本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种基于3d打印的高效制造方法。
背景技术：
3d打印是一种新兴的增材制造技术，与减材制造的传统工艺有着截然不同的思路和方法。传统制造工艺的基本思路是使用机床、刀具等设备去除多余的材料从而得到所需要的产品。产品的结构越复杂，使用传统工艺进行制造的成本就越高昂，生产周期就越长。对于3d打印而言，其能够直接把计算机的三维cad图转化为实物产品，大大的缩短了复杂产品成型的生产周期和生产成本。
但是有一些产品，例如立体薄壳结构的产品以及基于立体薄壳结构变化衍生出的产品，其采用3d打印层层堆叠进行制造时，打印机型腔利用率非常低，导致生产周期长、原材料利用率低、生产成本高等问题。特别是打印竖直方向距离长又无法水平摆放的产品，其劣势尤其明显。此外，对于表面具有复杂微结构的薄壳产品，在长距离竖直打印过程中，很容易造成表面微结构和形貌失真，影响产品尺寸精度和性能，导致废品率偏高。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于3d打印的高效制造方法。该方法相较于传统的3d打印方法在效率、成本、品质等方面具有非常显著的优势，尤其适用于制造薄壳结构产品以及其他可在平面上展开或在整体接近平面的曲面上展开的产品。
本发明提供的方法，是将目标产品的三维模型在平面上展开得到平面结构模型，按照平面结构模型进行3d打印得到半成品，将半成品重构成目标产品。本发明按照平面结构模型进行3d打印，打印面就是产品结构平面，打印精度明显高于按其他方向打印的结构面，很好地弥补了3d打印制造精度较传统方式偏低的劣势。此外，展开后打印截面积最大，生产效率高，型腔和原料利用率高。打印得到半成品后，再利用传统制造工艺进行重构得到目标产品。为了进一步提高生产效率，还可以将得到的平面结构模型多层组合后进行3d打印，所述的多层组合是指将多个层状的平面结构模型进行有间隔地排列，相邻层间的间隔可以相等也可以不等。这种方式可以一次打印出几十倍甚至数百倍于传统打印方式的产品数，能够显著提高生产效率和降低生产成本。应当说，该方法是3d打印技术与传统工艺相结合的典范，在3d打印技术尚不具备取代传统制造业条件的今天，这样的生产方式有望成为3d打印技术真正迈向规模化产业化制造的关键一步。
进一步地，重构步骤包括塑形，就是将半成品按照一定的加工方法转变成目标产品的形状。塑形的方式有很多，可以是对半成品进行弯折、热熔弯曲、热挤压，也可以将半成品夹持在与目标产品形状匹配的夹具中进行加热定型，还可以将上述的多种方式与现有技术中的其他方式结合使用，具体可以根据目标产品的形状进行合理选择。另外，在夹具中进行加热定型可以是夹具自身带有加热结构，也可以将夹有半成品的夹具放入烘箱中进行加热。
进一步地，重构步骤还包括连接，连接就是将在三维模型展开过程中被拆分的线和面按照目标产品原有的方式进行重新固定连接。连接的方式包括但不限于热塑焊接、机械锁合、胶黏剂胶合。
进一步地，热塑焊接的方式例如激光焊接、超声波焊接；机械锁合的方式例如燕尾槽组锁合、圆形槽组锁合、卡爪锁合；胶黏剂例如硅胶类胶黏剂。
本发明所述的3d打印技术优选使用选择性激光烧结成型技术，并使用热塑性粉体材料进行3d打印。
进一步地，本发明所述的目标产品为可展开结构。例如，目标产品是封闭或开放的薄壳结构，表面还可以带有微结构，微结构例如孔、条纹、镂空结构等。
进一步地，本发明所述的可展开的目标产品，可以是展开成绝对的平面，也可以展开成近似的平面，如局部带有曲面或凸起等情况，如果可以展开并进行层层排列打印，并不影响本发明目的和主要有益效果的实现。
有益效果：
（1）通过将立体结构解构成平面模型打印，型腔内打印出的平面模型的数量显著增加，显著提升生产效率，提升空间和原料利用率，显著降低成产成本，尤其适用于规模化生产。
以壁厚1mm、直径70mm、高度220mm的圆筒状目标产品为例，打印设备使用华曙ht252p，一缸仅能成型9件产品，而展开后一缸可以成型110件产品，且投料量相同，打印时间接近，生产效率提升约12倍。
（2）通过将立体结构解构成平面模型打印，能够使产品的每一个结构面都与打印面重合，使产品的每一个结构面都达到最高的打印精度，从而获得整体性一致性非常好的高质量产品。
（3）一些表面具有复杂微结构微形貌的产品，使用常规3d打印方式无法达到设计的精度要求和性能要求的，通过将立体结构解构成平面模型打印可以很好地满足设计要求。
（4）综合运用热塑定型及焊接工艺，并配合燕尾槽组等结构设计，为产品的重构铺平了道路。本发明将传统工艺和3d打印有机结合，获得了质量可靠成本经济可批量生产和应用的工业产品。
附图说明
图1为目标产品的结构示意图。
