一种结合静电纺丝技术的快速成型装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，包括尖端电极、尖端电极托台、静电发生器、制品平台、制品平台运动系统、毛细管、喷嘴、支架及纺丝介质控制装置，尖端电极与静电发生器的正极连接，尖端电极托台在支架上可以上下移动；制品平台运动系统带动制品平台可以在支架上实现在ＸＹＺ三个方向自由移动，毛细管在尖端电极正上方，毛细管与喷嘴相连，喷嘴安装在纺丝介质控制装置的下端，纺丝介质控制装置固定在支架的上端的中间部位。本实用新型专利技术把静电纺丝技术应用到快速成型中，对于微小零件的生产，具有显著的效果；对于常规尺寸的快速成型制品的生产，成型速度快，加工控制灵活，适应的范围更宽。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种利用静电纺丝技术制造微小零件的装置，属于 快速成型

技术介绍
快速成型技术(Rapid Prototyping,简称为RP技术)是利用材料逐层迭 加累积成型的原理来制造产品的。快速成型技术将计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、精密伺服驱动 和新材料等先进技术集成于一体，被认为是最近20年来制造领域的一次 重大突破，是目前先进制造领域研究的热点之一。目前，快速成型技术有很多种，如光固法(SLA)、层叠法(LOM)、激 光选域烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三维印刷法 (TDP)和喷粒法(BPM)等。其中熔融沉积法(FDM)，由于其具有设备小巧、 价格低廉、应用材料范围广泛、可直接制成工业产品等优点，在企业中 有着最广泛的应用。然而，工业上应用的熔融沉积法快速成型机， 一般 精度不高，而且，其喷嘴直径一般在0.2~0.6mm，熔体经过喷嘴后由于挤 出胀大效应直径一般大于lmm，因而熔融沉积法快速成型机对于微小零 件的生产显得无能为力。静电纺丝技术是一种制备超细纤维和纳米纤维的重要方法，典型的 静电纺丝纤维直径为40 2000nm。把静电纺丝技术和快速成型技术结合 起来的研究，目前还没有见到有公开的报道。
技术实现思路
本技术提出的一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，把静电 纺丝技术应用到快速成型中，利用静电纺丝技术可以纺出超细纤维的特 点，解决了熔融沉积法快速成型机在生产微小零件方面的不足，制品精 度提高，并且制品与纺丝介质流出口可以保持一定的距离，因而制品平 台只在两维方向有高精度要求，使得设备加工成本降低。本技术一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，包括尖端电极、 尖端电极托台、静电发生器、制品平台、制品平台运动系统、毛细管、 喷嘴、支架及纺丝介质控制装置，尖端电极与静电发生器的正极连接， 尖端电极安装在尖端电极托台上，尖端电极托台安装在支架的下端，尖端电极托台在支架上可以上下移动，用于调节尖端电极的尖部与毛细管末端的距离；制品平台运动系统带动制品平台可以在支架上上下移动， 调节制品平台与毛细管的距离，制品平台运动系统与计算机系统连接， 将根据预加工制品的形状编制的制品平台运动程序输入到计算机中，由 计算机程序来控制制品平台的运动轨迹，毛细管与大地连接，毛细管在 尖端电极的正上方，毛细管与喷嘴相连，喷嘴安装在纺丝介质控制装置 的下端，纺丝介质控制装置固定在支架的上端的中间部位。从毛细管末 端喷出的带电纺丝介质喷射流沿着直线路径飞向尖端电极，由于制品平 台的阻隔，喷射流就会堆积在制品平台上。制品平台是一个绝缘的薄壁 平板，其在制品平台运动系统的带动下可实现在XYZ三个方向自由移动， 沿XY方向运动精度要求高，沿Z方向的运动精度不要求很高，制品沿Z方 向的尺寸根据堆积的层数确定，在制品加工过程中，制品平台沿Z方向静 止，因而该装置比常规熔融沉积法快速成型机造价低，由于在静电场下 产生的纺丝介质的喷射流可以达到微米级或纳米级，所以由此方法可制 备出极微小的精密零件。另外，纺丝介质的喷射流动在电场力的作用下， 通过增加电压，纺丝介质的流速或流量可以增加，所以对于普通尺寸的 快速成型制品，采用该装置可以提高加工速度。纺丝介质控制装置可以 是螺杆式结构，主要包括料筒、料斗、转动控制装置、螺杆、加热器和 温度传感器，纺丝介质从料斗加入到料筒中，转动控制装置带动螺杆转 动将纺丝介质均匀地挤入到喷嘴，经毛细管流出，毛细管和喷嘴采用锥 面配合，喷嘴与料筒采用螺钉连接。在料筒外侧包覆加热器，温度传感 器安装在料筒上。纺丝介质控制装置也可以是柱塞式结构，主要包括料筒、柱塞、微 位移驱动器、加热器和温度传感器，将定量的纺丝介质加入到料筒中， 柱塞放置于料筒中作用在纺丝介质上，微位移驱动器带动柱塞使其在料 筒内移动，柱塞通过微位移驱动器的控制使纺丝介质经由喷嘴和毛细管 流出，在料筒外侧包覆加热器，在料筒上安装温度传感器。