【技术领域】
[0001] 本
发明属于
增材制造技术领域，具体涉及一种大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板及打印方法。【背景技术】
[0002]
熔融沉积成型(Fused deposition modeling,FDM)是一种广泛应用的聚合物3D打印成型技术。在这一增材制造技术中，塑料聚合物被加热
熔化以熔体的形式堆积粘附在预定的打印
位置，打印制品最终由熔体逐条逐层堆积粘结成型。
[0003] 在这个过程中，聚合物冷却硬化过程中会产生收缩
变形，由于打印过程中各部位
温度不一、形状不均匀，导致产生的收缩变形不同步、不均一，当打印制件内部产生的收缩变形大于打印制件与底板的粘结
力时，制件就会从打印底板局部脱落出现翘曲变形。
[0004] 制品尺寸越大、翘曲越明显，翘曲的制品甚至会干涉到
打印机喷嘴的移动造成打印无法继续进行，使得FDM技术在大尺寸零件快速成型的应用中困难重重，阻碍了FDM技术的推广运用。
[0005] 为此，技术人员一般在打印底板上铺设耐高温塑料膜、刷涂
水溶性胶水、提高打印底板的加热温度等方法来抑制翘曲变形的产生。然而，这些措施在小尺寸打印件或者本身收缩率较低的材料来说效果明显，但对于大尺寸制件(成型尺寸大于2m)或者收缩变形比较大的材料来说，作用有限。【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述
现有技术的缺点，提供一种大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板及打印方法；用于解决FDM技术制造大尺寸制件时，制件易从打印底板局部脱落出现翘曲变形的问题。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0008] 一种大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板，包括：打印
基板，打印基板上表面沿其长度方向或宽度方向开设有M个梯形槽，所有的梯形槽相互平行，M为≥2的自然数；所述梯形槽在打印基板上表面的宽度小于在打印基板内部的宽度，所述打印基板为金属材质。
[0009] 本发明的进一步改进在于：
[0010] 优选的，M＝5，相邻梯形槽之间的距离相等。
[0011] 优选的，设定打印基板沿梯形槽阵列方向的长度为D，以打印基板一个侧边为基准侧边，5个梯形槽的沿自身长度方向中心线和所述基准侧边之间的垂直距离分别为10％D、30％D、50％D、70％D和90％D。
[0012] 优选的，打印过程中，梯形槽的使用数量为2个或3个。
[0013] 优选的，打印过程中，当梯形槽使用2个时，2个梯形槽分别为最靠近打印件两个侧边的梯形槽，两个梯形槽在被打印件的下部；
[0014] 当梯形槽使用3个时，两个边部的梯形槽分别为最靠近打印件两个侧边的梯形槽，中间的梯形槽沿长度方向中心线和被打印件的中心线空间重合；两个边部的梯形槽在被打印件的下部。
[0015] 优选的，梯形槽的底部沿其长度方向设置有
导轨，导轨上固定设置有梯形套。
[0016] 优选的，导轨为滚珠导轨；梯形套和导轨的连接方式为
螺纹连接。
[0017] 优选的，梯形套的侧边和梯形套底边之间的夹
角为β1，梯形槽的侧边和梯形槽的底边之间的夹角为β2，β1＝β2；梯形套上端宽度大于打印头喷口的直径，同时小于打印头喷嘴底面的直径。
[0018] 一种利用上述的大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板的打印方法，包括以下步骤：
[0019] (1)使用金属板材固定
覆盖空闲的梯形槽；
[0020] (2)在使用的梯形槽中填充被打印材料；
[0021] (3)通过FDM技术在打印基板上开始打印，打印第一层时，打印头的打印方向和梯形槽长度方向中心线之间的夹角为α，0°＜α≤90°；
[0022] (4)在第一层上继续打印第二层、第三层…，直至整个打印件打印完成；打印过程中，第二层、第三层…，和最后一层的打印方向为任意方向。
