一种3D打印结构、制作方法及应用技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，公开了一种3D打印结构及其制作方法，在打印件的层与层之间铺设纤维网，纤维网至少一侧超出打印层的宽度并与打印层材料紧密结合在一起，超出打印层部分的纤维网能够垂下覆盖到纤维网铺设的打印层，并与该打印层的其下打印层铺设的纤维网有适当搭接量；再进行的碾压处理，使得伸出打印件以外的纤维网与打印件的内、外表面紧密结合在一起。本发明专利技术使得3D打印结构中纤维在打印体的长、宽、高三个维度形成了有序的三维立体网格连接分布，从而极大的提高了3D打印体在X、Y方向的结合强度，而且还大大提高层间Z方向的结合质量、强度，其整体的刚度、韧性与结合质量也得到大幅提升。

A 3D printing structure, manufacturing method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印结构、制作方法及应用
本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种3D打印结构、制作方法及应用。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：3D打印应用已越来越多，但是，其在应用过程中还是存在许多问题，特别是在非金属材料的3D打印中普遍存在着层间结合力差、强度低、表面凸凹不平、耐冲击性能差、整体致密性不好等问题。对于一些大型3D打印，特别是现在正在兴起的3D打印建筑，尽管很多机构为了提高层间结合力，在打印材料中添加了短纤维，希望通过打印体基体材料与分散的纤维的结合强度来提高整体性能，但由于短纤维的无序式分布，且纤维与基体材料结合力有限，该方法对于强度的提高非常有限。此外，还有采用长纤维结合到3D打印中的方式，但其也只是解决了打印体打印长度方向的强度与韧性的问题，对于打印件的层间结合，或者打印体宽度方向的结合强度的提高没有任何促进作用，打印件有些还是存在明显的分层等现象，这就导致打印体的刚度差、抗震性差等问题。针对上述现象，有些专利还提到了在其表面粘贴一层纤维网以提高层间结合力，但这种办法就也存在纤维网整层剥落等问题，对于3D打印件本体强度提升有限。综上所述，现有技术存在的主要问题是：层与层之间结合力差。层间致密性不高。内外表面粗糙不平。对于非金属3D打印结构，普遍存在材料的强度较低、有些还存在塑性、韧性差等问题，使得打印体的抗剪性差，整体抗冲击差。现有的玻璃钢结构采用玻璃纤维与树脂的复合，生产环境差。此外，玻璃钢也不能回收再利用。玻璃钢结构重量较重，树脂韧性差，对于损伤的容忍性差。像墙体类打印件其相邻道之间的结合强度差，且其结合质量难以检验(目前国内大多数采用一道厚度很大的打印，材料浪费较大)。解决上述技术问题的难度：由于3D打印是一种增材制造技术，在打印过程中依靠的就是一层层堆积来完成所打印产品：对于高分子材料基本都是采用熔敷方式实现，即新的堆积材料加热到熔融状态，然后堆积到前一层已经凝固的材料或者原始基底上，熔融的材料在重力的作用下必然存在往下的运动，这就使得熔融层的中部必然存在鼓起的现象，形成了表面的凸凹不平。此外，由于3D打印时只是将熔融的材料堆积在已经凝固的打印层上，其未将已凝固层重新融化，因此，极易存在层间融合不良等缺陷。而对于3D打印建筑，则是新的水泥混凝土的堆积到已凝固一定程度、具有一定强度的混凝土上，因此，其层间的结合质量也难以得到保障。此外，对于3D打印建筑，普遍都存在墙面开裂问题，现有解决方法是当墙体建成后在其表面粘贴一层玻璃纤维网，这也增加了生产工序且所粘贴纤维网也存在容易剥落的问题。解决上述技术问题的意义：由于上述困难的存在，导致3D打印目前绝大多数只能进行一些模型等小型物品的打印，难以保质保量的实现真正的大规模工业化生产。而本专利技术从根本上解决了层与层间的结合问题，极大的提高了打印体整体强度与抗冲击性能，使得3D打印大规模工业化应用成为可能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种3D打印结构、制作方法及应用。本专利技术是这样实现的，一种3D打印结构，铺设有上层纤维网，所述上层纤维网至少一侧超出上层打印层的宽度并与打印层材料紧密结合在一起；上层纤维网超出上层打印层的垂下部分覆盖位于上层打印层下面的下层打印层，并与下层打印层下面铺设的下层纤维网搭接。形成具有一定高度的搭接部分，如对于高分子材料的打印件，其搭接部分高度可以是一层打印层的厚度。进一步，针对所打印结构的应力、结构等的不同，可以采用在具体部位铺设不同层数、网孔尺寸、纤维网的纤维粗细及材质的纤维网，如：在应力最大的区域可以在层间铺设多层碳纤维网(或者网孔致密的多层玻璃纤维网，如孔径3*3)，而在应力较大的区域铺设一层碳纤维网(或者多层普通玻璃纤维网，如孔径10*10)，而一般区域可以只铺设一层普通玻璃纤维网(如孔径10*10)。通过这样不同的纤维网的结构安排，而不是整体都采用碳纤维网的结构，从而实现以最小的成本满足打印件的强度要求。针对具体结构应该通过精确计算与试验再来确认具体铺设安排。进一步，打印层的上表面通过压槽处理有凹槽，使得相接的打印件的层与层之间从平面结合方式转换为榫卯结合方式。进一步，纤维网压制在凹槽内成凹槽形状。进一步，纤维网探出打印层的内、外表面的部分通过进行内外表面碾压处理，使得纤维网探出部分与打印件的内、外表面紧密结合在一起。进一步，碾压完毕后，在打印件的表面涂装表面强化物质层，该表面强化物质层包括水泥浆、树脂、沥青、腻子、胶水粘性物质以及通过火焰、等离子体喷涂的表面处理材料中的一种；表面处理材料为金属Zn、Ti、Au、Ag以及化合物SiC、TiC表面装饰或者强化物质层中的一种。本专利技术的另一目的在于提供一种3D打印结构的制作方法，所述3D打印结构的制作方法包括：(1)在待打印部位铺设纤维网；(2)3D打印一层或者数层；(3)在已打印位置的上表面铺设纤维网，纤维网铺设时至少要超出打印层的内、外表面的一侧，以使纤维网能够垂下并覆盖部分打印层高度，伸出长度至少能够与其前一次铺设的纤维网有搭接；(4)铺设好纤维网后对打印层的上表面进行压槽处理，使得打印体的层与层之间从平面结合方式变成榫卯结合方式，在压槽过程中同时将纤维网也压入槽内，使得纤维网在打印体内也成有序的三维布局；(5)对内、外表面进行碾压处理，使得伸出打印件以外的纤维网与打印件的内、外表面紧密结合在一起，并通过碾压使得打印件的内外表面压实；(6)重复以上步骤直至打印完成。进一步，步骤(3)中，所述纤维网的铺设与3D打印同时进行；步骤(5)中，对内外表面进行碾压处理时，碾压后表面处理成凸凹相间表面，以提高后期处理的表面附着能力；所述表面涂装的物质可在打印过程中进行或打印结束后再进行处理；步骤(6)后还需进行：(7)在打印层的内、外表面进行表面涂装处理；(8)平整表面。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述3D打印结构及制作方法制作的3D打印抗震建筑、船体、飞机、雕塑、风机叶片、游艇等产品。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术用试验片进行测试，当碳纤维与热塑性树脂聚乳酸的组合使用时、体积纤维的占有率为6.6％，拉伸强度达到200MPa，比没有添加纤维的基体强度增加了6倍。弹性模量达到20GMPa，增加了4倍。由此可以看出，通过本专利技术的应用可以大幅提高打印体的强度、韧性、弹性模量等机械性能。本专利技术采用纤维网间隔铺设在打印层之间的结构，使纤维网与打印结构融为一体，不但在打印长度方向采用了长丝纤维，而且，本专利技术独创性的在宽度方向也同时采用了长丝纤维(因为我们使用的是纤维网)，且通过压槽处理以及纤维网两侧下垂搭接将所有打印体连接在一起，使得本专利技术中的纤维网与打印材料能够更好地融为一体，形成有序三维网格状分布结构，使得打印件在宽度以及高度方向也得到了强度的保证。其与现有技术在打印材料中加入短纤维、在打印件表面贴敷纤维以及长纤维融入打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印结构，其特征在于，所述3D打印结构铺设有上层纤维网，所述上层纤维网至少一侧超出上层打印层的宽度并与打印层材料紧密结合在一起；上层纤维网超出上层打印层的垂下部分覆盖位于上层打印层下面的下层打印层，并与下层打印层下面铺设的下层纤维网搭接。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印结构，其特征在于，所述3D打印结构铺设有上层纤维网，所述上层纤维网至少一侧超出上层打印层的宽度并与打印层材料紧密结合在一起；上层纤维网超出上层打印层的垂下部分覆盖位于上层打印层下面的下层打印层，并与下层打印层下面铺设的下层纤维网搭接。


