一種用于靜電紡絲的3d打印噴頭及打印機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及靜電紡絲工藝，屬于靜電紡絲和3D打印領(lǐng)域。一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于：包括料筒，所述料筒的上蓋封閉所述料筒，上蓋上方連接壓縮桿，壓縮桿由壓縮電機(jī)帶動(dòng)上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)上蓋上下移動(dòng)，所述料筒的底蓋為均勻設(shè)置有多個(gè)通孔的噴絲板，所述噴絲板采用導(dǎo)體材料制作，連接靜電發(fā)生裝置，噴絲板下方連接有保護(hù)罩，保護(hù)罩下方是3D打印平臺(tái)，在3D打印平臺(tái)下方設(shè)置有電極。采用本發(fā)明的3D打印噴頭的打印機(jī)，采用三個(gè)平臺(tái)的設(shè)置，使噴頭和電極不用移動(dòng)。本發(fā)明的用于靜電紡絲的3D打印噴頭和打印機(jī)，能夠直接從噴絲板噴絲出來的同時(shí)加載靜電，效率高，控制方便，成紗均勻，連續(xù)性和穩(wěn)定性都大大加強(qiáng)。
【專利說明】
一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭及打印機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及紡織產(chǎn)品和3D打印領(lǐng)域，尤其涉及一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭及打印機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲可以制備納米級(jí)纖維，該種纖維具有比表面積高，直徑小等優(yōu)異的性能。取向納米纖維具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)性能。此外，納米纖維紗線提高了納米纖維束的力學(xué)性能，并且可以使其通過機(jī)織、針織等進(jìn)行二次加工。
[0003]由于靜電紡絲的優(yōu)異性能，可以應(yīng)用在過濾膜、組織功能支架等高性能材料中，且可以作為鋰離子電池材料、生物醫(yī)學(xué)材料等方面。
[0004]利用靜電紡絲可使納米纖維按二維擴(kuò)張的形式直接織成非織造布，無需后加工，方便易行，流程簡短，可降低成本;且對(duì)紡絲溫度要求不苛刻，在室溫下即可進(jìn)行紡絲;靜電紡絲有較好的工藝可控性和纖維尺度可控性，且具有很好的可重復(fù)性和可操作性。這使得靜電紡絲技術(shù)越來越受關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]但是靜電紡絲由于其工藝限制，目前無法進(jìn)行量產(chǎn)，成紗不勻，且連續(xù)性不佳，無法制成符合需求的長度，不能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。
[0006]3D打印(3DP)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印的優(yōu)點(diǎn)有:①數(shù)字制造:借助CAD等軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)機(jī)器設(shè)備加工制造成器件;數(shù)字化文件還可借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)異地分散化制造的生產(chǎn)模式。②降維制造(分層制造):即把三維結(jié)構(gòu)的物體先分解成二維層狀結(jié)構(gòu)，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術(shù)可以制造出任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且制造過程更柔性化。③堆積制造:“從下而上”的堆積方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)非勻致材料、功能梯度的器件更有優(yōu)勢(shì)。④直接制造:任何高性能難成型的部件均可通過“打印”方式一次性直接制造出來，不需要通過組裝拼接等復(fù)雜過程來實(shí)現(xiàn)。⑤快速制造:3D打印制造工藝流程短、全自動(dòng)、可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場制造，因此，制造更快速、更高效。
[0007]鑒于此，希望能夠?qū)㈧o電紡絲與3D打印結(jié)合起來，充分利用3D打印的眾多優(yōu)點(diǎn)，使靜電紡絲的優(yōu)勢(shì)能夠得到推廣，更能滿足生產(chǎn)的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭及打印機(jī)，解決現(xiàn)在靜電紡絲由于其工藝限制，成紗不勻，連續(xù)性不佳，無法制成符合需求的長度，不能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)的缺陷。
