CN104786506A - 一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备，主要由物料输送单元、螺杆挤出单元、三维成型平台单元和安全设备单元构成；在物料输送单元中，变量泵根据成型物质硬度的不同，输送不同配方比的异氰酸酯混合物和多元醇到挤出单元；在挤出单元中，螺杆分为输送段和搅拌段，搅拌段用于物料充分搅拌，在三维成型平台单元中，聚氨酯被挤出到承载台上沉积成型。本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品的安全设备单元由排风扇、排风管道和胶皮手套构成，通过排风管道可将甲苯二异氰酸酯与多元醇反应过程中挥发出的气味排出；胶皮手套使操作人员避免直接用手接触便可从成型平台上取下物品。配备安全成型单元更有利于保护操作人员安全以及身体健康。

Description

一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备

技术领域

本发明涉及一种三维打印技术领域，尤其是涉及一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备及方法。

背景技术

快速成型技术(又称为快速原型制造技术，Rapid PrototypingManufacturing，简称RPM)，又被称作三维打印。该技术根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体，它能克服目前传统机械加工无法实现的特殊结构障碍。可以实现任意复杂结构部件的简单化生产。

目前，三维打印技术已在众多的领域得到应用，但三维打印技术仍存在一些问题有待解决，其中三维打印材料种类的不足就是一个重要的问题。目前三维打印材料主要有ABS、PLA系列材料、光敏树脂材料、蜡质材料、尼龙系列材料、高性能复合石膏材料等。这些材料中除了光敏树脂系列材料外，都不能在一个单一的三维打印模型结合不同的成型材料进行增材制造。此外，利用光敏树脂系列材料在一个三维打印模型上使用不同的材料时各材料间的界面过于明显，结合性能差，难以满足使用需求。而实际的物体往往既有硬的部分也有软的部分，要将这类物体直接打印出来就要求三维打印机能打印出能良好结合不同材料的模型。因此，需要研究一种能实现打印不同材料层之间分界不明显，结合性能好的三维打印模型的方法。

发明内容

本发明旨在提供一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维快速成型设备，利用不同配比的异氰酸酯和多元醇生成不同硬度的聚氨酯，通过液泵向挤出装置输送不同配比异氰酸酯和多元醇，两种原料在挤出机内充分混合反应生成硬度不同的聚氨酯并被螺杆挤出；通过直角坐标系三轴滚珠丝杠模组与步进电机结合的装置作为熔融层积成型平台，实现物料的精确堆积。本发明可打印软硬复合聚氨酯制品，提高软硬界面的粘接强度，在生物组织工程、轮胎和软体机器人等领域具有广泛应用，可进一步推动三维打印技术在工业领域的普及。

本发明的技术方案是：一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备，由物料输送单元、螺杆挤出单元、三维成型平台单元、安全设备单元构成；在物料输送单元中，变量泵根据成型物质硬度的不同，输送不同配方比的异氰酸酯混合物和多元醇到挤出单元；在挤出单元中，螺杆分为输送段和搅拌段，其中输送段用于输送建压，搅拌段用于物料充分搅拌，步进电机带动螺杆旋转使两种物料充分混合，发生反应生成聚氨酯并挤出；在三维成型平台单元中，聚氨酯被挤出到承载台上沉积成型；竖直方向步进电机带动相对应的丝杆旋转来驱动承载平台竖直方向移动，左右前后步进电机与其滚珠丝杠滑台模组安装在承载平台上，前后、左右方向步进电机分别驱动成型平台沿前后、左右移动，从而实现成型平台在直角坐标系下的三维运动。在安全设备单元中，排风扇通过排风管道将甲苯二异氰酸酯与多元醇反应过程中挥发的气味收集并排出。

本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中的物料输送单元包括变量泵、进料管、储液槽、进料口，其中进料口在机筒上下端各布置一个，分别供给甲苯二异氰酸酯和多元醇；其中变量泵根据成型物质硬度的不同，通过进料管从储液槽输送不同比例的甲苯二异氰酸酯和多元醇至进料口。

本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中的螺杆挤出单元包括步进电机、机筒、螺杆、加热器、风扇；其中步进电机可精确控制转速，通过控制螺杆转速，保证不同配比的聚氨酯原材料在机筒内充分反应；其中螺杆上下结构不同，上端为输送段，采用常规单螺杆结构，用于输送建压；下端为搅拌段，其中搅拌段上带有螺旋上升逐渐扭转90度的旋转曲面，物料沿着扭转曲面向上运动和翻转，实现物料径向运动，大大增强混合效果；其中进料口在机筒上下各一个，分别供给甲苯二异氰酸酯和多元醇；其中联轴器将螺杆与步进电机连接固定；其中加热器能够促使两种原料进行充分的反应；其中风扇向刚挤出的物料吹风，使物料快速降温固定成型，并且有助于多余的异氰酸酯单体快速挥发。