本技术提出的一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，纺丝介 质可以为颗粒状或粉末状的聚合物，也可以是聚合物溶液。当纺丝介质 为聚合物溶液时，加热器不工作。当纺丝介质为颗粒状或粉末状的聚合 物时，加热器工作，为了延缓熔体喷射流的固化可以在制品平台上安装 红外加热灯。本技术提出的一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，对于微小零件的生产，具有显著的效果。根据生产需要，调节各种工艺参数， 可以生产出微米级的精密零件，对于常规尺寸的快速成型制品，成型速 度快，由于通过调节静电电压和毛细管与尖端电极的距离可以调节纺丝 介质的喷射流的直径，所以加工控制灵活，适应的范围更宽。附图说明图l是本技术提出的一种结合静电纺丝技术的快速成型装置的 示意图图2是本技术提出的结合静电纺丝技术的快速成型装置的纺丝 介质控制装置为柱塞式结构的示意图图中l.尖端电极托台，2.尖端电极，3.静电发生器，4.制品平台运 动系统，5.制品平台，6.制品，7.毛细管，8.喷嘴，9.支架，IO.纺丝介质 控制装置，10-1.加热器，10-2.料筒，10-3.料斗，10-4.转动控制装置，10-5. 螺杆，10-6.温度传感器，10-7.柱塞，10-8.微位移驱动器。具体实施方式本技术一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，见图1和图2， 该装置包括尖端电极2、尖端电极托台l、静电发生器3、制品平台5、制 品平台运动系统4、毛细管7、喷嘴8、支架9及纺丝介质控制装置10，尖 端电极2与静电发生器3的正极连接，尖端电极2安装在尖端电极托台1上， 尖端电极托台1安装在支架9的下端，尖端电极托台1在支架9上可以上下 移动，用于调节尖端电极2的尖部与毛细管7末端的距离；制品平台运动 系统4带动制品平台5可以在支架9上上下移动，调节毛细管7与制品平台5 的垂直距离，制品平台运动系统4与计算机系统连接，将根据预加工制品 的形状编制的制品平台5运动程序输入到计算机中，由计算机程序来控制 制品平台5的运动轨迹，毛细管7与大地连接，毛细管7在尖端电极2的正 上方，毛细管7与喷嘴8相连，喷嘴8安装在纺丝介质控制装置10的下端， 纺丝介质控制装置10固定在支架9的上端的中间部位。从毛细管7末端喷 出的带电纺丝介质喷射流沿着直线路径飞向尖端电极2，由于制品平台5 的阻隔，喷射流就会堆积在制品平台5上。制品平台5是一个绝缘的薄壁 平板，其在制品平台运动系统4的带动下可实现在XYZ三个方向自由移 动，由精密伺服驱动沿XY方向的高精度运动，制品平台及尖端电极托台 1沿Z方向可以采用常规的气动、液动或机械传动的运动，精度不要求很 高，制品6沿Z方向的尺寸根据堆积的层数确定，在制品6加工过程中，制品平台5沿Z方向静止，因而该装置比常规熔融沉积法快速成型机减少一 个方向的高精度运动，装置造价降低，由于在静电场下产生的纺丝介质 的喷射流可以达到微米级或纳米级，所以由此方法可制备出极微小的精 密零件。另外，纺丝介质的喷射流动在电场力的作用下，通过增加电压， 纺丝介质流量可以增加，所以对于普通尺寸的快速成型制品，采用该装 置可以提高加工速度。纺丝介质控制装置10可以采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合静电纺丝技术的快速成型装置，其特征在于：该装置包括尖端电极、尖端电极托台、静电发生器、制品平台、制品平台运动系统、毛细管、喷嘴、支架及纺丝介质控制装置，尖端电极与静电发生器的正极连接，尖端电极安装在尖端电极托台上，尖端电极托台安装在支架的下端，尖端电极托台在支架上可以上下移动；制品平台运动系统带动制品平台可以在支架上上下移动，制品平台运动系统与计算机系统连接，由计算机程序来控制制品平台的运动轨迹，毛细管与大地连接，毛细管在尖端电极的正上方，毛细管与喷嘴相连，喷嘴安装在纺丝介质控制装置的下端，纺丝介质控制装置固定在支架的上端的中间部位；制品平台是一个绝缘的薄壁平板，它在制品平台运动系统的带动下可实现在ＸＹＺ三个方向自由移动；纺丝介质控制装置可以是螺杆式结构，主要包括料筒、料斗、转动控制装置、螺杆、加热器和温度传感器，转动控制装置带动螺杆转动，毛细管和喷嘴采用锥面配合，喷嘴与料筒采用螺钉连接，在料筒外侧包覆加热器，温度传感器安装在料筒上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，邓荣坚，丁玉梅，刘勇，谢鹏程，安瑛，阎华，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]