2.如权利要求1所述的3D打印结构，其特征在于，所述纤维网在具体部位选择铺设不同层数、不同网孔尺寸、不同纤维粗细及材质；在应力最大的区域在层间铺设多层碳纤维网，在应力较大的区域铺设一层碳纤维网，在一般区域只铺设一层玻璃纤维网。


3.如权利要求1所述的3D打印结构，其特征在于，打印层的上表面通过压槽处理有凹槽，使相接的打印件的层与层之间从平面结合方式转换为榫卯结合方式。


4.如权利要求3所述的3D打印结构，其特征在于，纤维网被压制在凹槽内成凹槽形状。


5.如权利要求3所述的3D打印结构，其特征在于，纤维网探出打印层的内、外表面的部分通过进行内外表面碾压处理，使得纤维网探出部分与打印件的内、外表面紧密结合在一起。


6.如权利要求5所述的3D打印结构，其特征在于，碾压完毕后，在打印件的表面涂装表面强化物质层，该表面强化物质层包括水泥浆、树脂、沥青、腻子、胶水粘性物质以及通过火焰、等离子体喷涂的表面处理材料中的一种；表面处理材料为金属Zn、Ti、Au、Ag以及化合物SiC、TiC等...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚胜南，陈健，蓝家荣，任旭祥，陈佳豪，黄振威，陈泽煌，谭国钊，周文威，孙志杰，梁俊豪，夏涌斌，林家强，叶浩董，
申请(专利权)人：姚胜南，
类型：发明
国别省市：广东;44