表面張力和靜電場(chǎng)力的綜合作用,不斷收縮、揮發(fā)溶劑、固化,形成最終固態(tài)的產(chǎn)物。依據(jù)高分子溶液的粘度,當(dāng)溶液粘度從低到高變化時(shí),靜電紡絲的最終產(chǎn)物形態(tài)會(huì)有以下變化:顆粒(包括微球)、帶有短纖維的顆粒、串珠狀的纖維、表面平整無(wú)串珠結(jié)構(gòu)的纖維。優(yōu)選地,本實(shí)用新型中高分子溶液的粘度以產(chǎn)物為微球或帶有短纖維的顆粒為佳,這樣得到的產(chǎn)品會(huì)有較佳的精度。射流固化后的產(chǎn)物在向成形基板運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中遇到激光,被激光束熔化,以熔融狀態(tài)降落在成形基板的特定位置上,并隨空氣冷卻固化沉積。當(dāng)噴頭按照計(jì)算機(jī)設(shè)定的程序移動(dòng)到指定路徑時(shí),就會(huì)沿著移動(dòng)的路徑同步打印出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)逐層打印累積材料,就可以制作出三維的制件。
[0020]本實(shí)用新型可以適用的高分子打印材料的范圍廣,可使用聚乳酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、尼龍、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚己內(nèi)酯、聚谷氨酸、纖維素、聚酰亞胺,以及其它能夠進(jìn)行靜電紡絲獲得顆粒狀產(chǎn)物等高分子材料。所用的高分子溶液的溶劑可以為水、甲醇、乙醇、甲酸、二甲基甲酰胺、N,N-二甲基亞砜、四氫呋喃、丙酮,以及其它能夠溶解上述高分子材料的溶劑。
[0021]優(yōu)選地,靜電紡絲的電壓范圍為1-50千伏。收集距離即靜電紡絲產(chǎn)物從噴頭噴出到沉積到基底上之間經(jīng)過(guò)的距離為0.1-50厘米。
[0022]優(yōu)選地,激光的功率為2-30瓦。分層的層厚為0.01-0.5毫米。
[0023]優(yōu)選地,靜電紡絲時(shí)的環(huán)境溫度控制在0-35攝氏度,環(huán)境相對(duì)濕度控制在5-50%。
[0024]優(yōu)選地,為了增加成型速度,可以采用多個(gè)靜電紡絲模塊安裝在激光通路模塊A上同時(shí)工作,這種情況下要確保所有從注射器針頭噴出的射流匯聚于一點(diǎn),并且被激光束所覆蓋;為了減少對(duì)靜電場(chǎng)的影響,靜電紡絲模塊B的主體、成形基板、成形工作臺(tái)305都選用不導(dǎo)電材質(zhì)制成。模塊B的主體采用塑料、陶瓷、木材等材質(zhì)。成形工作臺(tái)305優(yōu)選塑料、陶瓷、木材、石材的薄板制成。
[0025]需要說(shuō)明的是,本裝置也可以對(duì)高分子制件進(jìn)行原位修復(fù)或添加新材料實(shí)現(xiàn)局部的新功能。在這種情況下將噴頭毛細(xì)管與激光交匯處對(duì)準(zhǔn)高分子制件待修復(fù)的部位,在計(jì)算機(jī)控制下使噴頭通過(guò)逐層打印累積材料而實(shí)現(xiàn)。
[0026]具體實(shí)施例的裝置的進(jìn)一步參見(jiàn)圖1和圖2。此裝置包括一個(gè)噴頭,高壓直流電源、成形工作臺(tái)305、成形基底304、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置310、接收電極306、電極托臺(tái)307、托臺(tái)固定板308、連接架309、導(dǎo)線311、支架312、推進(jìn)器301。其中噴頭包含一個(gè)激光通路模塊A,四個(gè)靜電紡絲模塊B。激光通路模塊包含激光通路101、主體102、激光出口孔103、T形槽104。每個(gè)靜電紡絲模塊都包含一個(gè)溶液通路202、主體201、毛細(xì)管出口孔203、注射器204、金屬毛細(xì)管205、墊圈207、軟膠塞206、與T形槽配合的卡槽208。此外每一個(gè)靜電紡絲模塊的金屬毛細(xì)管205都固定在注射器204的前端,并且都與一個(gè)導(dǎo)管303相連,導(dǎo)管的另一端通過(guò)軟膠塞與一個(gè)推進(jìn)器301相連,如圖1(圖1中只示意性地畫(huà)出了一個(gè)推進(jìn)器和導(dǎo)管,其余的靜電紡絲模塊與此相同)和圖2(圖2為包含4個(gè)靜電紡絲模塊的噴頭的俯視圖,其中每一個(gè)靜電紡絲模塊中的金屬毛細(xì)管都通過(guò)一個(gè)導(dǎo)管與一個(gè)推進(jìn)器相連,圖中未示出推進(jìn)器和導(dǎo)管)所示。成形工作臺(tái)305能夠在運(yùn)動(dòng)控制裝置310的控制下沿著支架312做垂直方向移動(dòng)。
[0027]采用本實(shí)用新型實(shí)施例的3D打印裝置制造聚乳酸PLA的三維制件為例。所使用的聚乳酸分子量為100000。采用二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑,配置成重量百分比14%的溶液。采用4個(gè)靜電紡絲模塊。每一個(gè)靜電紡絲模塊的金屬毛細(xì)管205都與一個(gè)導(dǎo)管303相連,導(dǎo)管的另一端通過(guò)軟膠塞與一個(gè)推進(jìn)器301相連。靜電紡絲模塊的主體201用塑料制成。金屬毛細(xì)管205的內(nèi)徑為0.25mm,外徑為0.51mm。毛細(xì)管接到1ml的注射器204前端。材質(zhì)為陶瓷的成形基底304放置在激光通路101軸線的正下端,激光通路的軸線與每一個(gè)毛細(xì)管軸線的角度都設(shè)置為25°,四個(gè)毛細(xì)管的軸線與激光通路的軸線都交匯于一點(diǎn)。毛細(xì)管的尖端到成形基底的垂直距離都設(shè)置為75mm。高壓直流電源的電壓設(shè)置為18千伏。
