[发明专利]三维物体成型方法及成型装置

说明书

本发明提供一种三维物体成型方法及成型装置。该三维物体成型方法包括如下步骤：形成粉末颗粒层，其中粉末颗粒层中至少含有能够发生热聚合的热固性粉末颗粒；根据层打印数据，在粉末颗粒层上喷射光固化材料，使光固化材料覆盖至少部分粉末颗粒层并渗透到粉末颗粒层内；对光固化材料进行固化，形成切片层；重复执行上述形成粉末颗粒层至形成切片层的步骤，使获得的多个切片层逐层叠加以形成三维物体生坯；加热三维物体生坯，使热固性粉末颗粒发生热聚合，得到三维物体。本发明提供的三维物体成型方法，能够使所获得三维物体具有非常好的机械性能以及较高的成型精度。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种三维物体成型方法及成型装置。

背景技术

3D打印技术又称为快速成型技术、快速原型制造技术、加式制造技术等，其基本原理是基于切片软件对3D模型进行切片，数据处理器将3D模型的切片数据转换成层打印数据，控制器根据层打印数据控制打印装置进行逐层打印，并叠加形成3D物体。现阶段3D打印技术主要包括选择性激光烧结技术(简称：SLS技术)、三维喷墨打印技术(简称：MJP技术)等。

SLS技术也称为粉末三维成型技术，其主要过程为在支撑平台上逐层铺设粉末颗粒层，根据模型数据通过激光有选择地分层烧结粉末颗粒，使粉末颗粒烧结或熔化后凝固成切片层，并使烧结成型的切片层逐层叠加，形成三维物体。SLS技术实际是一种物理成型过程，成型精度较低。

SLS技术所使用的材料可以是金属粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等。塑料一般可分为热固性塑料和热塑性塑料，其中，热固性塑料是指受热后软化流动、再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料；而热塑性塑料是一类在一定温度下具有可塑性，冷却后固化且能重复这种过程的塑料，因此，SLS技术所使用的塑料粉末多为热塑性粉末颗粒。但是，由热塑性粉末颗粒制成的三维物体通常会存在耐热性和刚性较差的缺陷，限制了其在航空航天、汽车工业、化工、纺织和机械制造等领域的应用。

MJP技术中，控制器根据层打印数据，控制打印头在支撑平台上选择性喷射光固化材料或热固化材料，之后通过校平和固化，形成固化的材料层，上述固化的材料层逐层叠加，形成三维物体。MJP技术实际是一种化学交联成型过程，具有较高的成型精度。然而为了确保喷墨打印的流畅性，光固化材料或热固化材料整体应具有适宜的粘度和表面张力等，从而对材料成分的具体选择带来一定的制约，使最终三维物体的机械性能难以满足工业应用。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种三维物体成型方法，以在具有较高成型精度的前提下，还能够使三维物体具有良好的机械性能。

本发明还提供一种三维物体成型装置，用于实施前述三维物体成型方法。

为实现上述目的，本发明提供一种三维物体成型方法，包括如下步骤：

形成粉末颗粒层，其中粉末颗粒层至少包括能够发生热聚合的热固性粉末颗粒；

根据层打印数据，在粉末颗粒层上喷射光固化材料，使光固化材料覆盖至少部分粉末颗粒层并渗透到粉末颗粒层内；

对光固化材料进行固化，形成切片层；

重复执行上述形成粉末颗粒层至形成切片层的步骤，使获得的多个切片层逐层叠加以形成三维物体生坯；

加热三维物体生坯，使热固性粉末颗粒发生热聚合而得到三维物体。

具体的，在实际三维物体成型过程中，可首先基于切片软件对3D模型进行切片，数据处理器将切片数据转换成层打印数据，控制器根据层打印数据控制三维喷墨打印机将光固化材料打印在粉末颗粒层表面，光固化材料渗透到粉末颗粒层内，热固性粉末颗粒间的缝隙被光固化材料所填充，热固性粉末颗粒被光固化材料包裹。经过光固化后，光固化材料中的光敏树脂发生交联固化而形成切片层；重复上述步骤使切片层逐层叠加，形成三维物体生坯；最后再对三维物体生坯进行加热，使热固性粉末颗粒发生化学交联而固化，最终获得三维物体。