[发明专利]易剥离的支撑材料及应用该材料的3D打印机

说明书

本发明公开了一种易剥离的支撑材料及应用该材料的3D打印机，解决当前FDM型3D打印机在打印工程塑料时缺少易剥离的支撑方案的问题。采用在常温下即为膏体状的支撑材料，在挤出后，膏体材料会在模型构建环境中硬化，从而很好的实现了支撑功能。膏体状物质硬化后通过敲击或液体浸泡即可方便地去除。采用上述材料的打印机利用定量泵将膏体状支撑材料泵至喷头并挤出成型。利用膏体状支撑材料会硬化，且硬化后易碎的特性，解决了工程塑料打印时的支撑问题。

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种易剥离的支撑材料以及应用该材料的3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔融沉积成型（FDM：Fused Deposition Modeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。

当打印模型存在悬空结构时，3D打印要求通过相应的支撑结构给予模型的悬空部分一定的支撑，以保证模型可以顺利成型。目前FDM打印技术最常见的支撑方式是直接使用与模型相同的材料打印支撑结构，当前市面上主流的桌面打印机均采用此方式。这种方式的优点是结构简单、易于实现，但后期去支撑的难度很大，稍不注意就会破坏模型部分。

另一种方式是支撑部分的材料采用可剥离的材料或者水溶性的材料，目前最常见的水溶性材料就是聚乙烯醇，其在通用塑料打印方面的应用比较成功，可以较理想地解决这类材料的去支撑问题。但因为聚乙烯醇的热变形温度较低，若使用其直接作为工程塑料打印时的支撑，则会因为构建环境温度过高导致聚乙烯醇软化而无法起到支撑作用，这种问题在大尺寸模型时尤为明显。因此，采用聚乙烯醇材料直接作为支撑材料的方式无法很好的解决工程塑料打印时的支撑问题。

为解决上述问题，美国Stratasys公司在其公告号为CN1552017B的专利《三维造型的材料和方法》中提出一种可剥离的树脂类支撑材料。这种材料的热变形温度可以做到120℃左右或者更高，且其具有较弱的粘合力，因而可以使支撑材料可以方便的从模型上取下。这种材料依然是热塑性树脂材料，因此对于不同的模型材料，需要与其相匹配的支撑材料，即需要满足支撑材料与模型材料为弱粘合，且两种材料热变形温度的差值小于20℃两大条件。该技术方案要求为不同的模型材料准备不同的支撑材料，因而会导致支撑材料的种类也会非常多。并且对于像聚醚醚酮这类热变形温度极高的材料，找到能与其匹配的支撑材料难度很大。

据本发明人目前了解到，国内目前还未见到有厂商提出该问题的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种能够适用工程塑料打印的易剥离支撑材料，该材料为膏体状物质，可在模型构建环境中硬化，且硬化后可以通过敲击或液体浸泡的方法将其去除。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

提出一种易剥离的支撑材料，所述支撑材料呈膏体状；所述材料从喷嘴挤出后可在模型的构建环境中硬化，且硬化后的支撑材料可通过敲击或液体浸泡将其去除而不会导致模型损伤。

常见如牙膏、导热硅胶、石膏等都具有上述特性，不同的是牙膏是由于膏体中的水份挥发而硬化，导热硅胶是由于液态硅胶在空气中发生了交联反应而硬化，石膏则是由于熟石膏粉与水混合后，生成了二水硫酸钙而硬化。由于这些材料的粘接力均不算高，配合合适的支撑打印路径，都可轻易通过物理方法进行剥离。

导热硅胶的交联反应是不可逆的，若采用硅胶作为支撑材料，则储存罐到喷嘴之间需要全程都有非常良好的密封，或者材料需要在打印完成后就全部清理掉，以防止其在料管内硬化使料管堵塞。