一种提高3D打印强度的方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，特别涉及一种提高3d打印强度的方法。

背景技术

近年，随着3d打印设备、材料、工艺及应用快速发展，其应用日益广泛，因fdm(熔融沉积成型)3d打印设备、材料和工艺较成熟，成本较低，容易加工外形或结构复杂的零件，特别适合快速原型和小批量制造，fdm3d打印已经成为人们最为熟知的增材制造技术，常用的原材料为abs、pla卷状丝材，3d打印普遍存在产品强度、刚度不足等技术问题。因此，研究一种提高3d打印强度的方法，成为技术人员亟待解决的重要课题。

现有技术中，申请号为201710773173.0、名称为“一种提高3d打印或电弧增材成形零件强度的方法”的专利申请中公开了一种提高3d打印强度的技术，其主要借助超声振动消除3d打印层与层之间的残余应力，解决采用3d打印制品层内和层间残余应力累积导致的层内、层间结合力弱，极易出现的构件变形、开裂问题。即该方法采用消除3d打印层间残余应力，来提高3d打印强度，但实现难度大，并且其强度提高幅度小。

另外，申请号为201711266010.x、名称为“一种提高打印件强度韧度的3d打印成型工艺方法和装置”的专利申请中也公开了一种提高3d打印强度、韧度的方法，在3d打印挤出送丝过程中，同步进行高速插针运动，使打印层及打印底层通过插针形成凹状压卯结构，提高成型构件的强度及韧性，带来不良后果包括工件厚度不均、光洁度降低及致密性不一致等。

针对上述方法存在的不足，本发明公开一种提高3d打印强度的方法，在合理控制成本的基础上，能够显著提高3d打印强度。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种提高3d打印强度的方法，主要解决了3d打印塑料产品结构强度差的技术问题，可形成塑、钢一体化3d打印结构，即其外部复杂异形结构由熔融堆积(fdm)3d打印加工完成，内部是金属板材、棒材等作为骨架，最终使得产品结构强度显著提升。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种提高3d打印强度的方法，在3d打印工件内部设计中空结构，并在3d打印过程中，在所述中空结构中放入至少一个传统机械加工方法加工出的预制部件，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件；即本发明的提高3d打印强度的方法主要是采用在3d打印过程中，适时装入传统方法加工的高强度预制部件，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件，该3d打印工件外部复杂结构由3d打印加工而成，其内部嵌入传统方法预制的金属板材或棒材，使得工件强度得以大幅提升，解决了3d打印塑料产品结构强度差的技术问题。

进一步地，所述中空结构的数量为1个或多个。

进一步地，所述预制部件由金属材料制成，且优选采用金属合金，如不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金等，可保障预制部件的强度。

进一步地，所述传统机械加工方法为车加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、cnc加工中1种或多种。

进一步地，所述预制部件的外观形状为具有加强筋的板式、方形或柱状结构，优选将3d打印工件内部的中空结构采用与预制部件外形吻合的形状设计。

进一步地，所述3d打印工件采用fdm成型方式，fdm形式3d打印适合塑料零件加工，技术成熟且使用者较多，具有成本较低、易于推广的优点。

进一步地，所述中空结构内部未设计支撑，以便于将预制部件嵌入中空结构。

进一步地，所述中空结构的下端开口尺寸不大于上端开口尺寸，以便顺利的放入预制部件。

进一步地，所述提高3d打印强度的方法具体包含以下步骤：

a.使用传统机械加工方法加工出预制部件；

b.启动3d打印作业；

c.在3d打印工件的中空结构完成时即暂停3d打印作业；

d.将预制部件放入对应中空结构中；

e.继续完成3d打印作业；

f.加工完成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

进一步地，若需放入的所述预制部件的数量大于1个时，则需重复步骤c至步骤e，直至所有预制部件均放入对应中空结构中。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明的提高3d打印强度的方法主要是采用在3d打印过程中，适时装入传统方法加工的高强度预制部件，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件，该3d打印工件外部复杂结构由3d打印加工而成，其内部嵌入传统方法预制的金属板材或棒材，使得工件强度得以大幅提升，解决了3d打印塑料产品结构强度差的技术问题，且具有制出的3d打印工件结构新颖、强度较高且制作成本低的优点。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中的提高3d打印强度的方法的流程示意图。

