一种无支撑彩色三维实体模型制造方法及肝脏模型技术

本发明专利技术公开了一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，将离型剂和水性颜料加入3D打印机中，其中一喷头中装载离型剂，其余喷头中装载色调不同的水性颜料；通过3D打印机的打印喷头将离型剂注入到可固化树脂或石蜡中，注入的离型剂按照产品三维数字模型的外形轮廓层层打印分隔出模型的外部形态；注入的水性颜料对三维数字模型内部需要着色的部位进行相应着色；将可固化树脂或石蜡进行固化，将离型剂外部的可固化树脂或石蜡剥离，离型剂包裹的部分即为得到的三维模型成品，可固化树脂或石蜡的粘度为100‑500000Pa·s。本发明专利技术能够完成无支撑彩色三维实体模型制造的同时，不需要添加任何支撑体，而是通过可固化树脂或石蜡材料来维持原始结构。

An unsupported three-dimensional solid model manufacturing method and liver model

The invention discloses a method for manufacturing unsupported color three-dimensional solid model, in which the release agent and water-based pigments are added to a 3D printer, one of the sprinklers is loaded with the release agent, and the other sprinklers are loaded with water-based pigments with different hues; the release agent is injected into curable resin or paraffin through the printing sprinkler of the 3D printer, and the injection release agent is in accordance with the shape of the three-dimensional digital model of the product. The outline layer printing separates the external shape of the model; the waterborne pigments injected into the model correspond to the parts that need to be colored inside the three-dimensional digital model; the curable resin or paraffin is cured, the curable resin or paraffin outside the release agent is peeled off, and the part wrapped by the release agent is the final product of the three-dimensional model, and the viscosity of the curable resin or paraffin is 100 500,000 Pa.\u00b7 S. The invention can complete the manufacture of unsupported color three-dimensional solid model without adding any support, but maintain the original structure by curable resin or paraffin material.

