CN103612394A - 一种高压静电驱动且可变直径3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,属于3D打印领域,它包括料筒、包覆在料筒外面的加热圈和热电偶、与料筒通过螺钉和垫片连接的圆柱形流道、靠螺栓连接并固定在料筒底部的转换器、转换器包括固定圈和旋转圈、固定圈有一个圆柱形弹簧孔,里面用弹簧连接一个外径比圆柱形弹簧孔的直径稍小的金属球、固定圈还开有一个与圆柱形流道紧密配合的通孔、旋转圈可设至少2个与喷嘴连接的螺纹孔,与之对应的有与金属球配合的半球形凹槽、喷嘴上用螺纹连接1个或多个同直径的针头、每个喷嘴对应的针头的直径不同、针头接高压静电发生器的正极,接收装置接地。本发明适用于以熔体或溶液为原料的3D打印系统,通过转换喷嘴得到不同直径的针头,并用高压静电驱动,可以增加3D打印材料的种类和提高3D打印产品的品质。
Description
技术领域
本专利涉及一种3D打印机,尤其是涉及一种高压静电驱动且可变直径的3D打印机,属于3D打印领域。
背景技术
3D打印即“快速成型技术”是一种只需根据实体的三维模型数据,就能通过成型设备以材料累加的方式精确地制成实物模型的技术,并且在生产过程中几乎不会产生任何废弃物。3D打印的耗材为一些可以固化的材料,如金属、塑料、陶瓷。随着技术的成熟,3D打印技术将能在医疗、食品、饰品、建筑、个性化产品、文物保护、航空、汽车、电子制造等行业得到广泛应用。然而目前已经应用于3D打印的材料种类有限,打印精度约为0.1mm。
静电纺丝是制造连续纳米纤维的最有效和最直接的方法之一。静电纺丝是在喷头和接收装置之间加上高压静电场,使喷头顶端的熔体或溶液在电场力的作用下克服表面张力,拉伸形成喷射流,从而在接收装置上得到超细纤维的过程。目前大约有100多种聚合物、复合材料和无机材料可以通过静电纺丝的方式得到纳米纤维。根据纺丝材料性质的不同,通过静电纺丝得到的纳米纤维直径在几十纳米到几十微米之间,最小直径可达1nm。
为了提高3D打印的精度,本专利在针头与模型下底面间建立了高压静电场,利用静电纺丝的原理,驱动熔体或溶液以极细的射流落到接收板上,可以大大提高3D打印的精度。另外,为了提高效率,设置了不同直径的金属针头,对于精度要求不高的模型部分,可以用大流量的针头来打印。
发明内容
本专利采用一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,通过转换针头来满足打印材料的不同和分辨率要求的差异,加上静电纺丝技术,使得打印的产品种类大大增多,打印产品的分辨率可根据需要选择,极大地提高了产品品质,扩大了3D打印的应用领域。
本专利提供了一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,它包括接收装置(1)、移动台(2)、计算机(3)、精密微量注射泵(4)、高压静电发生器(14)、竖直导轨(16)、水平杆(15)以及3D打印喷头,3D打印喷头主要由料筒(5)、包覆在料筒(5)外面的加热圈(13)和热电偶(12)、下端有凸出外缘的圆柱形流道(10)、由固定圈(6)和旋转圈(7)组成的转换器、喷嘴(8)和针头(9)组成。圆柱形流道(10)和料筒(5)之间有垫片(101),三者用螺钉(102)连接,圆柱形流道(10)和固定圈(6)紧密配合,底部有内螺纹通孔的固定圈(6)和底部有光孔的旋转圈(7)用螺栓(11)连接,并且连接到料筒(5)的底部进行固定,固定圈(6)设有一个圆柱形弹簧孔,里面有弹簧(62)和一个直径比该圆柱形弹簧孔直径稍小的金属球(61),使无外力作用时该金属球(61)大约有一半露出圆柱形弹簧孔,加上外力时该金属球(61)恰好回到圆柱形弹簧孔里,旋转圈(7)上开有至少2个有内螺纹的通孔,在旋转圈(7)上与每个通孔对应有一个半球型凹槽,该半球形凹槽用于和上述金属球(61)配合,喷嘴(8)上端有外螺纹和旋转圈(7)的通孔连接,每个喷嘴(8)下端有1个或多个同直径的针头(9),不同喷嘴(8)上的针头(9)的直径互不相同,喷嘴(8)设有内螺纹,针头(9)设有外螺纹,针头(9)接高压静电发生器(14)的正极,接收装置(1)接地。通过计算机(3)控制精密微量注射泵(4)向料筒(5)输送熔体或溶液,使到达每个针头(9)的原料连续、均匀。此外,计算机(3)控制移动台(2)在X-Y方向移动,竖直导轨(16)上的水平杆(15)前端有夹具,该夹具夹在料筒(5)上端,计算机(3)控制水平杆(15)在竖直导轨(16)上沿Z方向移动。
本专利通过调节高压静电发生器(14)的电压能获得不同直径的纳米纤维。
本专利能在旋转圈(7)上加上步进电机来代替手动旋转。
附图说明
图1是本专利一种高压静电驱动且可变直径3D打印机的装配示意图
图2是本专利的料筒和圆柱形流道的全剖图
图3是本专利的转换器部分全剖图
图4是本专利固定圈三维示意图
图5是本专利旋转圈三维示意图
图6是本专利旋转圈设置3个与喷嘴连接的螺纹孔的俯视图