图2是本发明的一个实施例中采用本发明的方法打印出的3d打印工件的端面示意图。

图3是图2中的3d打印工件中使用的预制部件的示意图。

图4是本发明的一个实施例中使用的预制部件的示意图。

图5是本发明的一个实施例中使用的预制部件的示意图。

图6是本发明的一个实施例中使用的预制部件的示意图。

附图标记：1-3d打印工件本体，2-第一减轻孔，3-预制部件a，4-第二减轻孔，5-中空结构，6-预制部件b，7-预制部件c，8-预制部件d。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

一种提高3d打印强度的方法，该方法主要通过在3d打印工件内部设计中空结构，并在3d打印过程中，在所述中空结构中放入至少一个传统机械加工方法加工出的预制部件，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

如图1所示，该提高3d打印强度的方法具体包含以下步骤：

s1.使用传统机械加工方法加工出预制部件；

s2.启动fdm3d打印作业；

s3.在3d打印工件的中空结构完成时即暂停3d打印作业；

s4.将预制部件放入对应中空结构中；

s5.继续完成3d打印作业；

s6.加工完成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

如图2所示，为通过上述方法加工出的一种内部设有中空结构，且中空结构内嵌有预制部件的3d打印工件的示意图，具体的，该3d打印工件包括3d打印工件本体，在3d打印工件本体的中部设有中空结构，在中空结构上方开设有多个第二减轻孔，在中空结构下方开设有多个第一减轻孔，且在中空结构内嵌入有通过传统机械加工方法加工出的预制部件a，该预制部件a底部设有两条加强筋，具体如图3所示。

具体的，本实施例中仅在该3d打印工件内设有一个中空结构，且在该中空结构内仅嵌有一个预制部件，实际中可根据具体3d打印工件的形状大小在相应位置开设对应数量及形状的中空结构，并在各中空结构内嵌入对应数量及形状的预制部件，以保障整个3d打印工件的整体强度。

则若在3d打印工件内设有多个中空结构及多个预制部件时，则上述提高3d打印强度的方法的步骤流程中，步骤s3至步骤s5则需要根据实际重复进行，直至所有预制部件均放入对应中空结构中再进入步骤s6。

作为优选，本实施例中的预制部件a由不锈钢制成，实际中还可根据具体需求采用其他合金材料，如铝合金、镁合金、钛合金等。

且本实施例中，预制部件a经过传统机械加工方法中的车加工及磨削加工而成，实际中可根据所使用的预制部件的具体形状采用车、铣、刨、磨、cnc等传统加工方法中1种或几种进行预制部件的加工。

具体在设计预制部件的形状及中空结构的形状时，一般优选将中空结构的形状采用与预制部件外形吻合的设计，且预制部件优选采用具有加强筋的板式、方形或柱状结构等较为规则的形状，且其下端尺寸一般不大于上端尺寸，则与之相匹配的中空结构的下端开口尺寸也不大于上端开口尺寸，这样更有利于在中空结构内顺利的放入预制部件。同时，为了保证方便放入预制部件，3d打印工件需嵌入预制部件的中空结构内部无支撑。

本实施例中3d打印工件采用fdm成型方式，实际应用中，也可将本发明的方法应用于其他3d打印成型方式中。

实施例二

一种提高3d打印强度的方法，该方法主要通过在3d打印工件内部设计中空结构，并在3d打印过程中，在所述中空结构中放入一个传统机械加工方法加工出的预制部件b，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

具体的，如图4所示，该预制部件b由铝合金制成，且预制部件b的形状为板状结构，且在该板状结构的预制部件b的下表面设有一条加强筋。

实施例三

一种提高3d打印强度的方法，该方法主要通过在3d打印工件内部设计中空结构，并在3d打印过程中，在所述中空结构中放入一个传统机械加工方法加工出的预制部件c，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

具体的，如图5所示，该预制部件c由镁合金制成，且预制部件c的形状为板状结构，且在该板状结构的预制部件c的下表面设有两条加强筋。

实施例四

一种提高3d打印强度的方法，该方法主要通过在3d打印工件内部设计中空结构，并在3d打印过程中，在所述中空结构中放入一个传统机械加工方法加工出的预制部件d，形成具有内嵌物的组合结构3d打印工件。

具体的，如图6所示，该预制部件d由镁合金制成，且预制部件d的形状为柱状结构，且该柱状结构的预制部件d经过传统机械加工方法中的铣削加工及磨削加工而成。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。