[0023] 优选的，步骤(2)中，填充被打印材料前，在梯形槽的内表面涂覆有涂层；步骤(3)中，α＝90°。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0025] 本发明公开了一种大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板，所述打印底板沿其长度方向或宽度方向设置有若干个梯形槽，采用梯形槽(上窄下宽)，打印前将梯形槽用打印物料填充，使得打印件与梯形槽填充物料固结为一个整体，梯形槽内的梯形物料能有效固定打印件，抑制其变形，对于大尺寸制件的打印效果明显，同时避免底板加热的功率损耗；该打印底板在打印前不需加热，节能环保；能有效防止大尺寸塑料件打印过程中的翘曲；打印完成后，打印件与打印基板因材料不同，膨胀系数的差异使得连接部位无粘连、沾料
风险，大尺寸的打印件便于从基板取下；机械防翘曲，不受打印材料种类限制，结构可靠性高。
[0026] 进一步的，梯形槽开设数量为5个，且相邻的梯形槽之间的距离相等；梯形槽开设数量过多，容易破坏打印基板的整体
刚度；梯形槽开设数量过少，适用的被打印件尺寸偏少；相邻的梯形槽之间的距离相等，能够保证打印过程中，梯形槽中的被打印材料能够给予被打印件均匀的固定力。
[0027] 进一步的，不仅相邻的梯形槽之间的距离相等，沿梯形槽的阵列方向，所有的梯形槽将打印基板等分，使得打印过程中，打印基板能够均匀的承受被拖拽的力。
[0028] 进一步的，打印过程中，梯形槽的使用数量为2个或3个，且两个为边部的，一个为中间的；两个为边部是为了保证最易翘曲的边部不会发生翘曲现象，一个为中间是为了提供均匀的固定力；如果梯形槽的使用数量超过4个，则将被打印件移出打印基板时，不易移出。
[0029] 进一步的，梯形槽底面装有滑轨，可将打印完成的制件整体滑出打印平台，完成取件；导轨上设置有梯形套，被打印件和梯形套内的被打印材料粘结，借助于滑轨，易于脱离。
[0030] 进一步的，导轨优选为滚珠导轨，滚珠导轨的滑动性好，易于将被打印件从打印基板上移出；梯形套和导轨的连接方式优选为
螺纹连接，方便梯形套的拆卸和清理。
[0031] 进一步的，梯形套的侧边和梯形槽的侧边紧密贴合，且梯形套的上端宽度大于打印头喷口的直径，保证被打印材料在填充过程中能够填充满梯形套，且不会有多余的料进入梯形套与打印基板之间的缝隙。
[0032] 本发明还公开了一种利用大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板的打印方法，该方法首先确定需要使用的梯形槽，将金属板固定覆盖不使用的梯形槽，然后在使用的梯形槽内填充被打印材料，通过FDM技术打印，打印第一层时，打印方向和梯形槽沿长度方向的中心线之间有夹角，保证打印的第一层和梯形槽内部的被打印材料之间有粘结点，如果打印方向和梯形槽沿长度方向的中心线平行，则打印出的部分道上的打印材料和梯形槽中的被打印材料无
接触，无法实现将打印底板和打印件“连接”的作用，同样无法实现防止翘曲现象发生的作用。
[0033] 进一步的，梯形槽的内表面在打印之前做防粘处理，防止物料与梯形套粘接，便于最终取件；夹角α优选为90°，保证最大的粘结力。【
附图说明】
[0034] 图1为本发明的打印底板三维结构图；
[0035] 图2为本发明的打印底板的俯视图；
[0036] 图3为本发明的打印底板的侧视图；
[0037] 图4为本发明的打印底板A-A截面的剖视图；
[0038] 图5为B处的细节图；
[0039] 图6为喷嘴的仰视图。
[0040] 其中：1-打印基板；2-梯形套；3-螺钉；4-导轨；5-端部固定
锁；6-导轨滚珠；7-梯形槽；8-喷嘴；9-喷口。【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0042] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043] 本发明公开了一种大尺寸防翘曲易取件聚合物三维打印底板；该底板主要通过在底板上加开梯形槽的方法来提高打印件与基板的结合力，防止打印件在打印过程中翘曲；包括打印基板1、梯形套2、螺钉3、导轨4、端部固定
块5、导轨滚珠6和梯形槽7。