图7是本专利的喷嘴和2个同直径针头的连接图
图中:1-接收装置;2-移动台;3-计算机;4-精密微量注射泵;5-料筒;6-固定圈;61-金属球;62-弹簧;7-旋转圈;8-喷嘴;9-针头;10-圆柱形流道;101-垫片;102-螺钉;11-螺栓;12-热电偶;13-加热圈;14-高压静电发生器;15-水平杆;16-竖直导轨。
具体实施方式
本专利一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,它包括接收装置(1)、移动台(2)、计算机(3)、精密微量注射泵(4)、高压静电发生器(14)、竖直导轨(16)、水平杆(15)以及3D打印喷头,3D打印喷头主要由料筒(5)、包覆在料筒(5)外面的加热圈(13)和热电偶(12)、下端有凸出外缘的圆柱形流道(10)、由固定圈(6)和旋转圈(7)组成的转换器、喷嘴(8)和针头(9)组成。圆柱形流道(10)和料筒(5)之间有垫片(101),三者用螺钉(102)连接,圆柱形流道(10)和固定圈(6)紧密配合,底部有内螺纹通孔的固定圈(6)和底部有光孔的旋转圈(7)用螺栓(11)连接,并且连接到料筒(5)的底部进行固定,固定圈(6)设有一个圆柱形弹簧孔,里面有弹簧(62)和一个直径比该圆柱形弹簧孔直径稍小的金属球(61),使无外力作用时该金属球(61)大约有一半露出圆柱形弹簧孔,加上外力时该金属球(61)恰好回到圆柱形弹簧孔里,旋转圈(7)上开有至少2个有内螺纹的通孔,在旋转圈(7)上与每个通孔对应有一个半球型凹槽,该半球形凹槽用于和上述金属球(61)配合,喷嘴(8)上端有外螺纹和旋转圈(7)的通孔连接,每个喷嘴(8)下端有1个或多个同直径的针头(9),不同喷嘴(8)上的针头(9)的直径互不相同,喷嘴(8)设有内螺纹,针头(9)设有外螺纹,针头(9)接高压静电发生器(14)的正极,接收装置(1)接地。
转动旋转圈(7),使某一直径的针头(9)的喷嘴(8)所对应的半球形凹槽与固定圈(6)的金属球(61)配合,计算机(3)控制精密微量注射泵(4)向料筒(5)输送熔体或溶液,熔体或溶液通过加热圈(13)加热,顺着圆柱形流道(10)流到喷嘴(8),调节高压静电发生器(14)在针头(9)和接收装置(1)之间产生高压静电场,计算机(3)调节移动台(2)在X-Y方向移动,同时根据需要控制水平杆(15)沿着竖直导轨(16)在Z方向移动,熔体或溶液从针头(9)喷出形成喷射流在接收装置(1)上沉积,从而打印出预设产品;关闭高压静电发生器(14),计算机(3)控制移动台(2)和水平杆(15)静止,此时可转动旋转圈(7)换到有另一直径的针头(9)的喷嘴(8),重复上述过程,可打印出不同分辨率要求的产品。
Claims (6)
1.一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,它包括接收装置、移动台、计算机、精密微量注射泵、高压静电发生器、竖直导轨、水平杆以及3D打印喷头,3D打印喷头主要由料筒、包覆在料筒外面的加热圈和热电偶、下端有凸出外缘的圆柱形流道、由固定圈和旋转圈组成的转换器、喷嘴和针头组成,固定圈设有一个圆柱形弹簧孔,里面有弹簧和一个直径比该圆柱形弹簧孔直径稍小的金属球,使无外力作用时该金属球大约有一半露出圆柱形弹簧孔,加上外力时该金属球恰好回到圆柱形弹簧孔里,旋转圈上开有至少2个有内螺纹的通孔,在旋转圈上与每个通孔对应有一个半球型凹槽,该半球形凹槽用于和上述金属球配合,喷嘴上端有外螺纹和旋转圈的通孔连接,每个喷嘴下端有1个或多个同直径的针头,不同喷嘴上的针头的直径互不相同,喷嘴设有内螺纹,针头设有外螺纹,针头接高压静电发生器的正极,接收装置接地。
2.根据权利要求1所述的一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,其特征在于,通过计算机控制精密微量注射泵向料筒输送熔体或溶液,计算机控制移动台在X-Y方向移动,水平杆前端有夹具,该夹具夹在料筒上端,计算机控制水平杆在竖直导轨上沿Z方向移动。
3.根据权利要求1所述的一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,其特征在于,下端有凸出的外缘的圆柱形流道和固定圈紧密配合,同时起到密封的作用。
4.根据权利要求1所述的一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,其特征在于,转换器旋转圈底部的通孔为光孔便于绕螺栓旋转。
5.根据权利要求1所述的一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,其特征在于,通过调节高压静电发生器的电压能获得不同直径的纳米纤维。
6.根据权利要求1所述的一种高压静电驱动且可变直径3D打印机,其特征在于,能在旋转圈上加上步进电机来代替手动旋转。
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