一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3d打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，屬于3D打印領(lǐng)域，它包括料筒、包覆在料筒外面的加熱圈和熱電偶、與料筒通過螺釘和墊片連接的圓柱形流道、靠螺栓連接并固定在料筒底部的轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器包括固定圈和旋轉(zhuǎn)圈、固定圈有一個(gè)圓柱形彈簧孔，里面用彈簧連接一個(gè)外徑比圓柱形彈簧孔的直徑稍小的金屬球、固定圈還開有一個(gè)與圓柱形流道緊密配合的通孔、旋轉(zhuǎn)圈可設(shè)至少2個(gè)與噴嘴連接的螺紋孔，與之對應(yīng)的有與金屬球配合的半球形凹槽、噴嘴上用螺紋連接1個(gè)或多個(gè)同直徑的針頭、每個(gè)噴嘴對應(yīng)的針頭的直徑不同、針頭接高壓靜電發(fā)生器的正極，接收裝置接地。本發(fā)明適用于以熔體或溶液為原料的3D打印系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)換噴嘴得到不同直徑的針頭，并用高壓靜電驅(qū)動(dòng)，可以增加3D打印材料的種類和提高3D打印產(chǎn)品的品質(zhì)。
【專利說明】—種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種3D打印機(jī)，尤其是涉及一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑的3D打印機(jī)，屬于3D打印領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印即“快速成型技術(shù)”是一種只需根據(jù)實(shí)體的三維模型數(shù)據(jù)，就能通過成型設(shè)備以材料累加的方式精確地制成實(shí)物模型的技術(shù)，并且在生產(chǎn)過程中幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物。3D打印的耗材為一些可以固化的材料，如金屬、塑料、陶瓷。隨著技術(shù)的成熟，3D打印技術(shù)將能在醫(yī)療、食品、飾品、建筑、個(gè)性化產(chǎn)品、文物保護(hù)、航空、汽車、電子制造等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。然而目前已經(jīng)應(yīng)用于3D打印的材料種類有限，打印精度約為0.1mm。
[0003]靜電紡絲是制造連續(xù)納米纖維的最有效和最直接的方法之一。靜電紡絲是在噴頭和接收裝置之間加上高壓靜電場，使噴頭頂端的熔體或溶液在電場力的作用下克服表面張力，拉伸形成噴射流，從而在接收裝置上得到超細(xì)纖維的過程。目前大約有100多種聚合物、復(fù)合材料和無機(jī)材料可以通過靜電紡絲的方式得到納米纖維。根據(jù)紡絲材料性質(zhì)的不同，通過靜電紡絲得到的納米纖維直徑在幾十納米到幾十微米之間，最小直徑可達(dá)lnrn。
[0004]為了提高3D打印的精度，本專利在針頭與模型下底面間建立了高壓靜電場，利用靜電紡絲的原理，驅(qū)動(dòng)熔體或溶液以極細(xì)的射流落到接收板上，可以大大提高3D打印的精度。另外，為了提高效率，設(shè)置了不同直徑的金屬針頭，對于精度要求不高的模型部分，可以用大流量的針頭來打印。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專利采用一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，通過轉(zhuǎn)換針頭來滿足打印材料的不同和分辨率要求的差異，加上靜電紡絲技術(shù)，使得打印的產(chǎn)品種類大大增多，打印產(chǎn)品的分辨率可根據(jù)需要選擇，極大地提高了產(chǎn)品品質(zhì)，擴(kuò)大了 3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0006]本專利提供了一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，它包括接收裝置(I)、移動(dòng)臺(tái)(2)、計(jì)算機(jī)(3)、精密微量注射泵(4)、高壓靜電發(fā)生器(14)、豎直導(dǎo)軌(16)、水平桿