[0044] 参见图1和图2，该装置在打印基板1上沿长度方向或宽度方向开设若干个梯形槽7，打印基板1上所有的梯形槽7相互平行，相邻的梯形槽7之间的距离相等；梯形槽7平行于打印基板1的长度方向或宽度方向，梯形槽7沿打印基板1的长度方向或宽度方向贯穿整个打印基板1的表面。假设梯形槽7平行于宽度方向，则所有的梯形槽7沿长度方向阵列，梯形槽7设定的数量优选为5个，设定打印基板1的任意一个宽边为基准侧边，打印基板1沿长度方向的长度为D，则距离基准侧边最近的梯形槽为第一个梯形槽7，第一个梯形槽7沿其长度方向的中心线距离基准侧边的距离10％D，第二个梯形槽7沿其长度方向的中心线距离基准侧边的距离为30％D，第三个梯形槽7的沿其长度方向的中心线将打印基板1的长度方向等分，第四个梯形槽沿其长度方向的中心线距离基准侧边的距离为70％D，第五个梯形槽沿其长度方向的中心线距离基准侧边的距离为90％D。上述假设的为梯形槽7平行于宽度方向，如果梯形槽7平行于长度方向，同理设置。
[0045] 打印之间过程中，为防止最终的取件困难，梯形槽7的使用数量为2-3个，梯形槽7的使用数量具体根据打印件尺寸和打印梯形槽7之间的距离确定；具体来说，分为以下三种情况：
[0046] (1)如果打印件的长度跨度大于两个梯形槽7之间的距离，但小于三个梯形槽7之间的距离，则使用两个梯形槽7即可满足打印件边部固定防翘曲的需求，被打印件的中心线和两个梯形槽7之间等分线重合。
[0047] (2)如果打印件的长度跨度大于三个梯形槽7之间的距离，则使用三个相邻的梯形槽7，被打印件的中心线和中间梯形槽7的中心线空间重合。
[0048] (3)如果打印件的长度跨度大于N个梯形槽7之间的距离，N为≥5的自然数，则使用最中间的梯形槽7以及最接近打印件两个侧边部的梯形槽7；边部的两个梯形槽7之间的距离≤被打印件的长度，即边部的两个梯形槽7在打印过程中完全被打印件覆盖，保证梯形槽7中的被打印材料能够和被打印件粘连。
[0049] 从上述描述可知，无论是哪种形式，最接近被打印件两个侧边部两个梯形槽7是需要使用的，保证最易翘曲的边部不会发生翘曲现象。另一方面，当打印件底面覆盖宽度超过4条以上梯形槽7的宽度时，打印前需将内部的梯形槽7使用金属板材封闭，使得与打印件底面粘接的梯形槽7数量不超过3条，避免取件困难。
[0050] 参见图3和图4，梯形槽7内底部沿其长度方向设置有导轨4，导轨4优选为滚珠导轨，参见图5，所述导轨4中的滚珠设置在打印基板1中；导轨4能使打印件在打印完成之后从导轨4滑出，解决大尺寸打印件打印完成后不宜取件的问题。导轨4上沿其长度方向固定设置有梯形套2，所述梯形套2的截面为梯形，其底边固定设置在导轨4上，两个侧边和底边之间的夹角，和梯形槽7的侧边和梯形槽7底部之间的夹角相同，保证梯形套2的侧边部能够完全贴合的设置在梯形槽7中，同时梯形套2的上端面和梯形槽7的上端面平齐；保证物料在填充梯形套2时，不会有多余的料进入梯形套2与打印基板1之间的缝隙；梯形套2和打印基板1的固定方式优选为螺钉3固定方式，更为优选的选用沉头螺丝固定。
[0051] 参见图3和图4，梯形套2上端宽度大于打印头喷口9的直径，同时小于打印头喷嘴8底面的直径；参见图6，任意一个喷嘴8底面设置物料的喷口8，梯形套2上端宽度大于喷口9的直径能够进一步保证物料其在填充梯形套2时不会有多余的料进入梯形套2与打印基板1之间的缝隙，避免取件困难。
[0052] 参见图3，每一个梯形槽7的两端都固定设置有端部固定锁5(图中为了表示清楚梯形槽7端部的结构，只在边部的一个梯形槽7进行了结构示意)；任意梯形槽7的一个端部的两侧各设置有一个端部固定锁5，所述端部固定锁5的一端固定设置在打印基板1上，另一端可拆卸的设置在导轨4的端部；每一个导轨4的一端设置有两个端部固定锁5，防止打印过程中导轨4滑移，当打印结束，将端部固定锁5从导轨4的端部拆卸下来，使得导轨4滑出；所述端部固定锁5能够为
门闩结构。
[0053] 在填料前，在导轨4上安装的梯形套2内表面涂覆一层涂层做防粘处理，防止物料与梯形套2粘接，从而造成取件困难，涂层可选择聚四氟乙烯涂层。
[0054] 使用该打印基板1通过FDM技术增材制造打印件的过程包括以下步骤：
[0055] (1)根据打印件的尺寸，确定使用的梯形槽7；
[0056] (2)使用金属板材覆盖不需要使用的梯形槽7；
[0057] (3)在使用的梯形槽7中的梯形套2中填充被打印材料，填充完毕后，打印基板1的上表面为平面；
[0058] (4)通过FDM技术在打印基板1上开始打印，打印第一层时，打印头的打印方向和梯形槽7沿长度方向中心线之间的夹角为α，0°＜α≤90°，优选的α＝90°。
[0059] (5)在第一层上继续打印第二层…，直至整个打印件打印完成。
[0060] 以上所述仅为本发明的较佳
实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