本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中的三维成型平台单元由成型平台、承载平台、左右方向步进电机、竖直方向步进电机、前后方向步进电机、丝杠，导轨构成；其中成型平台作为成型软硬复合聚氨酯制品的平台，由耐高温材质做成，保证在受热状态下不发生翘曲变形；步进电机可快速准确控制转速，能够变速旋转、停转以及正逆向旋转；其中左右方向步进电机与传动部分平台连接，前后方向步进电机安装于左右方向步进电机滑台上，竖直方向步进电机与承载平台通过滚珠丝杠副连接，能够将步进电机的转动转化为滑台沿丝杠的平移，从而使承载板可沿前后左右以及竖直方向移动；其中导轨减小滚珠丝杠的负载并增加承载板移动时的稳定性。

本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品的安全设备单元由排风扇、排风管道和胶皮手套构成。通过排风管道将甲苯二异氰酸酯与多元醇反应过程中挥发出的气味排出；胶皮手套使操作人员避免直接用手接触便可从成型平台上取下物品。配备安全成型单元更有利于保护操作人员安全以及身体健康，降低操作设备风险。

附图说明

图1是本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备的整体图。

图2是本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备三维打印机的螺杆结构图。

图3是本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中的搅拌段细节图。

1-多元醇原料，2-步进电机，3-螺杆输送段，4-螺杆搅拌段、5-异氰酸酯混合物原料，6-变量泵1，7-排风扇，8-胶皮手套，9-风扇，10-滚珠丝杠副三维运动部件，11-成型平台，12-电阻加热器，13-变量泵2，14-机筒。

具体实施方式

本发明提供了一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中，由螺杆挤出单元、物料输送单元、三维成型平台单元与安全设备单元构成；其中螺杆挤出单元包括隔热套1、步进电机2、螺杆输送段3、螺杆搅拌段4、风扇9、电阻加热器12；其中物料输送单元包括变量泵6和13、多元醇原料1、异氰酸酯混合物原料15；其中三维成型平台单元包括滚珠丝杠副三维运动部件10、三维成型平台11；其中安全设备单元包括排风扇7、胶皮手套8。

本发明一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备中，储变量泵6和13分别从两种原料槽1和15中按一定的比例抽取两种原料，使两种原料分别通过进料管进入到机筒14；步进电机2驱动螺杆3在机筒14中旋转，其中螺杆上下结构不同，上端是输送段3，用于输送建压，下端是搅拌段4，用于物料充分搅拌，其中旋转曲面实现物料径向运动，大大增强混合效果，液体原料相互混合并在电阻加热器12的加热作用下充分反应生成一定硬度的聚氨酯，并通过喷嘴挤出在成型平台11表面,风扇9向刚挤出的物料吹风，使物料快速降温固定成型，并且有助于多余的异氰酸酯单体快速挥发；同时三维成型平台单元中滚珠丝杠副三维运动部件中，X轴步进电机驱动X轴滚珠丝杠以及Y轴步进电机带动成型平台做平面运动，以成型所需的截面；Z轴步进电机驱动Z轴滚珠丝杠带动承载平台下降层厚高度，继续下一个截面成型，如此重复直至成型整个三维制品，完成三维成型过程。排风扇7将异氰酸酯与多元醇反应过程中挥发的气体排出；胶皮手套8使操作人员避免直接用手接触便可从成型平台11上取下物品。

本发明提供了一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型的方法是：在成型的过程中改变变量泵的排量，从而改变两种液体原料的配方比，使挤出的聚氨酯的硬度改变，与已成型的部分结合在一起，最终成型软硬材料没有明显界面的软硬结合聚氨酯弹性体。

Claims (2)

1.一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备，其特征在于：由物料输送单元、螺杆挤出单元、三维成型平台单元、安全设备单元构成；在物料输送单元中，变量泵输送不同配方比的异氰酸酯混合物和多元醇到挤出单元；在挤出单元中，螺杆分为输送段和搅拌段，步进电机带动螺杆旋转使两种物料充分混合，发生反应生成聚氨酯并挤出；在三维成型平台单元中，聚氨酯被挤出到承载台上沉积成型；竖直方向步进电机带动相对应的丝杆旋转来驱动承载平台竖直方向移动，左右前后步进电机与其滚珠丝杠滑台模组安装在承载平台上，前后、左右方向步进电机分别驱动成型平台沿前后、左右移动，从而实现成型平台在直角坐标系下的三维运动；在安全设备单元中，排风扇通过排风管道将甲苯二异氰酸酯与多元醇反应过程中挥发的气味收集并排出。

2.根据权利要求1所述的一种可制备软硬复合聚氨酯制品三维成型设备，其特征在于：螺杆的搅拌段上带有螺旋上升逐渐扭转90度的旋转曲面。