[实用新型]一种结合静电纺丝技术的快速成型装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用静电纺丝技术制造微小零件的装置，属于快速成型技术领域。

背景技术

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1mm，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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。