等离子刮刀在3D打印中的应用及其制备方法与流程

本发明属于3d打印领域，具体涉及等离子刮刀在3d打印中的应用及其制备方法。
背景技术：
：3d打印(3dp)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前3d打印部件，需要根据部件制三维模板、并根据制定的三维模板制定工艺路线，并将三维模型导入到3d打印机中，模板的制备以及设定工艺路线均需要投入大量的人力物力，成本很高，因此，针对单个产品的打印并不适用于3d打印，为了降低成本通常采用批次打印，即设计一个模板，打印多件产品，实践发现3d打印存在批次打印出的产品质量并不稳定，即使同一台机器不同时间打印出的产品质量也存在差别。然而，3d打印出的产品仅为粗品，需要进一步打磨才可以成为成品，由于3d打印出的产品质量存在差别，因此在后续打磨过程中，无法制定统一的工艺流程，需要针对不同质量的产品设计不同的打磨工艺，因此生产效率极低。橡胶由于具有较好的柔韧性，易清洗，使用时不变形，不会因硬度过高，对粉料造成碾压，因此，目前3d打印用的刮刀橡胶材质的较多，然而3d打印为在密闭的容腔内，通过刮刀将粉料刮入打印仓内，采用激光灼烧的方式对粉料灼烧使之熔融，进行实现逐层打印，而激光灼烧会使密闭容腔中的温度升高，温度的升高则会加速橡胶的老化，因此，需要经常更换刮刀，这就给生产带来了麻烦。目前没有使3d打印产品质量稳定的方法，进一步提升3d打印产品的效率；也没有柔韧性好，且能够满足3d打印设备使用，不需要经常更换的刮刀。技术实现要素：本发明提供等离子刮刀在3d打印中的应用及其制备方法，解决技术问题是1)提高3d打印产品质量的稳定性；2)提升3d打印产品的效率；3)柔韧性好，应用于3d打印设备中无需经常更换。为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：等离子刮刀在3d打印中的应用。所述刮刀用于刮料的一侧，经等离子处理；所述刮刀材质为硅胶、橡胶和塑料中的一种。优选地，所述刮刀材质为硅胶；所述刮刀材质中含有抗静电剂；所述等离子处理为等离子镀层处理，所述等离子镀层中含有金属。等离子刮刀的制备方法，按照以下步骤进行：1)设计并制备刮刀粗胚：根据3d打印机的机型设计并制备与之相对应的刮刀粗胚；2)预处理：对步骤1)制备的刮刀粗胚进行等离子清洗；3)制备导电层：利用磁控溅射方法以导电材料为靶材，将导电材料沉积于刮刀粗胚用于刮料的一侧，得导电层；4)等离子渗氮：利用磁控溅射方法将含氮气体沉积于导电层；5)制备刮刀：通入碳前驱体，进行镀层，最终制得刮刀。优选地，步骤2)所述预处理为在真空度为0.3～3pa条件下，通入气体，气体流量为40～80sccm；并保持真空度为0.3～3pa；所述气体为氩气、氢气、氧气和氮气中的一种或任意比例的几种；等离子条件为工作偏压40～120v，溅射功率为100～300w，清洗时间为1～15min。优选地，步骤3)中所述导电材料为金属；所述磁控溅射方法控制条件为导电材料靶电流为0.3～1.5a，沉积气压为0.5～3pa；工作偏压40～120v，溅射功率为100～300w，沉积时间为3～30min。优选地，所述金属为ni、ag、ti和gr中的一种或几种。优选地，步骤4)中所述含氮气体中含有氮气和氢气；含氮气体流量为40～80sccm；渗氮气压为0.5～3pa；工作偏压40～120v，溅射功率为100～300w，沉积时间为15～30min。优选地，步骤5)中所述碳前驱体为甲烷、乙炔和正己烷中的一种或几种；碳前驱体流量为60～120sccm；镀层条件为溅射气压0.5～3pa；工作偏压40～120v，溅射功率为100～300w，溅射时间为20～40min。优选地，还包括使用氩气对镀层进行轰击；轰击后重复步骤5)。氩气流量为30～60sccm；轰击条件为溅射气压0.5～3pa；工作偏压40～120v，溅射功率为100～300w，溅射时间为15～20min。发明具有以下有益技术效果：1.本发明通过对3d打印刮刀进行改进，可以使产品的稳定性大大提高；使用柔性材料作为刮刀，由于3d打印为逐层打印，因此打印一个部件需要无数次的刮料，这就使柔性材料与粉料之间进行无数次的摩擦，因此产生静电，而静电的存在又会对粉料进行吸附，进而导致每次刮料的质量不稳定，进而影响了产品质量的不稳定。3d打印为采用激光灼烧，在设计工艺路线时，根据切片的厚度设计激光的功率以及灼烧时间，为定值，而刮刀摩擦产生静电后，对粉料进行了吸附，使粉料的质量成了变量，这就存在了刮入粉料不稳定，粉料多则存在激光烧不透，粉料少则存在过烧，因此，导致同一台机器不同时间打印的产品质量的不稳定。