图2为实施例1展开后的模型。
图3为热塑装置的结构示意图。
图4为实施例2展开后的模型。
图5和6为实施例3展开后的模型。
图7和8为实施例4展开后的模型。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
实施例1
（1）首先将图1所示的目标产品结构进行空间解构，分解转化为平面结构模型如图2。
（2）将转化的平面结构模型输入到sls打印设备中，打印使用的原料为尼龙材料。
（3）启动sls打印设备，打印出尼龙平面结构产品。
（4）从打印机中取出尼龙平面结构产品，清除尼龙表面的粉末。
（5）将该尼龙产品放置于如图3热塑装置中，产品的两端用燕尾结构锁紧，并涂覆硅胶类胶黏剂于燕尾结构交接面，锁紧夹具，等待5min。
（6）将热塑装置放置于130℃的烘箱中进行热塑定型1h。
（7）取出热塑定型产品即为目标产品。
实施例2
（1）首先将图1所示的目标产品结构进行空间解构，分解转化为平面结构模型如图4。
（2）将上下方向等间距排列的80层平面结构模型组合后输入到sls打印设备中，打印使用的原料为尼龙材料。
（3）启动sls打印设备，打印出尼龙平面结构产品。
（4）从打印机中取出尼龙平面结构产品，清除尼龙表面的粉末。
（5）将该尼龙产品放置于如图3热塑装置中，产品的两端用圆形槽组结构锁紧，并涂覆硅胶类胶黏剂于圆形槽组结构交接面，锁紧夹具，等待5min。
（6）将热塑装置放置于130℃的烘箱中进行热塑定型1h。
（7）取出热塑定型产品即为目标产品。
实施例3
（1）首先将图1所示的目标产品结构进行空间解构，分解转化为平面结构为两端带台阶的平面结构，如图5和6。
（2）将转化的平面结构输入到sls打印设备中，打印使用的原料为聚丙烯材料。
（3）启动sls打印设备，打印出聚丙烯平面结构产品。
（4）从打印机中取出聚丙烯平面结构产品，清除聚丙烯表面的粉末。
（5）将聚丙烯产品放置于如图3热塑装置中，产品的两端利用激光焊接将具有台阶状的两端融合，锁紧夹具。
（6）将热塑装置放置于100℃的烘箱中进行热塑定型1h。
（7）取出热塑定型产品即为目标产品。
实施例4：
（1）首先将图1所示的目标产品结构进行空间解构，分解转化为平面结构为两端带台阶的平面结构，如图7和8。
（2）将110层平面结构模型组合后输入到sls打印设备中，打印使用的原料为热塑性弹性体材料。
（3）启动sls打印设备，打印出热塑性弹性体平面结构产品。
（4）从打印机中取出热塑性弹性体平面结构产品，清除产品表面的粉末。
（5）将该弹性体产品放置于带有加热功能的热塑装置中，产品的两端利用超声波焊接将具有台阶状的两端融合，锁紧夹具。
（6）热塑装置中的温度设定为80℃，定型1h。
（7）取出热塑定型产品即为目标产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于3d打印的高效制造方法，其特征在于：将目标产品的三维模型在平面上展开得到平面结构模型，按照平面结构模型进行3d打印得到半成品，将半成品重构成目标产品。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：将得到的平面结构模型多层组合后再进行3d打印。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：重构步骤包括塑形。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：塑形的方式包括对半成品进行弯折、热熔弯曲、热挤压，还包括将半成品夹持在与目标产品形状匹配的夹具中进行加热定型。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：重构步骤还包括连接，连接的方式包括热塑焊接、机械锁合、胶黏剂胶合。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：热塑焊接包括激光焊接、超声波焊接；机械锁合包括燕尾槽组锁合、圆形槽组锁合、卡爪锁合；胶黏剂包括硅胶类胶黏剂。
7.根据权利要求1至6任一项所述的制造方法，其特征在于：3d打印技术使用选择性激光烧结成型技术，并使用热塑性粉体材料进行3d打印。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：目标产品为可展开结构。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：目标产品为封闭或开放的薄壳结构，表面带有微结构。
10.一种基于3d打印的高效制造方法，其特征在于：将权利要求1至9任一项的制造方法中所述的在平面上展开调整为在整体呈平面的曲面上展开。
技术总结