起始和結(jié)束的片層信息并保存至控制系統(tǒng)；

（4）在支撐結(jié)構(gòu)打印開始之前，控制系統(tǒng)根據(jù)步驟（3）中保存的支撐起始片層信息控制介質(zhì)材料噴頭在基板或者先期成形的零件實體上打印一層介質(zhì)材料，然后更換零件材料打印頭打印支撐結(jié)構(gòu)；

（5）在支撐結(jié)構(gòu)打印結(jié)束之后，控制系統(tǒng)根據(jù)步驟（3）中保存的支撐結(jié)束片層信息控制介質(zhì)材料噴頭在先期成形的支撐結(jié)構(gòu)上噴涂一層介質(zhì)材料，然后更換零件材料打印頭打印零件；

（6）零件打印完成之后，將零件和成型基板取下并對介質(zhì)層進行降解處理，支撐與零件、基板的連接處的易降解材料溶解，支撐與零件自然分離。

優(yōu)選地，所述的介質(zhì)材料為易降解材料，所述零件材料為不可降解材料。

優(yōu)選地，所述的易降解材料為固體絲材、粉末顆?；蛞后w光敏樹脂。

優(yōu)選地，上述步驟（6）中的降解方式是溶于特定溶液、加熱溶解或者光照分解。

優(yōu)選地，上述步驟（6）中的易降解材料具體添加在零件與基板之間、零件與支撐之間、以及支撐與基板之間。

優(yōu)選地，介質(zhì)材料根據(jù)支撐截面積的大小選擇是否需要添加：首先設(shè)置支撐截面積閾值，在打印支撐前后，計算支撐起始或者結(jié)束截面面積，若截面面積大于設(shè)定的積閾值，則所述介質(zhì)材料噴頭開啟，打印指定層厚的介質(zhì)材料；若截面面積小于設(shè)定的積閾值，則不打印介質(zhì)材料，直接打印零件實體。

優(yōu)選地，所述的介質(zhì)層的厚度可調(diào)，支撐厚度是打印層厚的整倍數(shù)。

優(yōu)選地，所述的介質(zhì)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇實體、網(wǎng)格或多孔的結(jié)構(gòu)類型，或自定義結(jié)構(gòu)形式。

本發(fā)明的有益效果：

1）支撐去除容易且快捷；

2）去除支撐的時候不影響零件表面質(zhì)量；

3）介質(zhì)材料用量少，降低了異種材料收縮率不同而造成零件變形、開裂的影響；

4）易降解材料用量少，節(jié)約成本，介質(zhì)層分解速度快；

5）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)模塊化設(shè)計制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明快速去除3D打印支撐的方法的步驟流程圖。

圖2為介質(zhì)層為實體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為介質(zhì)層為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為介質(zhì)層為多孔結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的一種快速去除3D打印支撐的方法，包括步驟如下：

（1）利用三維軟件建立零件模型，并以.STL格式保存；

（2）將所述.STL格式保存的零件模型導(dǎo)入到切片軟件中添加支撐并切片；

（3）識別并分離步驟（2）中零件和支撐的切片信息，提取支撐起始和結(jié)束的片層信息并保存至控制系統(tǒng)；

（4）在支撐結(jié)構(gòu)打印開始之前，控制系統(tǒng)根據(jù)步驟（3）中保存的支撐起始片層信息控制介質(zhì)材料噴頭在基板或者先期成形的零件實體上打印一層介質(zhì)材料，然后更換零件材料打印頭打印支撐結(jié)構(gòu)；

（5）在支撐結(jié)構(gòu)打印結(jié)束之后，控制系統(tǒng)根據(jù)步驟（3）中保存的支撐結(jié)束片層信息控制介質(zhì)材料噴頭在先期成形的支撐結(jié)構(gòu)上噴涂一層介質(zhì)材料，然后更換零件材料打印頭打印零件；

（6）零件打印完成之后，將零件和成型基板取下并對介質(zhì)層進行降解處理，支撐與零件、基板的連接處的易降解材料溶解，支撐與零件自然分離。

其中，所述的介質(zhì)材料為易降解材料，所述零件材料為不可降解材料。

其中，所述的易降解材料為固體絲材、粉末顆粒或液體光敏樹脂。

其中，上述步驟（6）中的降解方式是溶于特定溶液、加熱溶解或者光照分解。

其中，上述步驟（6）中的易降解材料具體添加在零件與基板之間、零件與支撐之間、以及支撐與基板之間。

其中，介質(zhì)材料根據(jù)支撐截面積的大小選擇是否需要添加：首先設(shè)置支撐截面積閾值，在打印支撐前后，計算支撐起始或者結(jié)束截面面積，若截面面積大于設(shè)定的積閾值，則所述介質(zhì)材料噴頭開啟，打印指定層厚的介質(zhì)材料；若截面面積小于設(shè)定的積閾值，則不打印介質(zhì)材料，直接打印零件實體。

其中，所述的介質(zhì)層的厚度可調(diào)，支撐厚度是打印層厚的整倍數(shù)。

其中，所述的介質(zhì)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇實體、網(wǎng)格或多孔的結(jié)構(gòu)類型，或自定義結(jié)構(gòu)形式。

參照圖1所示，實施例1中，具體工作流程如下：

11.在計算機上建立零件的三維模型；

12.以.STL格式導(dǎo)入到切片軟件中；

13.在零件與基板接觸部位、零件懸垂結(jié)構(gòu)處添加支撐；

14.設(shè)置介質(zhì)層厚度d以確定介質(zhì)打印的厚度，設(shè)置介質(zhì)層接觸面閾值A(chǔ)以確定是否需要打印介質(zhì)層，設(shè)置介質(zhì)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式；

15.對零件進行切片處理；

16.將切片數(shù)據(jù)導(dǎo)入到打印機控制系統(tǒng)；

17.控制系統(tǒng)根據(jù)切片信息分別打印零件、支撐、介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；

18.打印完成后取下零件和基板，對介質(zhì)材料進行降解處理，支撐與零件、基板的連接處的易降解材料溶解，支撐與零件自然分離；

19.取下零件，打印完成。

參照圖2-圖4所示，其分別為三個不同的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)形式，其中：

圖2是實體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)收縮率小，強度較高，適合于變形較大的部位或者接觸面積較小的部位；

圖3是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)易于拆除，節(jié)省材料，適合于接觸面積較大的部位；

圖4是多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)收縮率和強度介于上述二者之間，多孔結(jié)構(gòu)增大了材料與溶液的接觸面積或者受熱、受光輻射面積，有助于后期介質(zhì)材料的快速去除。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。