(15)以及3D打印噴頭，3D打印噴頭主要由料筒(5)、包覆在料筒(5)外面的加熱圈(13)和熱電偶(12)、下端有凸出外緣的圓柱形流道(10)、由固定圈(6)和旋轉(zhuǎn)圈(7)組成的轉(zhuǎn)換器、噴嘴(8)和針頭(9)組成。圓柱形流道(10)和料筒(5)之間有墊片(101)，三者用螺釘(102)連接，圓柱形流道(10)和固定圈(6)緊密配合，底部有內(nèi)螺紋通孔的固定圈(6)和底部有光孔的旋轉(zhuǎn)圈(7)用螺栓(11)連接，并且連接到料筒(5)的底部進(jìn)行固定，固定圈(6)設(shè)有一個(gè)圓柱形彈簧孔，里面有彈簧(62)和一個(gè)直徑比該圓柱形彈簧孔直徑稍小的金屬球(61)，使無外力作用時(shí)該金屬球(61)大約有一半露出圓柱形彈簧孔，加上外力時(shí)該金屬球(61)恰好回到圓柱形彈簧孔里，旋轉(zhuǎn)圈(7)上開有至少2個(gè)有內(nèi)螺紋的通孔，在旋轉(zhuǎn)圈
[7]上與每個(gè)通孔對應(yīng)有一個(gè)半球型凹槽，該半球形凹槽用于和上述金屬球(61)配合，噴嘴(8 )上端有外螺紋和旋轉(zhuǎn)圈(7 )的通孔連接，每個(gè)噴嘴(8 )下端有I個(gè)或多個(gè)同直徑的針頭(9)，不同噴嘴(8)上的針頭(9)的直徑互不相同，噴嘴(8)設(shè)有內(nèi)螺紋，針頭(9)設(shè)有外螺紋，針頭(9)接高壓靜電發(fā)生器(14)的正極，接收裝置(I)接地。通過計(jì)算機(jī)(3)控制精密微量注射泵(4)向料筒(5)輸送熔體或溶液，使到達(dá)每個(gè)針頭(9)的原料連續(xù)、均勻。此外，計(jì)算機(jī)(3)控制移動(dòng)臺(tái)(2)在X-Y方向移動(dòng)，豎直導(dǎo)軌(16)上的水平桿(15)前端有夾具，該夾具夾在料筒(5 )上端，計(jì)算機(jī)(3 )控制水平桿(15 )在豎直導(dǎo)軌(16 )上沿Z方向移動(dòng)。
[0007]本專利通過調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器(14)的電壓能獲得不同直徑的納米纖維。
[0008]本專利能在旋轉(zhuǎn)圈(7)上加上步進(jìn)電機(jī)來代替手動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0009]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本專利一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)的裝配示意圖 圖2是本專利的料筒和圓柱形流道的全剖圖
圖3是本專利的轉(zhuǎn)換器部分全剖圖 圖4是本專利固定圈二維意圖 圖5是本專利旋轉(zhuǎn)圈三維示意圖
圖6是本專利旋轉(zhuǎn)圈設(shè)置3個(gè)與噴嘴連接的螺紋孔的俯視圖 圖7是本專利的噴嘴和2個(gè)同直徑針頭的連接圖
圖中:1_接收裝置；2-移動(dòng)臺(tái)；3_計(jì)算機(jī)；4-精密微量注射泵；5-料筒；6-固定圈；61-金屬球；62_彈簧；7_旋轉(zhuǎn)圈；8-噴嘴；9-針頭；10-圓柱形流道；101-墊片；102-螺釘；11-螺栓；12_熱電偶；13_加熱圈；14_高壓靜電發(fā)生器；15_水平桿；16_豎直導(dǎo)軌。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本專利一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，它包括接收裝置(I)、移動(dòng)臺(tái)(2)、計(jì)算機(jī)(3)、精密微量注射泵(4)、高壓靜電發(fā)生器(14)、豎直導(dǎo)軌(16)、水平桿(15)以及3D打印噴頭，3D打印噴頭主要由料筒(5 )、包覆在料筒(5 )外面的加熱圈(13 )和熱電偶
(12)、下端有凸出外緣的圓柱形流道(10)、由固定圈(6)和旋轉(zhuǎn)圈(7)組成的轉(zhuǎn)換器、噴嘴
(8)和針頭(9)組成。圓柱形流道(10)和料筒(5)之間有墊片(101)，三者用螺釘(102)連接，圓柱形流道(10 )和固定圈(6 )緊密配合，底部有內(nèi)螺紋通孔的固定圈(6 )和底部有光孔的旋轉(zhuǎn)圈(7)用螺栓(11)連接，并且連接到料筒(5)的底部進(jìn)行固定，固定圈(6)設(shè)有一個(gè)圓柱形彈簧孔，里面有彈簧(62)和一個(gè)直徑比該圓柱形彈簧孔直徑稍小的金屬球(61)，使無外力作用時(shí)該金屬球(61)大約有一半露出圓柱形彈簧孔，加上外力時(shí)該金屬球(61)恰好回到圓柱形彈簧孔里，旋轉(zhuǎn)圈(7)上開有至少2個(gè)有內(nèi)螺紋的通孔，在旋轉(zhuǎn)圈(7)上與每個(gè)通孔對應(yīng)有一個(gè)半球型凹槽，該半球形凹槽用于和上述金屬球(61)配合，噴嘴(8)上端有外螺紋和旋轉(zhuǎn)圈(7)的通孔連接，每個(gè)噴嘴(8)下端有I個(gè)或多個(gè)同直徑的針頭(9)，不同噴嘴(8)上的針頭(9)的直徑互不相同，噴嘴(8)設(shè)有內(nèi)螺紋，針頭(9)設(shè)有外螺紋，針頭
