CN105346083A - 一种基于静电纺丝的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于静电纺丝的3D打印方法，其通过计算机绘制三维模型，并获取三维模型中各层截面的轮廓数据和填充数据，选取多种高分子材料制作多份不同的3D打印材料，通过不同的纺丝喷头与工作平台的高压静电场下形成不同材料的纤维丝，通过激光的照射使得纤维丝沉积在工作平台的指定区域中，实现单层截面结构的制作，重复单层截面结构的制作完成整个三维模型的3D打印。本方法设置多个纺丝喷头配合多份不同的打印材料实现3D打印，对3D打印材料的制作要求低、打印质量高、打印精度高、打印材质丰富不单一，加工控制灵活，适用范围广。其通过在多份3D打印材料的制作过程中加入颜色添加剂，改进了以往3D打印成品颜色单一的缺点。

Description

一种基于静电纺丝的3D打印方法

技术领域：

本发明属于3D打印技术领域，具体是涉及一种基于静电纺丝的3D打印方法。

背景技术：

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。现有的3D打印技术主要有熔融挤出成型技术、选择性激光烧结技术、立体光固化成型技术等。其中，熔融挤出成型技术需要将塑胶材料制成盘起的丝状才能使用，制程较为复杂；选择性激光烧结技术需要将塑胶制程具有一定性能要求的粉末状，材料价格比较昂贵；立体光固化成型技术仅限定于液态的光敏树脂成型，材料适用性窄。此外，以上几种成型方法在微小零件的制作上都较为困难。

静电纺丝是一种利用静电场力制备微纳结构的方法，主要使用的材料是熔融状态的高分子材料或高分子材料的溶液，根据工艺条件的不同，静电纺丝的产物可以使微米级的颗粒、微球以及纳米、微米级直径的连续纤维。多种塑胶材料都可以通过此技术简单、快捷地制成以上几种形态。现有的利用静电纺丝进行3D打印的方法，大多采用的是通过单个喷头配合一种高分子材料实现3D打印，打印质量和打印精度低、制成的成品材质和颜色单一，适用范围小。

发明内容：

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于3D打印的静电纺丝方法，大多采用的是通过单个喷头配合一种高分子材料实现3D打印，打印质量和打印精度低、制成的成品材质和颜色单一，适用范围小。从而提出一种基于静电纺丝的3D打印方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于静电纺丝的3D打印方法，包括如下步骤：

S1：在计算机中绘制三维模型，对所述三维模型进行分层处理，获取所述三维模型的各层截面的轮廓数据和填充数据。

S2：选取多种适用于静电纺丝的高分子材料，利用热熔或溶剂溶解的方法获取多份用于静电纺丝的3D打印材料。

S3：将步骤S2中获取的多份用于静电纺丝的3D打印材料分别对应装入到多个纺丝喷头内。

S4：调整工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作距离，设置工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作电压。

S5：根据步骤S1中获取的第一层截面的轮廓数据和填充数据，控制第一纺丝喷头中3D打印材料的流出速度，在所述工作平台和所述第一纺丝喷头之间的高压静电场下纺出纤维丝，控制所述第一纺丝喷头进行水平位置移动，将所述纤维丝依次下落到工作平台上的指定区域，同时对所述指定区域同步照射激光，使得所述纤维丝在所述指定区域沉积之前被加热融化，以熔融状态在所述指定区域沉积。

S6：依次控制多个纺丝喷头重复步骤S5的工序，实现与所述第一层截面的轮廓数据和填充数据相匹配的第一层截面结构的制作，控制所述工作平台下移一个层截面厚度的距离。

S7：重复步骤S5和步骤S6的工序，实现多层截面结构的制作，完成整个三维模型的3D打印。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S2中：

所述高分子材料为聚苯乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、尼龙、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚己内酯、聚谷氨酸、纤维素、聚酰亚胺中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S2中：

在所述多份打印材料的制作过程中加入颜色添加剂。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S4中：

所述工作平台与所述多个纺丝喷头的工作距离范围为1～30mm；所述工作平台与所述多个纺丝喷头之间的电压范围为1～15kV。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S5中：所述3D打印材料的流出速度为0.1-10ml/h。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S5中：

