[實用新型]一種結合靜電紡絲技術的快速成型裝置

無效

• 申請號: 200920106284.7
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN201357575Y
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 楊衛民;鄧榮堅;丁玉梅;劉勇;謝鵬程;安瑛;閻華
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;D01D5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種利用靜電紡絲技術制造微小零件的裝置，屬于快速成型技術領域。

背景技術

快速成型技術(Rapid?Prototyping，簡稱為RP技術)是利用材料逐層迭加累積成型的原理來制造產品的。快速成型技術將計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機數字控制(CNC)、精密伺服驅動和新材料等先進技術集成于一體，被認為是最近20年來制造領域的一次重大突破，是目前先進制造領域研究的熱點之一。

目前，快速成型技術有很多種，如光固法(SLA)、層疊法(LOM)、激光選域燒結法(SLS)、熔融沉積法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三維印刷法(TDP)和噴粒法(BPM)等。其中熔融沉積法(FDM)，由于其具有設備小巧、價格低廉、應用材料范圍廣泛、可直接制成工業產品等優點，在企業中有著最廣泛的應用。然而，工業上應用的熔融沉積法快速成型機，一般精度不高，而且，其噴嘴直徑一般在0.2～0.6mm，熔體經過噴嘴后由于擠出脹大效應直徑一般大于1mm，因而熔融沉積法快速成型機對于微小零件的生產顯得無能為力。

靜電紡絲技術是一種制備超細纖維和納米纖維的重要方法，典型的靜電紡絲纖維直徑為40～2000nm。把靜電紡絲技術和快速成型技術結合起來的研究，目前還沒有見到有公開的報道。

實用新型內容

本實用新型提出的一種結合靜電紡絲技術的快速成型裝置，把靜電紡絲技術應用到快速成型中，利用靜電紡絲技術可以紡出超細纖維的特點，解決了熔融沉積法快速成型機在生產微小零件方面的不足，制品精度提高，并且制品與紡絲介質流出口可以保持一定的距離，因而制品平臺只在兩維方向有高精度要求，使得設備加工成本降低。

本實用新型一種結合靜電紡絲技術的快速成型裝置，包括尖端電極、尖端電極托臺、靜電發生器、制品平臺、制品平臺運動系統、毛細管、噴嘴、支架及紡絲介質控制裝置，尖端電極與靜電發生器的正極連接，尖端電極安裝在尖端電極托臺上，尖端電極托臺安裝在支架的下端，尖端電極托臺在支架上可以上下移動，用于調節尖端電極的尖部與毛細管末端的距離；制品平臺運動系統帶動制品平臺可以在支架上上下移動，調節制品平臺與毛細管的距離，制品平臺運動系統與計算機系統連接，將根據預加工制品的形狀編制的制品平臺運動程序輸入到計算機中，由計算機程序來控制制品平臺的運動軌跡，毛細管與大地連接，毛細管在尖端電極的正上方，毛細管與噴嘴相連，噴嘴安裝在紡絲介質控制裝置的下端，紡絲介質控制裝置固定在支架的上端的中間部位。從毛細管末端噴出的帶電紡絲介質噴射流沿著直線路徑飛向尖端電極，由于制品平臺的阻隔，噴射流就會堆積在制品平臺上。制品平臺是一個絕緣的薄壁平板，其在制品平臺運動系統的帶動下可實現在XYZ三個方向自由移動，沿XY方向運動精度要求高，沿Z方向的運動精度不要求很高，制品沿Z方向的尺寸根據堆積的層數確定，在制品加工過程中，制品平臺沿Z方向靜止，因而該裝置比常規熔融沉積法快速成型機造價低，由于在靜電場下產生的紡絲介質的噴射流可以達到微米級或納米級，所以由此方法可制備出極微小的精密零件。另外，紡絲介質的噴射流動在電場力的作用下，通過增加電壓，紡絲介質的流速或流量可以增加，所以對于普通尺寸的快速成型制品，采用該裝置可以提高加工速度。紡絲介質控制裝置可以是螺桿式結構，主要包括料筒、料斗、轉動控制裝置、螺桿、加熱器和溫度傳感器，紡絲介質從料斗加入到料筒中，轉動控制裝置帶動螺桿轉動將紡絲介質均勻地擠入到噴嘴，經毛細管流出，毛細管和噴嘴采用錐面配合，噴嘴與料筒采用螺釘連接。在料筒外側包覆加熱器，溫度傳感器安裝在料筒上。

紡絲介質控制裝置也可以是柱塞式結構，主要包括料筒、柱塞、微位移驅動器、加熱器和溫度傳感器，將定量的紡絲介質加入到料筒中，柱塞放置于料筒中作用在紡絲介質上，微位移驅動器帶動柱塞使其在料筒內移動，柱塞通過微位移驅動器的控制使紡絲介質經由噴嘴和毛細管流出，在料筒外側包覆加熱器，在料筒上安裝溫度傳感器。

本實用新型提出的一種結合靜電紡絲技術的快速成型裝置，紡絲介質可以為顆粒狀或粉末狀的聚合物，也可以是聚合物溶液。當紡絲介質為聚合物溶液時，加熱器不工作。當紡絲介質為顆粒狀或粉末狀的聚合物時，加熱器工作，為了延緩熔體噴射流的固化可以在制品平臺上安裝紅外加熱燈。