一种光固化3D打印制造的3D打印件的后处理工艺的制作方法

本发明涉及增材制造行业，具体讲是一种光固化3d打印制造的3d打印件的后处理工艺。

背景技术

3d打印机是一种快速成型机器，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获得产品。3d打印机由其制造速度较快、材料种类较多、经济效益较好等优点，逐渐被推广应用。

光固化成型法是3d打印机最早实用化的快速成型技术，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，将打印物拉离，待打印料回流后再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体，获得产品。

利用3d打印机打印完成后的打印件，需要进行一系列的后处理工艺，主要的工艺流程为清洗残料，以及补充固化两大步骤。光固化3d打印的树脂一般为光敏树脂、光敏聚合物等，当需要打印物的机械性能好时，其树脂一般是粘性极大的。若光固化材料粘性大，在打印过程中挂料的现象将特别严重。若打印的三维模型结构复杂，具有密集的空隙，那么附着在打印件上的未固化的树脂则更加难以去除。目前，光固化3d打印所使用的光敏树脂固化所需的光照的波长范围是400-450um，而采用该波长的后固化箱的光照能量不足，而且3d打印过程中打印件表面及表层的光敏树脂接触到空气中的氧气，氧气会阻碍光光敏树脂的聚合反应，影响其光固化程度，使得光敏树脂固化程度不完全，故在实际操作中，经过清洗步骤后的打印件直接进行二次固化处理的效果并不理想。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效去除打印件表面以及内部结构中的未固化光敏树脂，且二次光固化效果优异的3d打印件后处理工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种光固化3d打印制造的3d打印件的后处理工艺，具体的步骤包括：完成光固化3d打印后的打印件，清除打印件上残料；将经过清洗处理的打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理；然后用聚合的涂料对打印件的表面进行涂覆，该涂料包括热引发剂，受到能量传递后能够发生聚合反应从而产生固化；将打印件移动至固化区，对打印件进行能量传递，对于打印件表面涂料进行固化处理。

采用以上所述的结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：通过离心或甩干处理去除大部分残留的未固化光敏树脂，再通过溶剂清洗，去除残留在打印件内部结构中的未固化光敏树脂，打印件干燥后对其表面进行涂料涂覆，涂料能够发生热聚合反应，对打印件进行加热后其表面的涂料能够完全固化，即打印件的表面固化完全，3d打印效果能够良好的呈现。

进一步地，步骤(d)中的涂料包括20—60％的树脂，10—70％的单体，10—70％的溶剂，0.05—0.1％的流平剂和3—6％的热引发剂，以及任选0.05—0.1％的染料。

进一步地，所述树脂为含有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯，前述一种或者多种物质的液态有机聚合物。

进一步地，所述单体为含有异冰片基丙烯酸酯、月桂酸甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯，前述一种或者多种物质的液态可聚合物。

进一步地，所述溶剂为含有异丁醇、甲基异丁基酮、甲乙酮、乙酸丁酯，前述一种或者多种物质的溶剂。

进一步地，所述热引发剂包括过氧化二苯甲酰(bpo)、偶氮二异丁腈(aibn)或前述两种物质的混合物。

进一步地，所述步清除打印件残料的方式包括离心机离心处理；甩干机甩干处理；溶剂清洗处理；流动水清洗；超声波清洗机处理。

进一步地，所述溶剂清洗处理与流动水清洗均可以是通过进行高压喷淋的方式，该高压喷淋的压力为0.5-10mpa。

进一步地，所述溶剂清洗处理；流动水清洗；超声波清洗机处理中所使用的清洗剂包括有机溶剂有机溶剂与水基溶液，所述水基溶液为水与表面活性剂或螯合剂的混合物。

附图说明

图1为本发明一种光固化3d打印制造的3d打印件的后处理工艺的流程框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对发明作进一步详细地说明。

由图1所示的一种光固化3d打印制造的3d打印件的后处理工艺的流程框架图可知，主要的步骤为：离心/甩干，该步骤的目的是，去除大部分的附着在打印件表面的未固化的原打印材料，即光敏树脂；有机溶剂喷淋，该步骤的目的是，进一步去除残留在打印件上的光敏树脂，特别是附着在打印件内部结构中的部分；水冲洗，可选择地进行水冲洗，该步骤的目的是，冲洗掉上个步骤的残料与有机溶剂；有机溶剂超声波清洗，可选择性地进行对打印件用有机溶剂进行超声波清洗，该步骤的目的是，将打印件的复杂结构中的残料清洗掉；干燥处理，该步骤的目的是，将打印件干燥处理，利于对打印件进行其他后处理步骤；涂覆涂料，将能够发生热聚合反应的涂料涂覆在打印件的表面，该步骤的目的是，将打印件表面利用涂料覆盖起来；加热固化，对于打印件进行加热，使涂料热固化，该步骤的目的是，令打印件表面覆盖一层固化完全的涂料层。