(9)接高壓靜電發(fā)生器(14)的正極，接收裝置(I)接地。
[0013]轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圈(7)，使某一直徑的針頭(9)的噴嘴(8)所對應(yīng)的半球形凹槽與固定圈
(6)的金屬球(61)配合，計(jì)算機(jī)(3)控制精密微量注射泵(4)向料筒(5)輸送熔體或溶液，熔體或溶液通過加熱圈(13)加熱，順著圓柱形流道(10)流到噴嘴(8)，調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器(14)在針頭(9)和接收裝置(I)之間產(chǎn)生高壓靜電場，計(jì)算機(jī)(3)調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)(2)在X-Y方向移動(dòng)，同時(shí)根據(jù)需要控制水平桿(15)沿著豎直導(dǎo)軌(16)在Z方向移動(dòng)，熔體或溶液從針頭(9)噴出形成噴射流在接收裝置(I)上沉積，從而打印出預(yù)設(shè)產(chǎn)品；關(guān)閉高壓靜電發(fā)生器(14)，計(jì)算機(jī)(3)控制移動(dòng)臺(tái)(2)和水平桿(15)靜止，此時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圈(7)換到有另一直徑的針頭(9)的噴嘴(8)，重復(fù)上述過程，可打印出不同分辨率要求的產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，它包括接收裝置、移動(dòng)臺(tái)、計(jì)算機(jī)、精密微量注射泵、高壓靜電發(fā)生器、豎直導(dǎo)軌、水平桿以及3D打印噴頭，3D打印噴頭主要由料筒、包覆在料筒外面的加熱圈和熱電偶、下端有凸出外緣的圓柱形流道、由固定圈和旋轉(zhuǎn)圈組成的轉(zhuǎn)換器、噴嘴和針頭組成，固定圈設(shè)有一個(gè)圓柱形彈簧孔，里面有彈簧和一個(gè)直徑比該圓柱形彈簧孔直徑稍小的金屬球，使無外力作用時(shí)該金屬球大約有一半露出圓柱形彈簧孔，加上外力時(shí)該金屬球恰好回到圓柱形彈簧孔里，旋轉(zhuǎn)圈上開有至少2個(gè)有內(nèi)螺紋的通孔，在旋轉(zhuǎn)圈上與每個(gè)通孔對應(yīng)有一個(gè)半球型凹槽，該半球形凹槽用于和上述金屬球配合，噴嘴上端有外螺紋和旋轉(zhuǎn)圈的通孔連接，每個(gè)噴嘴下端有I個(gè)或多個(gè)同直徑的針頭，不同噴嘴上的針頭的直徑互不相同，噴嘴設(shè)有內(nèi)螺紋，針頭設(shè)有外螺紋，針頭接高壓靜電發(fā)生器的正極，接收裝置接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，其特征在于，通過計(jì)算機(jī)控制精密微量注射泵向料筒輸送熔體或溶液，計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)臺(tái)在X-Y方向移動(dòng)，水平桿前端有夾具，該夾具夾在料筒上端，計(jì)算機(jī)控制水平桿在豎直導(dǎo)軌上沿Z方向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，其特征在于，下端有凸出的外緣的圓柱形流道和固定圈緊密配合，同時(shí)起到密封的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)圈底部的通孔為光孔便于繞螺栓旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，其特征在于，通過調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器的電壓能獲得不同直徑的納米纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓靜電驅(qū)動(dòng)且可變直徑3D打印機(jī)，其特征在于，能在旋轉(zhuǎn)圈上加上步進(jìn)電機(jī)來代替手動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK103612394SQ201310618953
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】劉勇, 謝概, 何紅, 王克儉, 陳國華 申請人:北京化工大學(xué)