【技术实现步骤摘要】
一种无支撑彩色三维实体模型制造方法及肝脏模型
本专利技术涉及三维成型制造领域，具体涉及一种无支撑多彩三维实体模型制造方法及肝脏模型。
技术介绍
三维实物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，制造出实物物品的制造技术。光固化3D打印技术或者熔融沉积制造(FDM)工艺只能制造出单一色彩的三维模型，要实现彩色需后续进行人工上色，这样制造多彩三维模型的过程繁琐且模型精度较低。喷墨3D打印技术目前制造个性化多彩三维模型的常用方法，其具有制造精度高，色彩丰富等特点，但是目前喷墨3D打印设备及材料价格昂贵，不适宜于大规模应用。同时随着个性化三维实物模型对材料空间结构要求的复杂化，现有的3D打印制造技术在空间结构构造方面出现了很多弊端。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三维模型制造的成本与周期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，该方法具有可实现模型的彩色，制造过程无需支撑，制造效率高，易于操作，成本低等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，使用可固化树脂或石蜡作为三维实体模型制造的主体原料,其特征在于，包括如下步骤：S1:3D打印机的准备将离型剂和水性颜料加入3D打印机中，所述3D打印机的打印喷头的数量至少为两个，其中一喷头中装载离型剂，其余喷头中装载色调不同的水性颜料；S2:打印及光固化通过3D打印机的打印喷头将离型剂和水性颜料注入到可固化树脂或石蜡中，注入的离型剂按照产品三维数字模型的外形轮廓层层打印分隔出模型的外部形态；与此同时，注入的水性颜料对三维数字模型内部需要着色的部位进行相应着色；S3：后处理将可固化树脂或石蜡进行固化，由于离型剂的作用，固化的树脂或石蜡材料被分隔为两部分，同时多彩水性颜料由于与树脂或石蜡互不相溶而被固定在相应部位，形成三维模型中的彩色部分，将外部材料剥离后，离型剂包裹部分即为得到的三维模型成品；其中，可固化树脂或石蜡材料的粘度为100-500000Pa·s。进一步的，所述三维数字模型为成型物体的三维模型切片模型，各喷头按照切片模型中每一层的结构信息与色调的设计完成协同喷出与堆积。进一步的，所述3D打印机还包括收容池，所述收容池中装有所述的可固化树脂或石蜡材料。进一步的，可固化树脂或石蜡材料采用光固化、降温固化或反应固化。一种肝脏模型，采用上述无支撑彩色三维实体模型制造方法制作。肝脏模型具体的制作过程如下：首先通过计算机协助控制，将多个喷头移动置可固化树脂或石蜡内的起始位置，之后将肝脏原型数据导入切片软件中，软件通过计算分析得到肝脏原型的切片模型，使用计算机软件使多个喷头在液态透明的可固化树脂或石蜡中进行挤出，肝脏组织采用离型剂进行分隔，静脉血管以及动脉血管分别使用两种不同颜色的水性颜料进行构造，喷头A承载离型剂，喷头B和C分别承载两种不同颜色的水性颜料，从可固化树脂或石蜡的底部开始，对肝脏的肝脏组织和静脉、动脉血管分别进行分隔和构造，在分隔肝脏组织区域时A喷头开启，B、C喷头关闭，喷头行进至血管区域时A喷头关闭，B或C喷头开启，各喷头按照设计好的模型协调运作，最终完成整个模型；最后将喷头移出可固化树脂或石蜡，对模型进行降温固化，待固化完成后，使用物理或化学手段将离型剂外包裹的石蜡固体材料分离，从而一次性完成肝脏模型的制造，其中，可固化树脂或石蜡材料的粘度为100-500000Pa·s。进一步的，所述的多组喷头中其中一个喷头承载离型剂，其他喷头每个喷头承载一种颜色的水性颜料，并且喷头数量可按照颜色数量需求更改。步骤(2)中所述的计算机软件制定的模型为成型物体三维模型切片模型，多组喷头能够按照切片模型中每一层的结构信息与色调的设计完成协同喷出与堆积，一次性完成多彩三维结构的制造过程。本专利技术中可固化树脂或石蜡材料在适宜的温度下呈液态且粘度在100-500000Pa·s，能够使得挤出的离型剂或者水性颜料保持原有形态稳定维持在其中，同时，可固化树脂或石蜡材料具有一定流动性，能够使喷头在可固化树脂或石蜡材料中运作时流动填充，因而喷头的运作在不破坏可固化树脂或石蜡材料分布结构的前提下能够自由移动。可固化树脂或石蜡材料在光照、降温或反应后，可以转变为固态。由于离型剂的作用，在完成成型步骤后离型剂外部的可固化树脂或石蜡材料最终能够使用物理或化学手段分离，并且分离过程不会对成型体造成损伤。本专利技术使用可固化树脂或石蜡材料作为模型制造原料，使用计算机控制负载有离型剂和多彩水性颜料的多个喷头协同挤出原料。本专利技术能够完成无支撑彩色三维实物模型制造的同时，不需要添加任何支撑体，而是通过可固化树脂或石蜡材料来维持原始结构。本专利技术设计原理如下：可固化树脂或石蜡材料(粘度在100-500000Pa·s之间)在适宜的温度下具有剪切变稀的特性，即高分子在流动时各液层间总存在一定的速度梯度，细而长的大分子若同时穿过几个流速不等的液层时，同一个大分子的各个部分就要以不同速度前进，这种情况显然是不能持久的。因此，在流动时，每个长链分子总是力图使自己全部进入同一流速的流层。不同流速液层的平行分布就导致了大分子在流动方向上的取向。这种现象犹如河流中随同流水一起流动的绳子(细而长)一样，它们总是自然地顺着水流方向纵向排列的，聚合物在流动过程中随剪切速率或剪切应力的增加，由于分子的取向使黏度降低。因此，可固化树脂或石蜡材料在适宜的温度下自身粘度可以使得挤出的材料在其中保持结构稳定，同时由于喷头在可固化树脂或石蜡材料中的运动又表现出剪切变稀的特性，从而使得多组喷头在可固化树脂或石蜡材料中在运动时不会破坏可固化树脂或石蜡材料的整体结构。附图说明图1肝脏组织构造过程及喷头作用示意图；图2肝脏血管构造过程及喷头作用示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，使用可固化树脂或石蜡作为三维实体模型制造的主体原料,包括如下步骤：S1:3D打印机的准备将离型剂和水性颜料加入3D打印机中，3D打印机的打印喷头的数量至少为两个，其中一喷头中装载离型剂，其余喷头中装载色调不同的水性颜料。S2:打印及光固化通过3D打印机的打印喷头将离型剂注入到呈液态的可固化树脂或石蜡中，注入的离型剂按照产品三维数字模型的外形轮廓层层打印堆积分隔出模型的外部形态；与此同时，注入的水性颜料对三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，使用可固化树脂或石蜡作为三维实体模型制造的主体原料,其特征在于，包括如下步骤：S1:3D打印机的准备将离型剂和水性颜料加入3D打印机中，所述3D打印机的打印喷头的数量至少为两个，其中一喷头中装载离型剂，其余喷头中装载色调不同的水性颜料；S2:打印及光固化通过3D打印机的打印喷头将离型剂和水性颜料注入到可固化树脂或石蜡中，注入的离型剂按照产品三维数字模型的外形轮廓层层打印分隔出模型的外部形态；与此同时，注入的水性颜料对三维数字模型内部需要着色的部位进行相应着色；S3：后处理将可固化树脂或石蜡进行固化，由于离型剂的作用，固化的树脂或石蜡被分隔为两部分，同时多彩水性颜料由于与树脂或石蜡互不相溶而被固定在相应部位，形成三维模型中的彩色部分，将离型剂外部的可固化树脂或石蜡剥离后，离型剂包裹的可固化树脂或石蜡即为得到的三维模型成品；其中，可固化树脂或石蜡的粘度为100‑500000Pa·s。

【技术特征摘要】
1.一种无支撑彩色三维实体模型制造方法，使用可固化树脂或石蜡作为三维实体模型制造的主体原料,其特征在于，包括如下步骤：S1:3D打印机的准备将离型剂和水性颜料加入3D打印机中，所述3D打印机的打印喷头的数量至少为两个，其中一喷头中装载离型剂，其余喷头中装载色调不同的水性颜料；S2:打印及光固化通过3D打印机的打印喷头将离型剂和水性颜料注入到可固化树脂或石蜡中，注入的离型剂按照产品三维数字模型的外形轮廓层层打印分隔出模型的外部形态；与此同时，注入的水性颜料对三维数字模型内部需要着色的部位进行相应着色；S3：后处理将可固化树脂或石蜡进行固化，由于离型剂的作用，固化的树脂或石蜡被分隔为两部分，同时多彩水性颜料由于与树脂或石蜡互不相溶而被固定在相应部位，形成三维模型中的彩色部分，将离型剂外部的可固化树脂或石蜡剥离后，离型剂包裹的可固化树脂或石蜡即为得到的三维模型成品；其中，可固化树脂或石蜡的粘度为100-500000Pa·s。2.根据权利要求1所述的无支撑彩色三维实体模型制造方法，其特征在于：所述三维数字模型为成型物体的三维模型切片模型，各喷头按照切片模型中每一层的结构信息与色调的设计完成协同喷出与堆积。3.根据权利要求1所述的无支撑彩色三维实体模型制造方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，黄靖栋，刘刚，赵风君，赵景洲，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43