[发明专利]一种3D打印产品表面抛光方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印产品表面抛光方法及其装置。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用塑料、金属和石膏等可粘合材料，通过逐层堆积的方式来构造物体的技术。该项技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有广泛的应用。然而，由于3D打印机打出的产品每一层的厚度高达100微米，在层与层堆积的过程中，沿截面厚度方向（即Z方向）往往很粗糙，制约了其在对表面质量有较高要求领域中的应用。

为了提高3D打印产品的光洁度和光亮度，需要使用抛光设备和抛光材料对产品进行表面精细加工。传统抛光工艺是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对产品表面进行修饰加工，如中国专利CN 1303654C等。这种单纯靠机械力作用的抛光方式往往导致加工时间长、设备损耗率高和表面质量差等问题，因而应用的越来越少。取而代之的是通过机械、化学协同作用的抛光方式，其原理主要是利用化学物质的润滑和腐蚀作用，得到更适合机械抛光的表面，如中国专利CN 1331636C和CN 100532484C等。但是利用机械接触式抛光的方法都会不同程度地造成材料的表面破坏，形成微裂纹，也无法避免表层掩盖下的亚表面损伤。同时，产品在经过机械接触式抛光后，表面往往存在难以清洗的残留物，所有这些都会最终影响产品的力学性能和使用寿命。同时，此类加工方法也不适合对具有凹凸结构的产品进行抛光。

为了避免机械接触式抛光的固有缺陷，中国专利CN 100462199C提出了一种常压等离子体抛光方法，利用常压等离子体中的高密度高能活性粒子与材料表面发生物理、化学作用，实现高效、原子级的材料去除。但是该方法需要特殊的等离子体发生设备，而且主要针对碳化硅等硬脆性难加工材料，应用面比较窄。中国专利CN 1142322C提出了一种不锈钢化学抛光的方法，主要是利用盐类物质取代强腐蚀性的酸类，对不锈钢表面进行化学刻蚀，改善了工作环境。但是该法直接将不锈钢浸入化学溶剂中，不但不好控制抛光的程度，而且随着抛光次数的增多，抛光效果会越来越差。

发明内容

本发明的目的是针对3D打印制品形状的特殊性：多凸台、多曲面和多内嵌结构，无法利用常规的机械接触式方法对其进行抛光处理的问题，提供了一种利用溶剂蒸气浅层刻蚀产品的表面，以获得光亮、平整表面的加工方法。这一技术主要是针对一些在有机溶剂中具有一定溶解性的原材料打印出的产品。

本发明的目的可以通过以下方案来实现：将能溶解该产品的溶剂倒入可加热容器中，再将需要抛光的物体放到该容器内部支架上方的托盘中，安装好冷凝管，最后将该容器置于加热设备上加热至溶剂的沸点，利用溶剂蒸汽对制品的表面进行刻蚀，实现抛光的效果。具体的内容如下:

所述的3D打印产品的原材料选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龙（PA）、聚己内酯（PCL）、聚烷酸脂（PHA）、聚丁二酸丁二脂（PBS）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲醛（POM）、聚氯乙烯（PVC）。

所述的溶剂选自丙酮、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、N’N-二甲基甲酰胺和甲酸的单组份或者多组分混合溶剂。加入溶剂后，溶剂液面高度须低于托盘2-3cm。

所述的3D打印产品表面抛光装置包括冷凝管、接口、可加热容器、托盘和支架，其连接关系为：冷凝管通过下部磨口与接口上部磨口连接，接口下部磨口与可加热容器上部磨口连接，托盘置于可加热容器内部，其下方有支架支撑。

所述的可加热容器的材质选自玻璃或陶瓷，而且容器壁是透明的，实验过程中可随时观察物体的抛光情况。

所述的接口是直角形状的，当蒸汽接触接口壁而冷凝下来的溶剂液滴可直接回收利用。

所述的托盘上有小孔，防止冷凝的液滴在托盘上汇聚。

所述的托盘直径小于容器的内径，防止托盘接触容器壁，冷却的蒸汽液滴直接滴到托盘上。

所述的支架可进一步设计成能够平面旋转的支架。

本发明的实施方式与现有技术相比具有如下优点：本方法对产品的外形、结构无要求，可以实现大尺寸产品的抛光处理，抛光装置的拆卸和安装都很方便、操作简单，抛光效率高，溶剂可回收，是一种绿色无污染的抛光方法。

尽管以上说明本发明的应用对象是3D打印产品，但是本发明也可以应用于其它塑料产品的表面抛光处理。

附图说明

图1：为本发明3D打印产品表面抛光技术装置示意图。