具体的步骤为：

(a)完成光固化3d打印后的打印件，清除打印件上残料，

具体的，清除打印件上的残料方式可以是，移动打印件至离心机或是甩干机，进行离心处理或是甩干处理，所述离心机的转速为600-2000r/min，离心时间为15-30min，如果光敏材料固化后机械强度较低的情况下，则可使用甩干机代替离心机，甩干机的转速为100-600r/min，甩干时间为5-15min，通常的离心/甩干设备的转速为400-800r/min；

用溶剂对于打印件进行清洗，优选的，如果打印件的机械强度允许的情况下可以对打印件进行高压喷淋，高压喷淋的压力为0.5-5mpa，具体的喷淋压力可根据光敏材料固化后的硬度进行调节，光敏材料固化后的硬度越大，可使用越高压力进行喷淋，其中溶剂的选择需要满足的条件是无毒、无色、廉价的，溶剂可以是有机溶剂与水和表面活性剂或是螯合剂的混合物，其中常用的有机溶剂可以是酒精、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、四氢呋喃等，表面活性剂的实例包括但不限于阴离子表面活性剂(例如硫酸盐、磺酸盐、羧酸盐和磷酸酯)、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂等，包括其组合。常见实例包括但不限于硬脂酸钠、线性烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物等，以及螯合剂的实例包括但不限于乙二胺四乙酸、磷酸盐、次氮基三乙酸(nta)、柠檬酸盐、硅酸盐以及丙烯酸和马来酸的聚合物；

对打印件进行水冲洗，优选的可以在水中加入表面活性剂，一定流速与流量的水流能够有效地将打印件表面与内部结构中有机溶剂与残料冲洗掉，而且本步骤一般配合用溶剂对于打印件进行清洗的操作，能够减少溶剂用量，起到节约工艺的成本的效果；

将打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有溶剂，打印件浸泡在有机溶剂内进行超声波清洗；

以上清除残料的处理方式在实际操作过程中操作的顺序可以是替换的，也可以反复进行，本实施方式中并不对次进行限定。

(b)将经过步骤(a)处理的打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，具体的可以使用风干箱对打印件进行干燥处理，优选的，干燥处理区中设有控温系统，对于打印件进行干燥处理时，该干燥处理区内的温度为40-100℃；

(c)将经过步骤(b)处理的打印件用涂料进行涂覆，使得打印件表面均匀覆盖一层涂料层，该涂料包括热引发剂，在加热的条件下能够发生聚合反应，其中涂覆可以是浸渍、喷涂或旋涂等方法；

(d)将经过步骤(c)处理的打印件移动至固化区，具体的，利用加热设备对打印件进行加热，使得打印件表面的涂料热固化完全，加热设备可以是烘箱，加热温度为40-150℃。

其中上述步骤中的涂料包括20—60％的树脂，10—70％的单体，10—70％的溶剂，0.05—0.1％的流平剂、0.05—0.1％的颜料或是染料以及3—6％的热引发剂，所述树脂为含有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯，前述一种或者多种物质的液态有机聚合物；所述单体为含有异冰片基丙烯酸酯、月桂酸甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯，前述一种或者多种物质的液态可聚合物；所述溶剂为含有异丁醇、甲基异丁基酮、甲乙酮、乙酸丁酯，前述一种或者多种物质的溶剂；流平剂可以是多功能助剂amp-95、byk-246(毕克助剂所出售的流平剂byk-246)、迪高tego432流平剂(上海卜丁化工有限公司所出售的)；热引发剂可以是过氧化二苯甲酰(bpo)、偶氮二异丁腈(aibn)或两种物质的混合物。

由于在3d打印过程中，打印件、以及光敏树脂暴露在空气中，而空气中的氧气对聚合反应起到阻聚作用，故氧气阻聚的影响对于每层所需打印部分的边缘特别大，即造成打印件的表面部分的光敏树脂未能完全光固化，再加上打印件上不可避免的挂料现象，从而影响打印件表面细节的呈现。本发明中所记载的后处理工艺，不仅仅是将打印件表面残料清洗，而是在清洗残料后，在打印件的表面涂覆一层可热固化的涂料，由于热固化的实施条件要求低，该可热固化的涂料覆盖在打印件的表面，代替了原不完全固化的光敏树脂，即给打印件表面附上一层涂料层，由于涂料层薄，该涂料的配比要求低，无需满足进行3d打印的要求，所以涂料的配方能够更多变，以适应不同的打印件表面所要呈现的需求。

实施例一

光敏材料固化后的拉伸强度为19.8mpa，弹性模量为980mpa，断裂伸长率为55％。

涂料为30％的丙烯酸甲酯、20％的苯乙烯、14％的异冰片基丙烯酸酯、31％的异丁醇、0.07％的迪高tego432流平剂、4.93％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例二

