CN103991219A - 一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，包括：原料储存盒(1)、(2)与反应混合装置(4)和成型喷头(6)依次相连；承接板(8)位于成型喷头(6)下方；加热控温元件(3)、(5)、(7)分别调控原料储存盒(1)、(2)、反应混合装置(4)、成型喷头(6)的温度；成型喷头(6)和承接板(8)分别由三维轨迹驱动装置(9)和(10)控制三维坐标点；智能控制终端(12)控制三维轨迹驱动装置(9)和(10)的驱动轨迹。本发明具有缩短结构件生产时间，减少尼龙6材料加工工序，降低人工和加工成本等优势。

Description

一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机

技术领域

本发明属于三维快速成型打印机领域，特别涉及一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机。

背景技术

三维快速成型打印是一种累积制造技术，被称为本世纪一次新的技术革命，其具有成型速度较快、产品适型性好、生产流程简化、加工成本较低等特点。三维快速成型打印技术配套的快速成型打印设备，是实现产品成型的关键装置。传统三维打印机多是基于熔融沉积、光致相变、电致相变、层间粘合等原理，利用墨水材料特性进行结构件的加工，如US5637169采用射线照射层间粘合法，US5,639,070采用选择性局部加热，粘合粉末层的方法，US5494618采用紫外光照射调控化学反应法。这些打印机普遍需要在材料喷出后，再次进行外场加载，形成实体结构。

尼龙材料以其较好易加工性、较高强度和韧性，广泛应用在制造加工领域。尤其是在三维打印领域，尼龙材料作为打印机成型原料，能够用于三维结构件快速成型。这些三维打印机主要原理设计是根据尼龙聚合物熔融温度，采用特殊加热装置，将尼龙材料融化后，挤出喷头。如US7261542声明的三维打印机可以使用尼龙粉末作为原料，对其进行选择性烧结打印成为三维结构体，CN103192612声明的磁流调控成型的三维打印机，也可使用尼龙粉末为墨水原料。

己内酰胺阴离子聚合反应是合成尼龙6材料的基本反应，反应原料为己内酰胺单体，己内酰胺钠盐，双酰化内酰胺-1,6-己二胺。反应前需要对原料进行去水处理，反应中需要隔绝空气。其反应速度快、原料成本低、合成材料性能好，适合结构件快速成型。因此将此反应应用到三维加工领域中，需要设计满足其反应条件的三维打印机。

尽管有许多三维打印机使用尼龙为打印原料，但是较少有由单体材料直接合成尼龙高聚物，进行结构成型的三维打印机。并且传统三维打印机产品的强度、韧性和界面性能等综合表现较差。因此亟需开发一种新型三维打印机，从基本单体材料直接加工成型结构件，继而缩短加工工序、节省生产时间、降低生产成本、提高产品性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，该打印机具有缩短结构件生产时间，减少尼龙6材料加工工序，降低人工和加工成本等优势。

本发明的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，原料储存盒与反应混合装置和成型喷头依次相连；承接板位于成型喷头下方；加热控温元件A\B\C分别调控原料储存盒、反应混合装置、成型喷头的温度；成型喷头和承接板分别由三维轨迹驱动装置控制三维坐标点；智能控制终端控制三维轨迹驱动装置的驱动轨迹。

所述原料储存盒分别储存质量比50：2.5-4的己内酰胺单体和己内酰胺钠盐以及质量比50：2.5-4的己内酰胺单体和双酰化内酰胺-1,6-己二胺。原料储存盒均配有加压装置。

所述成型喷头升高至230℃清洁喷头。

所述加热控温元件A的温度保持为105-110℃，加热控温元件B的温度保持为105-110℃，加热控温元件C的温度保持为130-140℃。温度范围设计依据是：储存原料时选择超过水沸点的储存温度，可以避免水分子再次进入原料，影响合成反应；当两种原料相互接触时，在130-140℃范围内，反应速度较慢，可以在此时进行充分混合；当挤到喷头，混合液体达到反应温度150-160℃，会迅速反应为尼龙6材料，然后被挤出喷头，成型结构件。

