一种基于静电纺原理的3D打印装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法，装置包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。本实用新型专利技术首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电纺原理的3D打印装置
本技术涉及3D打印技术，具体涉及一种基于静电纺原理的3D打印装置。
技术介绍
熔融沉积制造技术(FDM)是将低熔点丝状材料通过热熔喷嘴加热挤出，同时三维喷头按照CAD分层数据控制的路径在指定位置沉积，快速冷却后形成一层截面，平台下降一个高度打印下一层，如此反复、逐层沉积，凝固成型后形成整个实体原型。FDM工艺成型的材料以尼龙、ABS塑料、PLA塑料等热塑性材料为主。目前常见的FDM喷头为0.4mm，同时采用的丝材为1.75mm，然而由于层与层之间的凝固沉积，打印喷头与平台的移动精度较低等因素导致了成型件外观较差，表面有明显的层状条纹，同时Z轴方向力学性能差等缺点。另一方面，FDM由于只能打印ABS、PLA塑料等少量热塑性材料，在打印材料选择方面受到了极大的限制。光固化成型技术(SLA)，利用液态光敏材料在紫外线的照射下转变为固态聚合塑胶的特性，结合电脑三维图像，成型时，紫外光束在聚合物液面逐层扫描，照射表面逐层相互固化，最终形成立体模型。然而光固化成型技术可以使用的材料仅限于光敏液态树脂，且固化时间较长，同时打印需要设计支撑结构，技术具有一定局限性。静电纺丝(Electrospinning)是将聚合物溶液或熔体在高压电场中进行喷射纺丝的一种特殊纺丝方法。其原理是在喷射装置和接收装置间施加高压静电场，纺丝液在针头端部形成射流，并在电场中被拉伸，最终在接收装置上形成无纺状态的纳米纤维。然而静电纺丝得到的纤维在接收板上呈无序堆积状态，同时得到的纳米长丝或短纤不容易分离。目前主要的FDM型3D打印机的相关专利主要集中在喷头与移动方式的改造的设计，打印材料也仅限于常规热熔性ABS、PLA等材料。如专利CN206528081U通过提供一种横向和纵向移动装置，实现打印位置的调整；专利CN204674036U利用龙门框架控制工作平台和挤出机构的运动，提供了一种大尺寸打印设备方案；技术专利申请CN107199338A通过在喷头部分添加超声装置来提高层与层之间的结合强度；在打印材料方面技术专利申请CN106947210A通过将AB塑料、PLA等其他多种添加物混合提供一种韧性打印材料。目前几乎没有将3D打印技术备与静电纺丝技术结合在一起的专利。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置。本技术的技术方案如下：一种基于静电纺原理的3D打印装置，包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。其进一步的技术方案为，包括多个打印喷头和多个微量注射泵；每个微量注射泵与每个打印喷头一一对应连接；多个打印喷头固定在一起；不同的微量注射泵之内容纳不同的打印材料。其进一步的技术方案为，所述微量注射泵的注射出口与所述打印喷头的原料接收口之间通过管道连接；或者，所述微量注射泵和所述打印喷头安装为一体，即所述微量注射泵安装于所述打印喷头的上方，所述微量注射泵的注射出口直接连接至打印喷头的原料接收口处。其进一步的技术方案为，微量注射泵外围安装有一圈将所述微量注射泵包围的加热装置。其进一步的技术方案为，打印喷头的两侧安装有辅助固化装置，左侧安装有一个UV光照装置，右侧安装有一个微型冷热风控制装置，两个辅助固化装置与打印喷头部件安装为一体，同时移动。其进一步的技术方案为，每个所述栅格单元的下方都安装有一个电压控制装置，单独控制每个栅格单元的电压；每个栅格单元的电压变化的速度和路径与打印喷头移动的速度和路径相同。其进一步的技术方案为，还包括安装于接收平台下方的端头控制框架；端头控制框架之上安装有电压控制端头；端头控制框架控制电压控制端头在与所述接收平台平行的平面内移动；电压控制端头移动的速度和路径与打印喷头移动的速度和路径相同。其进一步的技术方案为：述微量注射泵中的材料挤出速度为0～500mL/h。其进一步的技术方案为：述打印喷头与所述接收平台之间的距离为1mm～100mm。其进一步的技术方案为：述高压电源的电压为5～30kv。本技术的有益技术效果是：相比现有的3D打印装置，在本技术专利中，首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。通过静电纺丝的注射泵作为原料供给系统，拓宽了3D打印材料的选择范围，可打印液态、胶态与固态的各类高聚物材料。同时利用高压电场环境与变化电压控制平台，相比普通3D打印技术，可实现更加快速、精确可控、微米级打印铺层打印，成型件层间结合力跟高，外观细腻，无需再次打磨处理，同时也可解决3D打印对重力条件的要求，实现零重力或重力变化环境下的3D打印。