生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，其特征在于包括机架、塑料挤出机、冷却槽、超声波分散器、牵引轮组及收卷机；其中所述塑料挤出机、冷却槽及牵引轮组依次安装在机架的台面上，在所述冷却槽中装有石墨烯分散液，从塑料挤出机挤出的专用线材通过装有石墨烯分散液的冷却槽再进入牵引轮组；所述收卷机安装在机架上并位于机架的台面下方，收卷机收卷通过牵引轮组的专用线材；所述超声波分散器安装在机架上，超声波分散器的振动棒位于冷却槽中超声乳化石墨烯分散液。其优点为：采用石墨烯微片作为添加材料具有更优异的微波吸收性，效果更好，且成本也低等。

Equipment for producing 3D printing special wire rod for producing surface adhered graphene sheet

The utility model relates to a surface adhesion of graphene microsheets 3D printing special wire equipment, which comprises frame, plastic extruder, cooling tank, ultrasonic dispersing device, traction wheel group and coiling machine; wherein the plastic extruder, cooling tank and traction wheels are installed in the rack on the table, a graphene dispersion liquid in the cooling tank, from plastic extrusion wire dedicated extruder by cooling tanks containing graphene dispersion liquid enters the traction wheel; the coiling machine is installed in the table below the frame and is arranged in the machine frame, rolling machine rolling through the traction wheel group dedicated wire; the ultrasonic dispersing device is installed on the frame, the vibration rod in ultrasonic phacoemulsification liquid graphene dispersion cooling tank. The utility model has the advantages of better microwave absorption, better effect and lower cost, and the graphite micro sheet is used as the additive.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，应用于在塑料线材表面添加石墨烯微片并经微波处理来提高塑料快速成型件的强度，生产的专用线材适用于各种采用熔融沉积工艺成型的塑料快速成型件。
技术介绍
熔融沉积(FDM)快速成型工艺是将热塑性或其他热熔性材料加热，在熔融状态将其从喷嘴中挤出，利用挤出的细丝状材料在高温下的粘结性逐层堆积形成所需零件。该技术最早由美国Stratasys公司于1993年研发成功，因其无需激光、使用及维护简单、成型材料种类多、生产成本低及精度较高等优点，目前已成为应用最广泛的一种快速成型技术(3D打印技术)。利用熔融沉积工艺制造出来的快速成型件内部是由多层方向不同的丝材以及丝材与丝材间的粘结部分共同形成的实体，因此其强度不但与所用丝材本身的强度有关，也与层与层、层内丝材之间的粘结强度有关。丝材间的粘结强度取决于界面温度和扩散时间，粘结时界面温度越高，扩散时间越充分，界面的粘结强度就越高。然而在成型打印时，层与层间由于间隔时间较长，前一层已经完全冷却凝固后才开始堆积后一层，从而导致界面温度下降，粘结强度差。因此，对于熔融沉积工艺制造出来的快速成型件而言，其在各个方向的强度是不同的，沿层向的强度远低于沿丝材打印方向的强度，这对熔融沉积工艺快速成型件的使用是非常不利的。随着熔融沉积快速成型技术应用越来越广泛，其强度不足，特别是层向强度差的缺点对使用造成的不良影响也越来越大，这促使研究人员关注和解决这一问题。有研究人员在3D打印机中设置红外线或激光等加热装置，在成型过程中利用加热装置对成型部位进行局部加热来提高层间强度，然而这种方法要让加热装置随打印机挤出头一起运动，且要在极短时间内加热成型部位，导致机械结构很复杂，设备可靠性差，同时也无法准确控制加热区域的温度，因此效果并不理想。另一方面，自2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫通过实验获得石墨烯以来，近年来石墨烯已成为各国研究的热点。石墨烯是从石墨材料中剥离出的单层碳原子薄膜，是由单层六角原胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，因其具有超薄、超高强度、超强导电性、室温导热、透光性及结构稳定等优点，应用前景巨大。中国在石墨烯的研究和应用上具有独特的优势，原因有两方面，（1）石墨烯的生产原料石墨在我国储量丰富，价格低廉；（2）我国企业目前已解决了这类材料量产的难题，成功地将石墨烯的制造成本降了下来。这为我国在各领域应用石墨烯创造了良好的条件。对石墨烯的进一步研究表明，石墨烯具有理想的微波吸收特性，将其与聚合物复合可以制备密度小及可加工性好的新型微波吸收材料。Givanni等人研究了石墨烯/聚合物、碳纳米管/聚合物、短碳纤维/聚合物复合材料的微波吸收性能，其研究结果表明，石墨烯与聚合物的复合材料具有比碳纳米管、短碳纤维有更优良的微波吸收性能。