CN105500716A - 一种在液体中的三维成型方法 - Google Patents

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刘庆萍
任露泉
赵彻
周雪莉
刘清荣
李卓识
李冰倩
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    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种在液体中的三维成型方法，该方法是：成型材料通过可加热的挤出头在液态固化剂中定量挤出，挤出的成型材料遇到液态固化剂固化，通过挤出头的运动而沉积成型。本发明可以成型环氧树脂及其改性材料，无需支撑结构。

Description

一种在液体中的三维成型方法
技术领域
本发明涉及一种三维成型方法，特别涉及一种在液体中的三维成型方法。
背景技术
现有3D打印技术使用的材料包括固体粉末、液体、线材和片材。粉末材料主要有金属、塑料及陶瓷材料；材料设置方式主要是粉末床工艺铺粉，也包括同轴气体送粉；三维成型工艺包括激光选择性烧结、粘结剂粘结、选择性热固化和激光近净成形(对应同轴送粉工艺)。液体材料主要是光敏树脂和石蜡，也包括光敏树脂、石蜡与固体粉末混合成的浆料；材料设置方式包括液体缸升降、粉末床工艺的铺展和材料喷射；成型工艺有光固化、选择性光固化和温差固化。线材主要是塑料和金属；材料设置方式主要是依靠滚轮摩擦输送；固化方式为熔凝固化，即运用热能将材料加热到半熔融态进行沉积铺设，铺设后温度下降，材料凝固成型。片材包括纸、塑料和金属，材料设置方式是逐层叠加，并运用激光、粘结剂和超声等方法选择性固化(将层和层连接在一起)。
环氧类树脂固化后具有良好的物理化学性能，介电性能良好、变形率小、制品几何尺寸稳定性好、硬度高且具有较好韧性，对碱及大部分溶剂稳定，因此工程应用广泛。由于环氧类树脂是通过与固化剂混合后发生交联反应而固化，即需要两种材料混合而固化。而现有的熔融沉积成型3D打印工艺都是使用单一材料，挤出后通过温度或光源固化，因此现有技术不能用于环氧类树脂成型。鉴于此，本专利提供了一种适用于环氧类树脂的熔融沉积成型3D打印方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在液体中的三维成型方法。
本发明之方法是：
成型材料通过可加热的挤出头在液态固化剂中定量挤出，挤出的成型材料遇到液态固化剂固化，通过挤出头的运动而沉积成型。
所述的成型材料的质量百分比组分为：双酚A型液态环氧树脂92％-96％、无水乙醇1.5％-4％、锌粉2％-4.5％(中值粒径10μm)。双酚A型液态环氧树脂、无水乙醇和锌粉在室温常压下充分混合分散。
所述的液态固化剂的质量百分比组分为：酚醛胺70％-75％、聚葵二酸酐22％-25％、聚醚胺2％-5％、丙二醇0.3％-0.8％和丙酮0.1％-0.15％。酚醛胺、聚葵二酸酐、聚醚胺、丙二醇和丙酮在室温常压下充分混合分散，液态固化剂在使用时通过水浴锅使其温度保持在38-41℃。
本发明的具体方法：
成型材料放置在挤出头内，挤出头安装在数控三维平台上，挤出头可以按照指令完成预定的三维运动；通过螺杆、气压和液压泵输送等方式，可以使挤出头内的成型材料定量挤出；成型材料通过带有加热装置的喷管挤出，挤出头内的成型材料通过喷管挤出到盛有液态固化剂的成型池中，成型池放置在可加热的水浴锅内，挤出的成型材料遇到液态固化剂发生交联反应而固化定形。
所述的螺杆、气压或泵输送，挤出速度为0.03-0.12ml/s。
所述的喷管外壁设置有加热装置，可以加热挤出材料，使其在喷管出口处温度达到70-75℃。
所述的喷管通径为0.05mm-0.2mm。
所述的数控三维平台，运动速度在30-90mm/s。
本发明的有益效果：可以成型环氧树脂及其改性材料，无需支撑结构。
附图说明
图1为本发明的三维成型原理图，其中：1-挤出头，2-成型材料，3-喷管，4-加热装置，5-成型池，6-液态固化剂，7-成型件，8-水浴锅，9-成型件的第一层。
图2为成型件的三维模型图。
图3为成型件的三维模型分层示意图。
图4为成型件从底面开始成型的示意图。
图5为成型件从侧面开始成型的示意图。
具体实施方式
本发明之方法是：
如图1所示，成型材料2通过可加热的挤出头1在液态固化剂6中定量挤出，挤出的成型材料2遇到液态固化剂6固化，通过挤出头1的运动而沉积成型。
所述的成型材料2的质量百分比组分是：双酚A型液态环氧树脂92％-96％、无水乙醇1.5％-4％、锌粉2％-4.5％(中值粒径10μm)。双酚A型液态环氧树脂、无水乙醇和锌粉在室温常压下充分混合分散。
所述的液态固化剂的质量百分比组分为：酚醛胺70％-75％、聚葵二酸酐22％-25％、聚醚胺2％-5％、丙二醇0.3％-0.8％和丙酮0.1％-0.15％。酚醛胺、聚葵二酸酐、聚醚胺、丙二醇和丙酮在室温常压下充分混合分散，液态固化剂在使用时通过水浴锅使其温度保持在38-41℃。
本发明的具体方法：
如图1所示，成型材料2放置在挤出头1内，挤出头1安装在数控三维平台上，挤出头1可以按照指令完成预定的三维运动；通过螺杆、气压和液压泵输送方式，可以使挤出头1内成型材料2定量挤出；成型材料2通过带有加热装置4的喷管3挤出，挤出头1内的成型材料2通过喷管3挤出到盛有液态固化剂6的成型池5中，成型池5放置在可加热的水浴锅8内，挤出的成型材料2遇到液态固化剂6发生交联反应而固化定形。
所述的螺杆、气压或泵输送，挤出速度为0.03-0.12ml/s。
所述的喷管3外壁设置有加热装置4，可以加热挤出材料，使其在喷管3出口处温度达到70-75℃。
所述的喷管3通径为0.05mm-0.2mm。
所述的数控三维平台，运动速度在30-90mm/s。
如图2所示，三维模型被平行于XY(或XZ\YZ)平面的平面切割成若干个厚度为h的截面，如图3所示，挤出头1沉积路径是先完成截面的成型，之后挤出头1沿成型截面垂直的方向移动一个层厚为h的距离，再进行下一个截面的沉积成型。成型件的第一层9应沉积在成型池5的底面如图4所示，或侧面如图5所示，成型第一个截面时，喷管3出口与成型基面的距离为喷管3直径的50％-60％，成型其他截面时层的厚度为喷管3直径80％-90％。所有截面成型完成后，升高水浴锅8温度至75-80℃，保温4.4-12小时(依据成型池容积和成型件大小而不同)。保温结束后，将成型池内液态固化剂6倒出，液态固化剂6可重复使用，倒入清洗液，清洗液为无水乙醇95％和丙酮5％混合液，再将成型池5置入超声波清洗机内，振动清洗20-60分钟(依据成型池容积和成型件大小而清洗不同的时间)。清洗后取出成型件7，流水清洗后阴凉干燥。