在工作平台一侧设置加热装置，对下落到指定区域的纤维丝进行温度调节，使得所述纤维丝与所述工作平台上的下层纤维丝能够更好地融合。

作为上述技术方案的优选，在所述步骤S6中：

所述一个层截面厚度的距离为0.0001～0.1mm。

本发明的有益效果在于：其通过计算机绘制三维模型，并获取三维模型中各层截面的轮廓数据和填充数据，选取多种高分子材料制作多份不同的3D打印材料，通过不同的纺丝喷头与工作平台的高压静电场下形成不同材料的纤维丝，通过激光的照射使得纤维丝沉积在工作平台的指定区域中，实现单层截面结构的制作，重复单层截面结构的制作完成整个三维模型的3D打印。本方法设置多个纺丝喷头配合多份不同的打印材料实现3D打印，对3D打印材料的制作要求低、打印质量高、打印精度高、打印材质丰富不单一，加工控制灵活，适用范围广。其通过在多份3D打印材料的制作过程中加入颜色添加剂，改进了以往3D打印成品颜色单一的缺点。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明一个实施例的一种基于静电纺丝的3D打印方法流程图。

具体实施方式：

实施例1

如图1所示，本发明的基于静电纺丝的3D打印方法，包括如下步骤：

S1：在计算机中绘制三维模型，对所述三维模型进行分层处理，获取所述三维模型的各层截面的轮廓数据和填充数据。所述一个层截面厚度的距离为0.0001～0.1mm。本实施例中选取所述层截面的厚度为0.01mm。

S2：选取多种适用于静电纺丝的高分子材料，利用热熔或溶剂溶解的方法获取多份用于静电纺丝的3D打印材料。所述高分子材料为聚苯乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、尼龙、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚己内酯、聚谷氨酸、纤维素、聚酰亚胺中的一种或多种。本实施例中，选取两种高分子材料制作两份用于静电纺丝的3D打印材料，所述两种高分子材料分别为尼龙和聚苯乙烯，分别加入溶剂形成第一3D打印材料和第二3D打印材料。在所述多份3D打印材料的制作过程中加入颜色添加剂，所述颜色添加剂可以选择加或者不加，本实施例中，在上述两种3D打印材料中不加入所述颜色添加剂。

S3：将步骤S2中获取的多份用于静电纺丝的3D打印材料分别对应装入到多个纺丝喷头内。本实施例中，将所述第一3D打印材料和所述第二3D打印材料分别对应装入第一纺丝喷头和第二纺丝喷头内。

S4：调整工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作距离，设置工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作电压。所述工作平台与所述多个纺丝喷头的工作距离范围为1～300mm；所述工作平台与所述多个纺丝喷头之间的电压范围为1～15kV。本实施例中，调整所述第一纺丝喷头和所述工作平台之间的工作距离为80mm，设置第一纺丝喷头和所述工作平台之间的工作电压为10kV，调整所述第二纺丝喷头和所述工作平台的之间的工作距离为150mm，设置所述第二纺丝喷头和所述工作平台之间的工作电压为10kV。

S5：根据步骤S1中获取的第一层截面的轮廓数据和填充数据，控制第一纺丝喷头中3D打印材料的流出速度，在所述工作平台和所述第一纺丝喷头之间的高压静电场下纺出纤维丝，控制所述第一纺丝喷头进行水平位置移动，将所述纤维丝依次下落到工作平台上的指定区域，同时对所述指定区域同步照射激光，使得所述纤维丝在所述指定区域沉积之前被加热融化，以熔融状态在所述指定区域沉积。所述3D打印材料的流出速度为0.1-10ml/h。本实施例中，设置所述第一纺丝喷头中的3D打印材料的流出速度为1ml/h，所述第二纺丝喷头中的3D打印材料的流出速度为2ml/h。在工作平台一侧设置加热装置，对下落到指定区域的纤维丝进行温度调节，使得所述纤维丝与所述工作平台上的下层纤维丝能够更好地融合。

S6：依次控制多个纺丝喷头重复步骤S5的工序，实现与所述第一层截面的轮廓数据和填充数据相匹配的第一层截面结构的制作，控制所述工作平台下移一个层截面厚度的距离。所述多个纺丝喷头可以同时工作，同时在工作平台上的不同指定区域进行纤维丝的沉积，也可以每个纺丝喷头依次工作，依次在工作平台上的不同指定区域进行纤维丝的沉积，本实施例中，所述第一纺丝喷头和所述第二纺丝喷头同时工作，分别在工作平台上的不同指定区域进行纤维丝的沉积。且本实施例中所述工作平台下移一个层截面厚度的距离，即下移0.01mm。

