本實(shí)用新型涉及一種發(fā)泡裝置,尤其是涉及一種與3D打印相結(jié)合的生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置。

背景技術(shù)：

快速成型技術(shù)(又稱為快速原型制造技術(shù)，Rapid Prototyping Manufacturi-ng，簡稱RPM)，又被稱作3D打印。該技術(shù)根據(jù)物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以逐層疊加的方式制造實(shí)體。該技術(shù)能克服目前傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙?？梢詫?shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)主要分為，熔融沉積成型(FDM)、光固化立體印刷(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、立體平板印刷(SLA)、三維噴印(3DP)和數(shù)字光處理(DLP)等等。

傳統(tǒng)微孔發(fā)泡制品的生產(chǎn)方法要經(jīng)過水下擠出造粒、顆粒的超臨界滲透、制備發(fā)泡顆粒、水蒸汽模壓成型等階段，制備工藝比較復(fù)雜，成本較高，而且對于傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)，僅用模壓成型的方式也是難以實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)用新型是一種與3D打印中熔融沉積成型相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的工藝，首先根據(jù)產(chǎn)品需要用3D打印機(jī)打印出三維模型，然后將該三維模型放入超臨界滲透單元中的滲透釜內(nèi)用超臨界CO₂進(jìn)行滲透，最后將經(jīng)超臨界CO₂滲透后的三維模型放入發(fā)泡單元中的發(fā)泡箱體內(nèi)進(jìn)行水蒸汽發(fā)泡，發(fā)泡后的三維模型即為所需的發(fā)泡制品。該工藝可以簡化微孔發(fā)泡制品的生產(chǎn)過程，即由原來水下擠出造粒、超臨界滲透、制備發(fā)泡顆粒、水蒸汽模壓成型四個(gè)生產(chǎn)階段簡化為3D打印模型、超臨界滲透、發(fā)泡三個(gè)生產(chǎn)階段，不僅能夠降低生產(chǎn)成本和工藝的復(fù)雜性，還能實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品的簡單化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對傳統(tǒng)微孔發(fā)泡制品生產(chǎn)方式的不足之處，本實(shí)用新型的目的是提出一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，該裝置主要由成型單元、超臨界滲透單元和發(fā)泡單元組成，成型單元為一3D打印機(jī)。該裝置使用的技術(shù)方案是：首先根據(jù)產(chǎn)品需要用成型單元即3D打印機(jī)打印出三維模型，然后將該三維模型放入超臨界滲透單元中的滲透釜內(nèi)用超臨界CO₂進(jìn)行滲透，最后將經(jīng)超臨界CO₂滲透后的三維模型放入發(fā)泡單元中的發(fā)泡箱體內(nèi)進(jìn)行水蒸汽發(fā)泡，發(fā)泡后的三維模型即為所需的發(fā)泡制品。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，在打印三維模型前先將模型轉(zhuǎn)換成壁厚均勻的預(yù)成型模型，然后成型單元按照預(yù)成型模型進(jìn)行打印成型。該轉(zhuǎn)換不僅可以提高打印效率，而且由于各處壁厚相同，滲透時(shí)間可以縮短，將來的發(fā)泡過程容易實(shí)現(xiàn)均勻。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，在打印三維模型前先將模型轉(zhuǎn)換成壁厚均勻的預(yù)成型模型，預(yù)成型模型為中空模型，在進(jìn)行打印成型時(shí)嵌入氣嘴，在最后階段的發(fā)泡階段，可以通過氣嘴向制品內(nèi)部充入一定壓力的氣體，使得制品發(fā)泡階段不發(fā)生變形。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，成型單元為一3D打印機(jī)，主要包括三維滾珠絲杠滑臺、成型平臺、3D打印機(jī)箱體、塑化螺桿、加熱環(huán)和噴頭。塑化螺桿將固態(tài)物料熔融為液態(tài)。加熱環(huán)位于螺桿下方，包裹熔融態(tài)物料防止物料固化。噴頭位于3D打印機(jī)機(jī)頭最下方，熔融物料通過噴頭噴射在成型平臺上。通過計(jì)算機(jī)上的切片軟件從三維模型轉(zhuǎn)換為噴頭與成型平臺的相對運(yùn)動(dòng)軌跡，三維滾珠絲杠滑臺連接成型平臺按照切片軟件生成的軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行三維移動(dòng)，使高分子材料在平臺上按照預(yù)設(shè)路線進(jìn)行沉積成型。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，為防止在打印模型過程中對環(huán)境的污染，采用密閉箱體可以使該3D打印設(shè)備處于密閉工作環(huán)境中。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，可同時(shí)用于3D打印和發(fā)泡的材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，可用3D打印機(jī)打印的三維模型有多種，包括鞋底、玩具等。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，超臨界滲透單元主要由預(yù)熱器、增壓泵、CO₂儲(chǔ)罐和滲透釜組成。第一步，將3D打印模型放入滲透釜內(nèi)，并密封滲透釜。第二步，用增壓泵將二氧化碳?xì)怏w充入滲透釜中，增壓至一定的壓力，例如11MPa左右，用預(yù)熱器控制滲透釜中的溫度控制在一定的值，例如在33℃左右，使其內(nèi)部的二氧化碳達(dá)到較為溫和的超臨界狀態(tài)。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，發(fā)泡單元主要由蒸汽發(fā)生器、發(fā)泡箱體和蓋板組成。其中，蒸汽發(fā)生器的出口溫度和出口壓力可調(diào)，通過移動(dòng)發(fā)泡箱體上方的蓋板可調(diào)節(jié)發(fā)泡箱體開口的大小。通過調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器的出口溫度和壓力以及發(fā)泡箱體開口的大小可調(diào)節(jié)發(fā)泡箱體內(nèi)的溫度。將經(jīng)超臨界CO₂滲透后的三維模型放入發(fā)泡箱體內(nèi)的多孔板上進(jìn)行水蒸汽發(fā)泡，發(fā)泡后的三維模型即為所需的發(fā)泡制品。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，發(fā)泡單元的發(fā)泡箱體內(nèi)放置一模具，模具中型腔壁上有微孔，待發(fā)泡的制品放置在模具中，有了模具，制品的最終形狀受到模具的約束。成型單元加工的制品為帶有氣嘴的中空制品，氣嘴與一定壓力的氣源連接，得到的制品更均勻致密，成型精度更高。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的方法及裝置，不同的材料的最佳發(fā)泡溫度、壓力和時(shí)間不同，根據(jù)所選的發(fā)泡材料確定最佳的發(fā)泡工藝參數(shù)。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置，其有益效果是，可以簡化微孔發(fā)泡制品的生產(chǎn)過程，即由原來水下擠出造粒、超臨界滲透、制備發(fā)泡顆粒、水蒸汽模壓成型四個(gè)生產(chǎn)階段簡化為3D打印模型、超臨界滲透、發(fā)泡三個(gè)生產(chǎn)階段，不僅能夠降低生產(chǎn)成本和工藝的復(fù)雜性，還能實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品的簡單化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的方法的分步示意圖。