2.本申请通过对刮刀的进一步改进，减少刮刀的摩擦力，可以提高刮刀的使用寿命。3.本申请通过等离子处理可以起到防止静电聚集的作用，进而提高3d打印产品质量的稳定性。说明书附图图1使用未经处理的刮刀，打印出的义齿显微镜视图；图2为等离子镀层中不含金属也未经渗氮处理，打印出的义齿显微镜视图；图3为等离子镀层中含金属但未经渗氮处理，打印出的义齿显微镜视图。图4为使用实施例4制备的刮刀，打印出的义齿显微镜视图。具体实施方式下面结合具体实例进一步说明本发明。实施例1等离子刮刀在3d打印中的应用。实施例2等离子刮刀在3d打印中的应用。所述刮刀用于刮料的一侧，经等离子处理；所述刮刀材质为硅胶。所述等离子处理为等离子镀层处理，所述等离子镀层中含有金属。等离子刮刀的制备方法，按照以下步骤进行：1)设计并制备刮刀粗胚：根据3d打印机的机型设计并制备与之相对应的刮刀粗胚；2)预处理：对步骤1)制备的刮刀粗胚进行等离子清洗；3)制备导电层：利用磁控溅射方法以导电材料为靶材，将导电材料沉积于刮刀粗胚用于刮料的一侧，得导电层；4)等离子渗氮：利用磁控溅射方法将含氮气体沉积于导电层；5)制备刮刀：通入碳前驱体，进行镀层，最终制得刮刀。步骤2)所述预处理为在真空度为1pa条件下，通入气体，气体流量为70sccm；并保持真空度为2pa；所述气体为氩气；等离子条件为工作偏压150v，溅射功率为220w，清洗时间为5min。步骤3)中所述导电材料为金属；所述磁控溅射方法控制条件为导电材料靶电流为0.8a，沉积气压为2pa；工作偏压150v，溅射功率为300w，沉积时间为12min。所述金属为ti。步骤4)中所述含氮气体中含有氮气和氢气；含氮气体流量为70sccm；渗氮气压为2pa；工作偏压90v，溅射功率为100w，沉积时间为30min。步骤5)中所述碳前驱体为甲烷；碳前驱体流量为80sccm；镀层条件为溅射气压2pa；工作偏压90v，溅射功率为200w，溅射时间为35min。实施例3等离子刮刀在3d打印中的应用。所述刮刀用于刮料的一侧，经等离子处理；所述刮刀材质为硅胶。所述等离子处理为等离子镀层处理，所述等离子镀层中含有金属。等离子刮刀的制备方法，按照以下步骤进行：1)设计并制备刮刀粗胚：根据3d打印机的机型设计并制备与之相对应的刮刀粗胚；2)预处理：对步骤1)制备的刮刀粗胚进行等离子清洗；3)制备导电层：利用磁控溅射方法以导电材料为靶材，将导电材料沉积于刮刀粗胚用于刮料的一侧，得导电层；4)等离子渗氮：利用磁控溅射方法将含氮气体沉积于导电层；5)制备刮刀：通入碳前驱体，进行镀层，最终制得刮刀。步骤2)所述预处理为在真空度为0.5pa条件下，通入气体，气体流量为60sccm；并保持真空度为0.5pa；所述气体为氩气和氢气按照质量比5:1的混合气体；等离子条件为工作偏压100v，溅射功率为200w，清洗时间为6min。步骤3)中所述导电材料为金属；所述磁控溅射方法控制条件为导电材料靶电流为0.7a，沉积气压为1pa；工作偏压100v，溅射功率为200w，沉积时间为15min。所述金属为ti。步骤4)中所述含氮气体中含有氮气和氢气；含氮气体流量为60sccm；渗氮气压为1.5pa；工作偏压80v，溅射功率为150w，沉积时间为20min。步骤5)中所述碳前驱体为甲烷；碳前驱体流量为70sccm；镀层条件为溅射气压1pa；工作偏压80v，溅射功率为150w，溅射时间为30min。实施例4等离子刮刀在3d打印中的应用。所述刮刀用于刮料的一侧，经等离子处理；所述刮刀材质为硅胶。所述等离子处理为等离子镀层处理，所述等离子镀层中含有金属。等离子刮刀的制备方法，按照以下步骤进行：1)设计并制备刮刀粗胚：根据3d打印机的机型设计并制备与之相对应的刮刀粗胚；2)预处理：对步骤1)制备的刮刀粗胚进行等离子清洗；3)制备导电层：利用磁控溅射方法以导电材料为靶材，将导电材料沉积于刮刀粗胚用于刮料的一侧，得导电层；4)等离子渗氮：利用磁控溅射方法将含氮气体沉积于导电层；5)制备刮刀：通入碳前驱体，进行镀层，最终制得刮刀。步骤2)所述预处理为在真空度为0.5pa条件下，通入气体，气体流量为60sccm；并保持真空度为0.5pa；所述气体为氩气和氢气按照质量比5:1的混合气体；等离子条件为工作偏压100v，溅射功率为200w，清洗时间为6min。步骤3)中所述导电材料为金属；所述磁控溅射方法控制条件为导电材料靶电流为0.7a，沉积气压为1pa；工作偏压100v，溅射功率为200w，沉积时间为15min。所述金属为ti。