[0009]技術(shù)方案
[0010]一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:包括料筒，所述料筒的上蓋封閉所述料筒，上蓋上方連接壓縮桿，壓縮桿由壓縮電機(jī)帶動(dòng)上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)上蓋上下移動(dòng)，所述料筒的底蓋為均勻設(shè)置有多個(gè)通孔的噴絲板，所述噴絲板采用導(dǎo)體材料制作，連接靜電發(fā)生裝置，噴絲板下方連接有保護(hù)罩，保護(hù)罩下方是3D打印平臺(tái)，在3D打印平臺(tái)下方設(shè)置有電極。
[0011 ]進(jìn)一步，所述保護(hù)罩為半橢球形，直徑逐漸變小，防止紡絲液在噴出后過快凝固。
[0012]進(jìn)一步，所述電極設(shè)置在3D打印平臺(tái)下方對(duì)應(yīng)所述保護(hù)罩的出口的位置。
[0013]進(jìn)一步，所述壓縮桿采用非金屬絲杠。
[0014]所述3D打印平臺(tái)為絕緣材質(zhì)的薄板，平臺(tái)旁邊設(shè)置通風(fēng)、控溫裝置，方便紡絲液落在打印平臺(tái)后迅速凝固成型。
[0015]所述壓縮電機(jī)控制料筒內(nèi)的壓強(qiáng)，配合靜電發(fā)生裝置使噴絲板噴絲順暢。
[0016]進(jìn)一步，所述料筒的上蓋上設(shè)置有能開關(guān)的原料注入孔。
[0017]一種應(yīng)用上述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭的打印機(jī)，包括打印平臺(tái)，其特征在于:所述打印平臺(tái)下方還設(shè)置有第一移動(dòng)平臺(tái)和第二移動(dòng)平臺(tái)，所述打印平臺(tái)由設(shè)置在第二移動(dòng)平臺(tái)上的Y軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面Y軸向移動(dòng)，所述第二移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)上的X軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面X軸向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)，所述第一移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在其下方四角的四個(gè)Z軸電機(jī)帶動(dòng)，能夠沿豎直面Z軸向上下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的第二移動(dòng)平臺(tái)和打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步，所述第一移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)分別安裝有X軸向的導(dǎo)軌，在所述導(dǎo)軌上設(shè)置有滑塊，所述第二移動(dòng)平臺(tái)固定在所述滑塊上，第一移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有X軸電機(jī)，在所述X軸電機(jī)的輸出軸上連接有傳動(dòng)齒輪，與設(shè)置在所述第二移動(dòng)平臺(tái)下方的齒條嚙合，帶動(dòng)所述第二移動(dòng)平臺(tái)在X軸向移動(dòng)。
[0019]有益效果
[0020]采用本發(fā)明的用于靜電紡絲的3D打印噴頭和打印機(jī)，能夠直接從噴絲板噴絲出來的同時(shí)加載靜電，且通過控制料筒的上蓋作為原料出料的壓縮板，底蓋作為出絲孔，能夠直接通過控制料筒內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到控制噴絲的速度和效果，不僅效率高，而且控制方便，能夠滿足納米級(jí)靜電紡絲纖維的要求;打印機(jī)采用三個(gè)平臺(tái)的設(shè)置，噴頭裝置和電極不用移動(dòng)，減少影響因素，使成紗均勻，連續(xù)性和穩(wěn)定性都大大加強(qiáng)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的打印機(jī)的整體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的打印機(jī)的第一移動(dòng)平臺(tái)的部分與第二移動(dòng)平臺(tái)的連接示意圖。其中:1-壓縮電機(jī)固定擋板，2-壓縮電機(jī)，3-料筒的上蓋，4-原料注入孔，5-料筒固定臺(tái)，6-噴絲板，7-保護(hù)罩，8-電極，9-3D打印噴頭，1-Y軸電機(jī)，11-打印平臺(tái)，12-第二移動(dòng)平臺(tái)，13-第一移動(dòng)平臺(tái)，14-Z軸電機(jī)，15-X軸電機(jī)，16-導(dǎo)軌，17-滑塊，18-傳動(dòng)齒輪，19-齒條。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明提出了一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭和打印機(jī)，可以使紡絲液均勻、流暢的從打印噴頭擠出，并且按照要求在打印平臺(tái)上凝固成型，最終以3D打印的方式制成具有靜電紡絲眾多優(yōu)點(diǎn)的織物。