Claims (5)

1.一种在液体中的三维成型方法，该方法是：成型材料(2)通过可加热的挤出头(1)在液态固化剂(6)中定量挤出，挤出的成型材料(2)遇到液态固化剂(6)固化，通过挤出头(1)的运动而沉积成型。
2.根据权利要求1所述的一种在液体中的三维成型方法，其特征在于：所述的成型材料(2)的质量百分比组分是：双酚A型液态环氧树脂92％-96％、无水乙醇1.5％-4％、锌粉2％-4.5％；双酚A型液态环氧树脂、无水乙醇和锌粉在室温常压下充分混合分散。
3.根据权利要求2所述的一种在液体中的三维成型方法，其特征在于：所述锌粉的中值粒径为10μm。
4.根据权利要求1所述的一种在液体中的三维成型方法，其特征在于：所述的液态固化剂的质量百分比组分为：酚醛胺70％-75％、聚葵二酸酐22％-25％、聚醚胺2％-5％、丙二醇0.3％-0.8％和丙酮0.1％-0.15％；酚醛胺、聚葵二酸酐、聚醚胺、丙二醇和丙酮在室温常压下充分混合分散，液态固化剂在使用时通过水浴锅使其温度保持在38-41℃。
5.根据权利要求1所述的一种在液体中的三维成型方法，该方法的具体步骤是：
成型材料(2)放置在挤出头(1)内，挤出头(1)安装在数控三维平台上，挤出头(1)可以按照指令完成预定的三维运动；通过螺杆、气压和液压泵输送方式，可以使挤出头(1)内成型材料(2)定量挤出；成型材料(2)通过带有加热装置(4)的喷管(3)挤出，挤出头(1)内的成型材料(2)通过喷管(3)挤出到盛有液态固化剂(6)的成型池(5)中，成型池(5)放置在可加热的水浴锅(8)内，挤出的成型材料(2)遇到液态固化剂(6)发生交联反应而固化定形。
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