石墨烯与聚合物复合材料具备优异的微波吸收性，从而使这种复合材料在受到微波作用时其温度上升比不含石墨烯的聚合物要快得多，这在工程上具有重要的应用价值，也为解决熔融沉积工艺制造的快速成型件层间强度差的问题提供了一种全新的解决办法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的是提供一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，将石墨烯微片粘附在适合3D打印机的专用线材表面，使专用线材表面区域具有更优良的微波吸收能力，在受到微波作用时其温度上升比线材内部区域要快得多，在工件不出现整体熔化的情况下使相邻丝材的界面区域重新熔化融合，形成强度更好的组织，从而能提高快速成型件的强度，其操作简便、成本低及效果好，适用于各种热塑性塑料快速成型件。为了达到上述目的，本技术是这样实现的，其是一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，其特征在于包括机架、塑料挤出机、冷却槽、超声波分散器、牵引轮组及收卷机；其中所述塑料挤出机、冷却槽及牵引轮组依次安装在机架的台面上，在所述冷却槽中装有石墨烯分散液，从塑料挤出机挤出的专用线材通过装有石墨烯分散液的冷却槽再进入牵引轮组，所述收卷机安装在机架上并位于机架的台面下方，收卷机收卷通过牵引轮组的专用线材；所述超声波分散器安装在机架上，超声波分散器的振动棒位于冷却槽中超声乳化石墨烯分散液。在所述机架上设有导向轮，所述导向轮位于牵引轮组与收卷机之间；所述牵引轮组包括两个牵引轮，两个牵引轮上下分布。在所述冷却槽内设有上冷却槽，在上冷却槽中装有石墨烯分散液，所述专用线材通过上冷却槽冷却及定型；在冷却槽内设有潜水泵，所述潜水泵的入口与冷却槽却槽的底部连通，潜水泵的出口与上冷却槽连通，从而将冷却槽中的石墨烯分散液抽到上冷却槽中，并使上冷却槽中的石墨烯分散液的液面高过专用线材的顶部；石墨烯分散液抽满后从上冷却槽左右两侧专用线材过线缺口处溢出流回冷却槽下部形成循环，从而使上冷却槽中的石墨烯分散液温度保持稳定。本技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）采用本技术的专用线材，无需对现有熔融沉积工艺3D打印机的结构做任何改变，只需打印前对线材进行处理，打印后对工件进行处理即可，具有操作简便、质量稳定、成本低的优点；石墨烯的添加也可使丝材表面区域的塑料强度有明显上升，即在工件内部形成一个具有较高强度的骨架，使工件整体强度也有较大提高，因而具有更佳的效果。（2）相对碳纳米管、短碳纤维等其他同样具备微波吸收特性的材料，采用石墨烯微片作为添加材料具有更优异的微波吸收性，效果更好，且成本也低。（3）利用超声波振动保持石墨烯液分散的稳定性，无需加入有机溶剂作为分散剂，可避免常用作石墨烯分散剂的有机溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、单烯基丁酰亚胺(T151)、油酸(OA)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等对塑料线材、环境以及操作者带来的不良影响。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术所用方法的说明图。图中：1―塑料挤出机，2―专用线材，3―冷却槽，4―石墨烯分散液，5―超声波分散器，6―潜水泵，7―牵引轮组，8―导向轮，9―机架，10―收卷机，11―丝材表面热点区域，12―纵向丝材，13―横向丝材。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本技术，但并不构成对本技术的限定。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。如图1所示，其是一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，包括机架9、塑料挤出机1、冷却槽3、超声波分散器5、牵引轮组7及收卷机10；其中所述塑料挤出机1、冷却槽3及牵引轮组7依次安装在机架9的台面上，在所述冷却槽3中装有石墨烯分散液4，从塑料挤出机1挤出的专用线材2通过装有石墨烯分散液4的冷却槽3再进入牵引轮组7，所述收卷机10安装在机架9上并位于机架9的台面下方，收卷机10收卷通过牵引轮组7的专用线材2；所述超声波分散器5安装在机架9上，超声波分散器5的振动棒51位于冷却槽3中超声乳化石墨烯分散液4。工作时，在塑料挤出机1中放入ABS或PLA或PC塑料颗粒，塑料挤出机1挤出直径为1.75±0.03mm或3±0.05mm的3D打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，其特征在于包括机架（9）、塑料挤出机（1）、冷却槽（3）、超声波分散器（5）、牵引轮组（7）及收卷机（10）；其中所述塑料挤出机（1）、冷却槽（3）及牵引轮组（7）依次安装在机架（9）的台面上，在所述冷却槽（3）中装有石墨烯分散液（4），从塑料挤出机（1）挤出的专用线材（2）通过装有石墨烯分散液（4）的冷却槽（3）再进入牵引轮组（7）；所述收卷机（10）安装在机架（9）上并位于机架（9）的台面下方，收卷机（10）收卷通过牵引轮组（7）的专用线材（2）；所述超声波分散器（5）安装在机架（9）上，超声波分散器（5）的振动棒（51）位于冷却槽（3）中超声乳化石墨烯分散液（4）。

【技术特征摘要】
1.一种生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，其特征在于包括机架（9）、塑料挤出机（1）、冷却槽（3）、超声波分散器（5）、牵引轮组（7）及收卷机（10）；其中所述塑料挤出机（1）、冷却槽（3）及牵引轮组（7）依次安装在机架（9）的台面上，在所述冷却槽（3）中装有石墨烯分散液（4），从塑料挤出机（1）挤出的专用线材（2）通过装有石墨烯分散液（4）的冷却槽（3）再进入牵引轮组（7）；所述收卷机（10）安装在机架（9）上并位于机架（9）的台面下方，收卷机（10）收卷通过牵引轮组（7）的专用线材（2）；所述超声波分散器（5）安装在机架（9）上，超声波分散器（5）的振动棒（51）位于冷却槽（3）中超声乳化石墨烯分散液（4）。2.根据权利要求1所述的生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备，其特征在于在所述机架（9）上设有导向轮（8），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许中明，王鸿博，杨亘，成伟华，
申请(专利权)人：顺德职业技术学院，
类型：新型
国别省市：广东;44