[實(shí)用新型]一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520300967.1
• 申請(qǐng)日: 2015-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN204640811U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊衛(wèi)民;遲百宏;馬昊鵬;焦志偉;譚晶;丁玉梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C67/00
• 分類號(hào): B29C67/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種快速成型設(shè)備中的機(jī)構(gòu),尤其是涉及一種利用超臨界二氧化碳作為耗材載體的3D打印裝置。

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?Manufacturing，簡(jiǎn)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，它能克服目前傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙。可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡(jiǎn)單化生產(chǎn)。現(xiàn)有的3D打印技術(shù)主要分為，熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、立體平板印刷(SLA)和數(shù)字光處理(DLP)等。

熔融沉積成型技術(shù)(FDM)的工作方式是：通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行疊加沉積新的一層，如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。

目前，熔融沉積成型技術(shù)(FDM)的一個(gè)重要瓶頸是可用材料較少。目前基于FDM技術(shù)的三維打印的材料主要有ABS系列材料、PLA系列材料、HIPS系列材料、尼龍系列材料等。現(xiàn)有的這些材料種類不足以滿足實(shí)際工業(yè)要求，許多種類的高分子材料不適用于FDM技術(shù)的3D打印機(jī)，或者由于材料性能的原因?qū)е聼o法制成長(zhǎng)絲狀耗材，所以對(duì)于3D打印技術(shù)新材料的研發(fā)與制備至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)上述3D打印技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)一種利用超臨界二氧化碳極強(qiáng)的溶解能力將作為耗材的高分子材料溶解在其中，使用氣動(dòng)針閥將含有高分子材料的超臨界二氧化碳溶液從裝有加熱裝置的噴頭處噴射在三維成型平臺(tái)上。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置，主要包括備料單元、噴射單元、三維成型平臺(tái)單元和原料回收單元；噴射單元包括氣泵、氣動(dòng)針閥、冷卻風(fēng)扇、電阻加熱器；備料單元包括高分子材料粉末、二氧化碳?xì)馄俊⒒炝瞎蕖⒁夯鰤罕谩嚢枞~輪、制冷器、液體泵、氣體泵和粉末泵；三維成型平臺(tái)單元包括鋁合金成型平臺(tái)和三維滾珠絲杠滑臺(tái)模組；原料回收單元包括密閉箱體、回收氣泵。將成比例的高分子材料粉末和二氧化碳?xì)怏w加入混料罐內(nèi)，液化增壓泵工作使混料罐內(nèi)增壓超過二氧化碳的臨界壓力，使二氧化碳?xì)怏w變?yōu)槌R界二氧化碳狀態(tài)，攪拌葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)促進(jìn)高分子粉末在超臨界二氧化碳溶劑中的溶解。待其完全溶解生成含有高分子材料的超臨界二氧化碳溶液后，由液體泵將該溶液輸送進(jìn)噴射單元中。

本實(shí)用新型一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置，噴射單元包括氣泵、氣動(dòng)針閥、冷卻風(fēng)扇、電阻加熱器；氣泵控制氣動(dòng)針閥開合，氣動(dòng)針閥噴嘴處裝有電阻加熱器，當(dāng)溶液被加熱并被氣動(dòng)針閥噴射到成型平臺(tái)上時(shí)，由于壓力迅速減小、溫度上升，溶液中作為溶劑的超臨界狀態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳，只有溶液中作為溶質(zhì)的高分子材料沉積在成型平臺(tái)上。噴嘴處的冷卻風(fēng)扇吹向噴出的溶液，使高分子材料迅速成型。

本實(shí)用新型一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置，三維成型平臺(tái)單元包括成型平臺(tái)和三維滾珠絲杠滑臺(tái)模組。通過三維滾珠絲杠滑臺(tái)連接成型平臺(tái)進(jìn)行三維移動(dòng)，使高分子材料在平臺(tái)上按照預(yù)設(shè)路線進(jìn)行沉積成型。

本實(shí)用新型一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置，原料回收單元包括密閉箱體、氣泵，采用密閉箱體可以使該設(shè)備完全處于密閉工作環(huán)境中，在噴射過程后超臨界狀態(tài)二氧化碳變?yōu)闅鈶B(tài)，擴(kuò)散到密閉箱體中，由氣泵回收密閉箱體中的二氧化碳?xì)怏w到混料罐內(nèi)。原料回收裝置可以提高原料利用率，避免溫室氣體排放，達(dá)到綠色生產(chǎn)流程標(biāo)準(zhǔn)。

本實(shí)用新型一種利用超臨界二氧化碳作為溶劑的3D打印裝置的成形方法是：第一步，運(yùn)用氣體泵將二氧化碳?xì)怏w裝入混料罐中冷卻至-31.26℃以下，并增壓至72.9atm以上，二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)變形態(tài)為超臨界狀態(tài)，性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，其密度近于液體，粘度近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍，超臨界狀態(tài)的二氧化碳具有驚人的溶解能力；第二步，用粉末泵將高分子材料粉末溶解在超臨界二氧化碳溶劑中，形成含有高分子材料的超臨界二氧化碳溶液；第三步，將這種溶液通過氣動(dòng)針閥按需噴射出，噴嘴處安裝有電阻加熱器，當(dāng)溶液被噴出后層疊在三維平臺(tái)上，由于溫度升高，氣壓降低，二氧化碳溶液中作為溶劑的二氧化碳?xì)饣瘮U(kuò)散到工作環(huán)境中，而溶液中作為溶質(zhì)的高分子材料在平臺(tái)上沉積，即可形成三維實(shí)體；第四步，工作環(huán)境完全密閉，放置二氧化碳?xì)怏w回收裝置，將萃取完成后的二氧化碳?xì)怏w回收進(jìn)混料罐內(nèi)，以節(jié)省原料，減少溫室氣體排放，真正做到綠色生產(chǎn)過程。