S7：重复步骤S5和步骤S6的工序，实现多层截面结构的制作，完成整个三维模型的3D打印。所述三维模型是由尼龙材质和聚苯乙烯材料共同制成的3D制件。

本实施例所述的一种基于静电纺丝的3D打印方法，其通过计算机绘制三维模型，并获取三维模型中各层截面的轮廓数据和填充数据，选取多种高分子材料制作多份不同的3D打印材料，通过不同的纺丝喷头与工作平台的高压静电场下形成不同材料的纤维丝，通过激光的照射使得纤维丝沉积在工作平台的指定区域中，实现单层截面结构的制作，重复单层截面结构的制作完成整个三维模型的3D打印。本方法设置多个纺丝喷头配合多份不同的打印材料实现3D打印，对3D打印材料的制作要求低、打印质量高、打印精度高、打印材质丰富不单一，加工控制灵活，适用范围广。其通过在多份3D打印材料的制作过程中加入颜色添加剂，改进了以往3D打印成品颜色单一的缺点。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处如下：

步骤S1中，本实施例选取所述层截面的厚度为0.05mm。

步骤S2中，本实施例选取三种高分子材料制作三份用于静电纺丝的3D打印材料，所述三种高分子材料分别为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚己内酯，分别在所述三种高分子材料中加入对应的溶剂形成第三3D打印材料、第四3D打印材料、第五3D打印材料。

步骤S3中，本实施例将所述第三3D打印材料、所述第四3D打印材料、所述第五3D打印材料分别对应装入打印材料分别对应装入第三纺丝喷头、第四纺丝喷头和第五纺丝喷头内。

步骤S4中，本实施例调整所述第三纺丝喷头和所述工作平台之间的工作距离为50mm，设置第三纺丝喷头和所述工作平台之间的工作电压为15kV，调整所述第四纺丝喷头和所述工作平台的之间的工作距离为100mm，设置所述第四纺丝喷头和所述工作平台之间的工作电压为15kV，调整所述第五纺丝喷头和所述工作平台的之间的工作距离为150mm，设置所述第五纺丝喷头和所述工作平台之间的工作电压为15kV。

步骤S5中，本实施例设置所述第三纺丝喷头中的3D打印材料的流出速度为3ml/h，所述第四纺丝喷头中的3D打印材料的流出速度为5ml/h，所述第五纺丝喷头中的3D打印材料的流出速度为5ml/h。

步骤S6中，本实施例选取所述第三纺丝喷头、第四纺丝喷头、第五纺丝喷头依次工作，依次在工作平台上的不同指定区域进行纤维丝的沉积，且本实施例中选取所述工作平台每次下移0.05mm。

步骤S7中，所述三维模型是由聚甲基丙烯酸甲酯材质、聚碳酸酯材质、聚己内酯材质共同制成的3D制件。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在计算机中绘制三维模型，对所述三维模型进行分层处理，获取所述三维模型的各层截面的轮廓数据和填充数据；

S2：选取多种适用于静电纺丝的高分子材料，利用热熔或溶剂溶解的方法获取多份用于静电纺丝的3D打印材料；

S3：将步骤S2中获取的多份用于静电纺丝的3D打印材料分别对应装入到多个纺丝喷头内；

S4：调整工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作距离，设置工作平台与多个纺丝喷头之间的不同工作电压；

S5：根据步骤S1中获取的第一层截面的轮廓数据和填充数据，控制第一纺丝喷头中3D打印材料的流出速度，在所述工作平台和所述第一纺丝喷头之间的高压静电场下纺出纤维丝，控制所述第一纺丝喷头进行水平位置移动，将所述纤维丝依次下落到工作平台上的指定区域，同时对所述指定区域同步照射激光，使得所述纤维丝在所述指定区域沉积之前被加热融化，以熔融状态在所述指定区域沉积；

S6：依次控制多个纺丝喷头重复步骤S5的工序，实现与所述第一层截面的轮廓数据和填充数据相匹配的第一层截面结构的制作，控制所述工作平台下移一个层截面厚度的距离；

S7：重复步骤S5和步骤S6的工序，实现多层截面结构的制作，完成整个三维模型的3D打印。

2.根据权利要求1所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S2中：所述高分子材料为聚苯乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、尼龙、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚己内酯、聚谷氨酸、纤维素、聚酰亚胺中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S2中：在所述多份3D打印材料的制作过程中加入颜色添加剂。

4.根据权利要求1所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S4中：所述工作平台与所述多个纺丝喷头的工作距离范围为1～30mm；所述工作平台与所述多个纺丝喷头之间的电压范围为1～15kV。

5.根据权利要求1所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S5中：所述3D打印材料的流出速度为0.1-10ml/h。

6.根据权利要求5所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S5中：在工作平台一侧设置加热装置，对下落到指定区域的纤维丝进行温度调节，使得所述纤维丝与所述工作平台上的下层纤维丝能够更好地融合。

7.根据权利要求1所述的基于静电纺丝的3D打印方法，其特征在于，在所述步骤S6中：所述一个层截面厚度的距离为0.0001～0.1mm。