圖2是本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置的成型單元示意圖。

圖3是本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置的超臨界滲透單元示意圖。

圖4是本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置的發(fā)泡單元示意圖。

圖中：1-三維滾珠絲杠滑臺；2-成型平臺；3-3D打印機(jī)箱體；4-塑化螺桿；5-加熱環(huán)；6-噴頭；7-三維模型；8-預(yù)熱器；9-增壓泵；10-CO₂儲(chǔ)罐；11-發(fā)泡箱體；12-蓋板；13-發(fā)泡制品；14-多孔板；15-蒸汽發(fā)生器；16-滲透釜；17-密閉箱體。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提出了一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)炮制品的及裝置，分步示意圖如圖1所示。該裝置由成型單元、超臨界滲透單元和發(fā)泡單元構(gòu)成。成型單元主要為一3D打印機(jī)，包括三維滾珠絲杠滑臺1、成型平臺2、3D打印機(jī)箱體3、塑化螺桿4、加熱環(huán)5、噴頭6和密閉箱體17，如圖1所示。超臨界滲透單元主要由預(yù)熱器8、增壓泵9、CO2儲(chǔ)罐10和滲透釜16組成，如圖2所示。發(fā)泡單元主要由蒸汽發(fā)生器15、發(fā)泡箱體11和蓋板12組成，如圖3所示。

本實(shí)用新型一種與3D打印相結(jié)合生產(chǎn)發(fā)炮制品的裝置工作過程是：第一步、三維成型過程。塑化螺桿4將固態(tài)物料塑化為熔融態(tài)。加熱環(huán)5位于螺桿下方，包裹熔融態(tài)物料防止物料固化。噴頭6位于3D打印機(jī)機(jī)頭最下方，熔融物料通過噴頭6噴射在成型平臺2上。通過計(jì)算機(jī)上的切片軟件從三維模型7轉(zhuǎn)換為噴頭6與成型平臺2的相對運(yùn)動(dòng)軌跡，三維滾珠絲杠滑臺1連接成型平臺2按照切片軟件生成的軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行三維移動(dòng)，使高分子材料在平臺上按照預(yù)設(shè)路線進(jìn)行沉積成型，完成三維模型7的打印過程。為防止在打印模型過程中對環(huán)境的污染，采用密閉箱體17可以使該3D打印設(shè)備處于密閉工作環(huán)境中。第二步，超臨界滲透過程。將上述的3D打印模型放入滲透釜16內(nèi)，并密封滲透釜16，用增壓泵9將二氧化碳?xì)怏w充入滲透釜16中，增壓至11MPa左右，用預(yù)熱器8控制滲透釜16中的溫度在33℃左右，使其內(nèi)部的二氧化碳達(dá)到較為溫和的超臨界狀態(tài)。第三步，發(fā)泡過程。不同的材料具有不同的最佳發(fā)泡溫度、壓力和時(shí)間，通過調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器15的出口溫度和壓力以及發(fā)泡箱體11開口的大小，可使發(fā)泡箱體11內(nèi)的三維模型7在最佳工藝參數(shù)下發(fā)泡。將經(jīng)超臨界CO₂滲透后的三維模型7放入發(fā)泡箱體11內(nèi)的多孔板14上進(jìn)行水蒸汽發(fā)泡，三維模型7發(fā)泡后即為所需的發(fā)泡制品13。