[0026]如附圖1所示為3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)示意，包括料筒，所述料筒的上蓋封閉所述料筒，上蓋上方連接壓縮桿，壓縮桿由壓縮電機(jī)帶動(dòng)上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)上蓋上下移動(dòng)，所述料筒的底蓋為均勻設(shè)置有多個(gè)通孔的噴絲板，所述噴絲板采用導(dǎo)體材料制作，連接靜電發(fā)生裝置，噴絲板下方連接有保護(hù)罩，保護(hù)罩下方是3D打印平臺(tái)，在3D打印平臺(tái)下方設(shè)置有電極。所述電極設(shè)置在3D打印平臺(tái)下方對(duì)應(yīng)所述保護(hù)罩的出口的位置。
[0027]所述保護(hù)罩為半橢球形，直徑逐漸變小，臨近打印平臺(tái)位置有開口，開口有一定寬度的內(nèi)延，保護(hù)罩能防止紡絲液在噴出后過快凝固。
[0028]所述壓縮桿采用非金屬絲杠，就不會(huì)對(duì)高壓靜電場產(chǎn)生影響。還有料筒內(nèi)壁、料筒的上蓋以及保護(hù)罩均為不導(dǎo)電材料。
[0029]料筒外壁下方等距設(shè)置幾個(gè)料筒固定臺(tái)，可以方便固定其位置。
[0030]打印平臺(tái)為一絕緣材質(zhì)的薄板，平臺(tái)旁邊設(shè)置通風(fēng)、控溫裝置，方便紡絲液落在打印平臺(tái)后迅速凝固成型。
[0031]料筒上方的可控壓縮電機(jī)可以控制料筒內(nèi)的壓強(qiáng)，配合高壓的靜電發(fā)生裝置使作為噴絲板的料筒的底蓋噴絲順暢。
[0032]當(dāng)料筒內(nèi)紡絲液不足時(shí)，外部可以打開料筒上蓋上的原料注入孔向料筒內(nèi)注入紡絲液，完成加料后密封所述原料注入孔。
[0033]采用本發(fā)明的3D打印噴頭的打印機(jī)，運(yùn)動(dòng)方案為噴頭不動(dòng)，打印過程中，打印平臺(tái)不斷移動(dòng)接受噴絲。因此，本發(fā)明的打印機(jī)的結(jié)構(gòu)采用在打印平臺(tái)下方還設(shè)置有第一移動(dòng)平臺(tái)和第二移動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，如附圖2所示意，打印平臺(tái)由設(shè)置在第二移動(dòng)平臺(tái)上的Y軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面Y軸向移動(dòng)，第二移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)上的X軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面X軸向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)，第一移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在其下方四角的四個(gè)Z軸電機(jī)帶動(dòng)，能夠沿豎直面Z軸向上下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的第二移動(dòng)平臺(tái)和打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)。
[0034]具體的第一移動(dòng)平臺(tái)與第二移動(dòng)平臺(tái)之間的連接方式，是在第一移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)分別安裝有X軸向的導(dǎo)軌，在所述導(dǎo)軌上設(shè)置有滑塊，所述第二移動(dòng)平臺(tái)固定在所述滑塊上，第一移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有X軸電機(jī)，在所述X軸電機(jī)的輸出軸上連接有傳動(dòng)齒輪，與設(shè)置在所述第二移動(dòng)平臺(tái)下方的齒條嚙合，帶動(dòng)所述第二移動(dòng)平臺(tái)在X軸向移動(dòng)。
[0035]第二移動(dòng)平臺(tái)同樣采用上述導(dǎo)軌配合滑塊的連接方式連接打印平臺(tái)，采用齒輪齒條嚙合的方式驅(qū)動(dòng)打印平臺(tái)移動(dòng)。
[0036]三個(gè)平臺(tái)的設(shè)置的好處為:首先可以保持噴絲筒與電極不動(dòng)，減少影響因素;其次打印平臺(tái)下部空間無遮擋，也方便安置電機(jī)。