所述智能控制终端包括人机互动操作界面和信号转换卡。

所述打印机内部为隔绝空气和水汽环境。

所述三维驱动装置由智能控制终端控制，将设计方案由终端输入，经过信号转换，控制驱动装置进行三维立体运动。

所述三维轨迹驱动装置分两个驱动区域，一个区域控制喷头上下运动，一个区域控制承接成型面板在平面内运动。

所述结构件成型时间，是自两种组分相互混合至材料喷出成型结构件的时间，约为3-7s。

所述三维打印机喷头处具有自清洁功能，通过控温元件，将喷头加热到230℃左右，阻塞尼龙6材料会融化流出，达到清洁喷头效果。

有益效果

(1)本发明的三维打印机具有减少尼龙6材料加工工序，缩短结构件生产时间，降低人工和加工成本等优势；

(2)本发明的三维打印机具有自清洁效果，可以有效防止材料阻塞造成喷头更换和磨损。

(3)本发明的三维打印机使用原料成本较低，操作简单，制造产品生产效率高。

附图说明

图1为本发明的三维打印机原理图；

图2为本发明的三维打印机示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

图2显示本发明三维打印机的示意图。其原料储存盒1，原料储存盒2的温度是由加热控温元件3调控。原料储存盒1中加入配比为50：2.5的己内酰胺单体和双酰化内酰胺-1,6-己二胺，原料储存盒2中加入配比为50：2.5的己内酰胺单体和己内酰胺钠盐。将两者温度控制为110℃。

将原料储存盒开关打开，使两种混合液注入反应混合装置4，此处温度由加热控温元件5调控。此时三种原料配比为100：2.5：2.5。混合加热温度为130℃。开始混合的时间点即为材料成型阶段开始时间。此段时间约为1-2s。

将三种原料混合液输入到成型喷头6中，此处温度由加热控温元件7调控。此时成型喷头6的加热温度为己内酰胺阴离子聚合反应的反应温度150℃，此时混合液发生化学反应，合成半流体状尼龙6溶液，再通过成型喷头6加压喷出，并在承接板8上成型三维结构件。

在尼龙6挤出喷头时，成型喷头6和承接板8分别由三维轨迹驱动装置9和10控制三维坐标点，在两者运动相结合下，尼龙6材料按照三维空间轨迹进行运动，成型结构件。结构件设计方案是在智能控制终端12上的专业设计软件进行数据输入和模型建立，此智能控制终端12除了包括人机互动操作界面以外，还包括信号转换卡11。这个信号转换卡11将计算机语言转换为运动信号输出到三维轨迹驱动装置9和10，继而进行三维空间轨迹运动。

当材料成型完毕，为防止尼龙6材料阻塞喷头，将原料储存盒开关关闭后，调节喷头加热控温元件7至230℃，使尼龙6材料充分熔融流出，达到保持喷头清洁状态。

Claims (6)

1.一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：原料储存盒(1)、(2)与反应混合装置(4)和成型喷头(6)依次相连；承接板(8)位于成型喷头(6)下方；加热控温元件(3)、(5)、(7)分别调控原料储存盒(1)、(2)、反应混合装置(4)、成型喷头(6)的温度；成型喷头(6)和承接板(8)分别由三维轨迹驱动装置(9)和(10)控制三维坐标点；智能控制终端(12)控制三维轨迹驱动装置(9)和(10)的驱动轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：所述原料储存盒(1)、(2)分别储存质量比50：2.5-4的己内酰胺单体和己内酰胺钠盐以及质量比50：2.5-4的己内酰胺单体和双酰化内酰胺-1,6-己二胺。

3.根据权利要求1所述的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：所述成型喷头(6)升高至230℃清洁喷头。

4.根据权利要求1所述的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：所述加热控温元件(3)的温度保持为105-110℃，加热控温元件(5)的温度保持为130-140℃，加热控温元件(7)的温度保持为150-160℃。

5.根据权利要求1所述的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：所述智能控制终端(12)包括人机互动操作界面和信号转换卡(11)。

6.根据权利要求1所述的一种基于阴离子聚合反应合成尼龙6材料的三维快速成型打印机，其特征在于：所述打印机内部为隔绝空气和水汽环境。