步骤4)中所述含氮气体中含有氮气和氢气；含氮气体流量为60sccm；渗氮气压为1.5pa；工作偏压80v，溅射功率为150w，沉积时间为20min。步骤5)中所述碳前驱体为甲烷；碳前驱体流量为70sccm；镀层条件为溅射气压1pa；工作偏压80v，溅射功率为150w，溅射时间为30min。还包括使用氩气对镀层进行轰击；轰击后重复步骤5)；氩气流量为40sccm；轰击条件为溅射气压0.8pa；工作偏压70v，溅射功率为150w，溅射时间为15min。实施例5等离子刮刀在3d打印中的应用。所述刮刀整体经等离子处理；所述刮刀材质为橡胶。所述刮刀材质中含有抗静电剂。等离子刮刀的制备方法，按照以下步骤进行：1)设计并制备刮刀粗胚：根据3d打印机的机型设计并制备与之相对应的刮刀粗胚；2)预处理：对步骤1)制备的刮刀粗胚进行等离子清洗；3)制备导电层：利用磁控溅射方法以导电材料为靶材，将导电材料沉积于刮刀粗胚用于刮料的一侧，得导电层；4)等离子渗氮：利用磁控溅射方法将含氮气体沉积于导电层；5)制备刮刀：通入碳前驱体，进行镀层，最终制得刮刀。5.如权利要求4所述等离子刮刀的制备方法，其特征在于，步骤2)所述预处理为在真空度为2.5pa条件下，通入气体，气体流量为80sccm；并保持真空度为3pa；所述气体为氩气、氧气和氮气按照质量比5:1:1的混合气体；等离子条件为工作偏压120v，溅射功率为300w，清洗时间为15min。步骤3)中所述导电材料为金属；所述磁控溅射方法控制条件为导电材料靶电流为1a，沉积气压为3pa；工作偏压120v，溅射功率为300w，沉积时间为30min。所述金属依次为ni、ag和ti，每种金属沉积时间为10min。步骤4)中所述含氮气体中含有氮气；含氮气体流量为50sccm；渗氮气压为1pa；工作偏压100v，溅射功率为200w，沉积时间为20min。步骤5)中所述碳前驱体为甲烷、乙炔和正己烷按照质量比1:1:1的组合物；碳前驱体流量为80sccm；镀层条件为溅射气压1pa；工作偏压80v，溅射功率为200w，溅射时间为30min。下面结合实验数据进一步说明本发明的有益效果：实验一摩擦力检测1.1检测方法：按照《gb/t10006塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法》规定进行检测。1.2实验对象：空白(未经等离子处理)、对比1(除未经导电层和渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)、对比2(除未经渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)和实施例4。2.实验结果见表1表1动摩擦系数静摩擦系数空白0.460.54对比10.010.05对比20.010.05实施例40.010.05由表1可以看出，经等离子处理后可以降低摩擦系数，减少摩擦，使用周期更长。同时，摩擦力小，则使用时产生静电就少，对粉料的吸附就少，使用时就越稳定。实验二刮入料实验1.1检测方法：称量刮入前物料的质量和使用刮刀刮入后料仓中物料的质量；连续测试1000次，各数值取平均值。1.2检测对象：空白(未经等离子处理)、对比1(除未经导电层和渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)、对比2(除未经渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)和实施例4。2.实验结果见表2表2由表2可以看出，本申请在使用时，具有较高的精度。因此，本申请可以使每次加入的物料质量稳定，防止出现过烧与烧不透的现象。实验三1.1检测方法：同一台3d打印机，采用不同刮刀打印的义齿进行显微镜观察并对表面粗糙度检测，取平均值，检测义齿的数目为每组100个。显微镜图见说明书附图。1.2实验对象：空白(未经等离子处理)、对比1(除未经导电层和渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)、对比2(除未经渗氮处理外，其它制备均与实施例4均一致)和实施例4。1.3检测方法：采用袖珍表面粗糙度仪tr100，对义齿进行表面粗糙度检测。2.实验结果见表3表3表面粗糙度(μm)空白3.75对比13.26对比22.31实施例41.57由表3可以看出，经过等离子处理后，可以明显提高产品的外观质量，打印出的粗糙度小了，表面越光滑，可以明显减少后续加工的程序，节约加工时间，提高生产效率。当前第1页12