[0037]具體打印時(shí)，先根據(jù)靜電紡絲的要求，將打印平臺(tái)移動(dòng)到所需要的位置后，打印前其它準(zhǔn)備工作結(jié)束后，噴絲板通電，與打印平臺(tái)之間產(chǎn)生高壓靜電場，當(dāng)電場強(qiáng)度超過一臨界值后，料筒內(nèi)聚合物溶液或者熔融體(一般為非牛頓流體)克服自身的表面張力和粘彈性力形成射流(壓縮電機(jī)有補(bǔ)差作用)，在電場中進(jìn)一步加速，直徑減小，拉伸成一直線至一定距離，伴隨溶劑揮發(fā)或熔融體冷卻固化，終落在打印平臺(tái)上形成纖維，直徑一般在幾十納米到幾微米之間，打印平臺(tái)按照程序設(shè)定移動(dòng)，即可完成打印。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:包括料筒，所述料筒的上蓋封閉所述料筒，上蓋上方連接壓縮桿，壓縮桿由壓縮電機(jī)帶動(dòng)上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)上蓋上下移動(dòng)，所述料筒的底蓋為均勻設(shè)置有多個(gè)通孔的噴絲板，所述噴絲板采用導(dǎo)體材料制作，連接靜電發(fā)生裝置，噴絲板下方連接有保護(hù)罩，保護(hù)罩下方是3D打印平臺(tái)，在3D打印平臺(tái)下方設(shè)置有電極。2.如權(quán)利要求1所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述保護(hù)罩為半橢球形，直徑逐漸變小，防止紡絲液在噴出后過快凝固。3.如權(quán)利要求1所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述電極設(shè)置在3D打印平臺(tái)下方對(duì)應(yīng)所述保護(hù)罩的出口的位置。4.如權(quán)利要求1所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述壓縮桿采用非金屬絲杠。5.如權(quán)利要求1?4之一所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述3D打印平臺(tái)為絕緣材質(zhì)的薄板，平臺(tái)旁邊設(shè)置通風(fēng)、控溫裝置，方便紡絲液落在打印平臺(tái)后迅速凝固成型。6.如權(quán)利要求1?4之一所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述壓縮電機(jī)控制料筒內(nèi)的壓強(qiáng)，配合靜電發(fā)生裝置使噴絲板噴絲順暢。7.如權(quán)利要求1所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭，其特征在于:所述料筒的上蓋上設(shè)置有能開關(guān)的原料注入孔。8.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的用于靜電紡絲的3D打印噴頭的打印機(jī)，包括打印平臺(tái)，其特征在于:所述打印平臺(tái)下方還設(shè)置有第一移動(dòng)平臺(tái)和第二移動(dòng)平臺(tái)，所述打印平臺(tái)由設(shè)置在第二移動(dòng)平臺(tái)上的Y軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面Y軸向移動(dòng)，所述第二移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)上的X軸電機(jī)帶動(dòng)在水平面X軸向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)，所述第一移動(dòng)平臺(tái)由設(shè)置在其下方四角的四個(gè)Z軸電機(jī)帶動(dòng)，能夠沿豎直面Z軸向上下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)置在其上方的第二移動(dòng)平臺(tái)和打印平臺(tái)同向同距離移動(dòng)。9.如權(quán)利要求8所述的打印機(jī)，其特征在于:所述第一移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)分別安裝有X軸向的導(dǎo)軌，在所述導(dǎo)軌上設(shè)置有滑塊，所述第二移動(dòng)平臺(tái)固定在所述滑塊上，第一移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有X軸電機(jī)，在所述X軸電機(jī)的輸出軸上連接有傳動(dòng)齒輪，與設(shè)置在所述第二移動(dòng)平臺(tái)下方的齒條嚙合，帶動(dòng)所述第二移動(dòng)平臺(tái)在X軸向移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】D01D5/00GK105887217SQ201610398383
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】孟想, 辛斌杰, 靳世鑫, 張弢
【申請(qǐng)人】上海工程技術(shù)大學(xué)