光敏材料固化后的拉伸强度为12.6mpa，弹性模量为500mpa，断裂伸长率为110％。

涂料为30％的甲基丙烯酸甲酯、20％的丙烯酸甲酯、14％的月桂酸甲基丙烯酸酯、30％的甲基异丁基酮、0.03％的迪高tego432流平剂、5.5％的热引发剂偶氮二异丁腈(aibn)、0.02％的炭黑。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例三

光敏材料固化后的拉伸强度为9.7mpa，弹性模量为5.6mpa，断裂伸长率为220％。

涂料为30％的环氧丙烯酸酯、20％的丙烯酸甲酯、14％的甲基丙烯酸缩水甘油酯、30％甲乙酮、0.03％迪高tego432流平剂、5.5％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)、0.02％的阳离子染料。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例四

光敏材料固化后的拉伸强度为13mpa，弹性模量为205mpa，断裂伸长率为120％。

涂料为45％的聚酯丙烯酸酯、35％的三丙二醇二丙烯酸酯、15％异丁醇、0.1％amp-95、4.9％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例五

光敏材料固化后的拉伸强度为13mpa，弹性模量为205mpa，断裂伸长率为80％。

涂料为30％的丙烯酸甲酯、15％的环氧丙烯酸酯,35％三丙二醇二丙烯酸酯、15％异丁醇、0.1％amp-95、0.1％的阳离子染料、4.8％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例六

光敏材料固化后的拉伸强度为5.6mpa，弹性模量为550mpa，断裂伸长率为60％。

涂料为40％的丙烯酸甲酯、10％的环氧丙烯酸酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、15％异丁醇、0.1％amp-95、0.1％的阳离子染料、4.8％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为8min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例七

液态光敏材料的粘度大于8000pa·s。

涂料为30％的丙烯酸甲酯、20％的环氧丙烯酸酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、15％异丁醇、0.1％amp-95、0.1％的阳离子染料、4.8％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为2000r/min，离心时间为20min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为8mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为20min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例八

液态光敏材料的粘度为5000-8000pa·s。

涂料为35％的丙烯酸甲酯、15％的环氧丙烯酸酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、15％异丁醇、0.1％amp-95、0.1％的阳离子染料、4.8％的热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为1200r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为8mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为20min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至加热固化区，即打印件放入烘箱，进行加热，加热时间为40-60min，加热温度为110-130℃即完成打印件的后处理。

实施例九

液态光敏材料的粘度为4000-5000pa·s。

涂料为60％的丙烯酸甲酯,10％三丙二醇二丙烯酸酯、25％异丁醇、0.1％amp-95、0.1％的阳离子染料、4.8％热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至uv固化区，即打印件放入后固化箱，对打印件表层进行uv光照40-60min，即完成打印件的后处理，其中风干温度与uv固化温度均为70℃。

实施例十

液态光敏材料的粘度为4000-5000pa·s。

涂料为50％的丙烯酸甲酯,15％三丙二醇二丙烯酸酯、30％异丁醇、0.08％amp-95、0.02％的阳离子染料、4.9％热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为800r/min，离心时间为15min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为5mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至uv固化区，即打印件放入后固化箱，对打印件表层进行uv光照40-60min，即完成打印件的后处理，其中风干温度与uv固化温度均为70℃。

实施例十一

液态光敏材料的粘度为2000-4000pa·s。

涂料为40％的丙烯酸甲酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、25％异丁醇、0.08％amp-95、0.02％的阳离子染料、4.9％热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为600r/min，离心时间为10min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为3mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至uv固化区，即打印件放入后固化箱，对打印件表层进行uv光照40-60min，即完成打印件的后处理，其中风干温度与uv固化温度均为70℃。

实施例十二

液态光敏材料的粘度为1000-2000pa·s。

涂料为35％的丙烯酸甲酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、31％异丁醇、0.06％amp-95、0.04％的阳离子染料、3.9％热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为500r/min，离心时间为10min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为3mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至uv固化区，即打印件放入后固化箱，对打印件表层进行uv光照40-60min，即完成打印件的后处理，其中风干温度与uv固化温度均为70℃。

实施例十三

液态光敏材料的粘度小于1000pa·s。

涂料为30％的丙烯酸甲酯,30％三丙二醇二丙烯酸酯、37％异丁醇、0.06％amp-95、0.04％的阳离子染料、2.9％热引发剂过氧化二苯甲酰(bpo)。

完成光固化3d打印后，移动打印件至离心机，进行离心处理，所述离心机的转速为100r/min，离心时间为5min，然后将打印件移动至清洗槽，用酒精对于打印件进行高压喷淋，喷淋的压力为3mpa，然后把打印件移动至超声波清洗机，该超声波清洗机内填充有酒精，打印件浸泡在酒精进行超声波清洗，时间为10min，然后将打印件移动至干燥处理区，对打印件进行干燥处理，然后将打印件在涂料中浸涂，使打印件表面均匀涂覆涂料，将最后将打印件移动至uv固化区，即打印件放入后固化箱，对打印件表层进行uv光照40-60min，即完成打印件的后处理，其中风干温度与uv固化温度均为70℃。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。