另外，通过打印得到纳米级纤维薄膜，实现小分子颗粒过滤；多喷嘴打印系统可实现多材料、多添加剂打印，增加了产品的设计性和功能性。附图说明图1是基于静电纺原理的3D打印装置的正视图。图2是基于静电纺原理的3D打印装置的立体图。图3是四喷头打印装置的喷头俯视图。图4是四喷头打印装置的喷头立体图。图5是微量注射泵和打印喷头安装为一体的示意图。图6是一体式喷头和辅助固化装置的示意图图7是像素级栅格单元电压变化接收平台的示意图。图8是接收平台和可移动的电压控制端头的示意图。具体实施方式图1是基于静电纺原理的3D打印装置的正视图。图2是基于静电纺原理的3D打印装置的立体图。如图1、图2所示，打印装置包括微量注射泵1。微量注射泵1为高精度的。微量注射泵1的注射出口连接至打印喷头2的原料接收口之上。打印喷头2固定于三维空间移动框架3之上。三维空间移动框架3为三维龙门框架。还包括位于打印喷头2下方的接收平台5。还包括高压电源4。高压电源的正极连接在打印喷头2之上。高压电源4的负极连接在接收平台5之上。接收平台5的平面分隔为多个像素级的栅格单元10。在接收平台5下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元10的电压。打印喷头2可以采用多喷头设计。即包括多个打印喷头2和多个微量注射泵1。每个微量注射泵1与每个打印喷头2一一对应连接。多个打印喷头2固定在一起。固定的方式可以根据需要合理排列，如单排排列，正方形排列，圆形排列等。每个打印喷头2对应的微量注射泵1容纳不同的打印材料，如成型材料、支撑材料、功能性添加材料等。图3是四喷头打印装置的喷头俯视图。图4是四喷头打印装置的喷头立体图。如图3、图4所示，四个打印喷头固定在一起，可以可实现多材料、多添加剂打印。微量注射泵1和打印喷头2之间有两种安装方案。其一是，微量注射泵1的注射出口与打印喷头2的原料接收口之间通过管道连接。其二是，微量注射泵1和打印喷头2安装为一体，即微量注射泵1安装于打印喷头2的上方，微量注射泵1的注射出口直接连接至打印喷头2的接收口处。当直接使用热塑性高聚物为原料时，不使用溶剂溶解高聚物条件下，需加热高聚物原料到熔融打印状态，在微量注射泵1外围安装有一周将微量注射泵1的侧壁包围的加热装置6。加热装置6的加热方式为电加热、电磁加热、红外加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静电纺原理的3D打印装置，其特征在于，包括微量注射泵(1)；微量注射泵(1)的注射出口连接至打印喷头(2)的原料接收口之上；打印喷头(2)固定于三维空间移动框架(3)之上；还包括位于打印喷头(2)下方的接收平台(5)；还包括高压电源(4)；高压电源(4)的正极连接在打印喷头(2)之上；高压电源(4)的负极连接在接收平台(5)之上；所述接收平台(5)的平面分隔为多个栅格单元(10)；在接收平台(5)下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元(10)的电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺原理的3D打印装置，其特征在于，包括微量注射泵(1)；微量注射泵(1)的注射出口连接至打印喷头(2)的原料接收口之上；打印喷头(2)固定于三维空间移动框架(3)之上；还包括位于打印喷头(2)下方的接收平台(5)；还包括高压电源(4)；高压电源(4)的正极连接在打印喷头(2)之上；高压电源(4)的负极连接在接收平台(5)之上；所述接收平台(5)的平面分隔为多个栅格单元(10)；在接收平台(5)下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元(10)的电压。2.如权利要求1所述的基于静电纺原理的3D打印装置，其特征在于，包括多个打印喷头(2)和多个微量注射泵(1)；每个微量注射泵(1)与每个打印喷头(2)一一对应连接；多个打印喷头(2)固定在一起；不同的微量注射泵(1)之内容纳不同的打印材料。3.如权利要求1所述的基于静电纺原理的3D打印装置，其特征在于，所述微量注射泵(1)的注射出口与所述打印喷头(2)的原料接收口之间通过管道连接；或者，所述微量注射泵(1)和所述打印喷头(2)安装为一体，即所述微量注射泵(1)安装于所述打印喷头(2)的上方，所述微量注射泵(1)的注射出口直接连接至打印喷头(2)的原料接收口处。4.如权利要求3所述的基于静电纺原理的3D打印装置，其特征在于，微量注射泵(1)外围安装有一圈将所述微量...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学良，刘良强，钱坤，卢雪峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32