[0028]可先將所需要制作的三維制件的模型利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行離散分層,獲得STL格式的每一層的輪廓數(shù)據(jù),分層厚度設(shè)置為0.05mm。根據(jù)每一層的輪廓數(shù)據(jù)得到噴頭打印的移動(dòng)路徑,噴頭通過(guò)連接架309與接收電極306同步運(yùn)動(dòng)。將配置好的聚乳酸溶液302放入推進(jìn)器301中,以15微升每分鐘的速率進(jìn)行供液。開(kāi)啟高壓直流電源,同時(shí)開(kāi)啟激光源,激光功率設(shè)置為8瓦,在進(jìn)行靜電紡絲的同時(shí)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行激光熔融。噴頭在成形基底上首先打印第一層,然后成形工作臺(tái)下降一個(gè)分層的厚度0.05mm,保持毛細(xì)管尖端到接收電極的距離不變,再進(jìn)行第二層的打印,以此方式逐層打印疊加成形,最終形成三維的零件。
[0029]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下,其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型,而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種3D打印裝置,其特征在于,包括噴頭、直流電源、用于放置成形基底的成形工作臺(tái)、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置以及接收電極,所述噴頭包括同步移動(dòng)的激光通路模塊和至少一個(gè)靜電紡絲模塊,所述激光通路模塊的出口軸線與所述靜電紡絲模塊的出口軸線交匯于一點(diǎn),所述靜電紡絲模塊與所述接收電極分別連接所述直流電源的正負(fù)極,所述成形工作臺(tái)設(shè)置在所述噴頭和所述接收電極之間,所述成形工作臺(tái)固定在所述工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置上,所述工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置用于改變所述成形工作臺(tái)到所述噴頭的距離。2.如權(quán)利要求1所述的3D打印裝置,其特征在于,所述接收電極安置在電極托臺(tái)上,所述電極托臺(tái)與所述噴頭固定連接。3.如權(quán)利要求1所述的3D打印裝置,其特征在于,所述成形工作臺(tái)水平布置,所述噴頭布置在所述成形工作臺(tái)上方,所述激光通路模塊的出口軸線垂直于所述成形工作臺(tái),所述靜電紡絲模塊的出口軸線與激光通路模塊的出口軸線之間的角度為5°到45°。4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的3D打印裝置,其特征在于,所述靜電紡絲模塊包括主體、注射器、金屬毛細(xì)管,所述注射器固定在所述主體內(nèi)部的溶液通路中,所述金屬毛細(xì)管安裝在注射器的前端并通過(guò)所述主體上的出口孔伸出到所述溶液通路外,所述注射器的后端封閉,所述金屬毛細(xì)管通過(guò)一根延伸穿過(guò)所述注射器的后端的導(dǎo)管與所述主體外部的推進(jìn)器連通,所述推進(jìn)器向所述導(dǎo)管內(nèi)推送高分子溶液,所述注射器的后端通過(guò)軟膠塞配合墊圈來(lái)封閉。5.如權(quán)利要求4所述的3D打印裝置,其特征在于,所述靜電紡絲模塊的主體和所述成形工作臺(tái)為不導(dǎo)電材質(zhì)。6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的3D打印裝置,其特征在于,四個(gè)所述靜電紡絲模塊呈十字形的方式圍繞設(shè)置在所述激光通路模塊的周圍,各靜電紡絲模塊的噴頭噴出的射流匯聚于一點(diǎn),并且被所述激光通路模塊發(fā)出的激光束所覆蓋。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種3D打印裝置,包括噴頭、直流電源、用于放置成形基底的成形工作臺(tái)、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置以及接收電極,所述噴頭包括同步移動(dòng)的激光通路模塊和至少一個(gè)靜電紡絲模塊,所述激光通路模塊的出口軸線與所述靜電紡絲模塊的出口軸線交匯于一點(diǎn),所述靜電紡絲模塊與所述接收電極分別連接所述直流電源的正負(fù)極,所述成形工作臺(tái)設(shè)置在所述噴頭和所述接收電極之間,所述成形工作臺(tái)固定在所述工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置上,所述工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制裝置用于改變所述成形工作臺(tái)到所述噴頭的距離。本實(shí)用新型能夠顯著增加打印材料適用范圍,提高打印質(zhì)量和打印精細(xì)度。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y30/00, B33Y40/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204658952
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520149833
【發(fā)明人】閆國(guó)棟, 唐臻, 王長(zhǎng)明
【申請(qǐng)人】東莞勁勝精密組件股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日