CN105887217B - 一种用于静电纺丝的3d打印喷头及打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静电纺丝工艺，属于静电纺丝和3D打印领域。一种用于静电纺丝的3D打印喷头，其特征在于：包括料筒，所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3D打印平台，在3D打印平台下方设置有电极。采用本发明的3D打印喷头的打印机，采用三个平台的设置，使喷头和电极不用移动。本发明的用于静电纺丝的3D打印喷头和打印机，能够直接从喷丝板喷丝出来的同时加载静电，效率高，控制方便，成纱均匀，连续性和稳定性都大大加强。

Description

一种用于静电纺丝的3D打印喷头及打印机
技术领域
本发明涉及纺织产品和3D打印领域，尤其涉及一种用于静电纺丝的3D打印喷头及打印机。
背景技术
静电纺丝可以制备纳米级纤维，该种纤维具有比表面积高，直径小等优异的性能。取向纳米纤维具有优异的光学、电学性能。此外，纳米纤维纱线提高了纳米纤维束的力学性能，并且可以使其通过机织、针织等进行二次加工。
由于静电纺丝的优异性能，可以应用在过滤膜、组织功能支架等高性能材料中，且可以作为锂离子电池材料、生物医学材料等方面。
利用静电纺丝可使纳米纤维按二维扩张的形式直接织成非织造布，无需后加工，方便易行，流程简短，可降低成本；且对纺丝温度要求不苛刻，在室温下即可进行纺丝；静电纺丝有较好的工艺可控性和纤维尺度可控性，且具有很好的可重复性和可操作性。这使得静电纺丝技术越来越受关注，具有广阔的应用前景。
但是静电纺丝由于其工艺限制，目前无法进行量产，成纱不匀，且连续性不佳，无法制成符合需求的长度，不能进行连续化生产。
3D打印(3DP)是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打印的优点有：①数字制造:借助CAD等软件将产品结构数字化，驱动机器设备加工制造成器件；数字化文件还可借助网络进行传递，实现异地分散化制造的生产模式。②降维制造(分层制造):即把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。因此，原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，而且制造过程更柔性化。③堆积制造:“从下而上”的堆积方式对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势。④直接制造:任何高性能难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现。⑤快速制造:3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，因此，制造更快速、更高效。
鉴于此，希望能够将静电纺丝与3D打印结合起来，充分利用3D打印的众多优点，使静电纺丝的优势能够得到推广，更能满足生产的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于静电纺丝的打印机，解决现在静电纺丝由于其工艺限制，成纱不匀，连续性不佳，无法制成符合需求的长度，不能进行连续化生产的缺陷。
技术方案
一种用于静电纺丝的打印机，其特征在于：包括料筒，所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3D打印平台，在3D打印平台下方设置有电极，所述压缩杆采用非金属丝杠，所述压缩电机控制料筒内的压强，配合静电发生装置使喷丝板喷丝顺畅，通过控制料筒内的压强达到控制喷丝的速度和效果，所述料筒的上盖上设置有能开关和密封的原料注入孔；
所述3D打印平台下方还设置有第一移动平台和第二移动平台，所述3D 打印平台由设置在第二移动平台上的Y轴电机带动在水平面Y轴向移动，所述第二移动平台由设置在第一移动平台上的X轴电机带动在水平面X轴向移动，同时带动设置在其上方的打印平台同向同距离移动，所述第一移动平台由设置在其下方四角的四个Z轴电机带动，能够沿竖直面Z轴向上下移动，同时带动设置在其上方的第二移动平台和3D打印平台同向同距离移动。
进一步，所述保护罩为半椭球形，直径逐渐变小，防止纺丝液在喷出后过快凝固。
进一步，所述电极设置在3D打印平台下方对应所述保护罩的出口的位置。
进一步，所述3D打印平台为绝缘材质的薄板，平台旁边设置通风、控温装置，方便纺丝液落在3D打印平台后迅速凝固成型。
进一步，所述第一移动平台的两侧分别安装有X轴向的导轨，在所述导轨上设置有滑块，所述第二移动平台固定在所述滑块上，第一移动平台上设置有X轴电机，在所述X轴电机的输出轴上连接有传动齿轮，与设置在所述第二移动平台下方的齿条啮合，带动所述第二移动平台在X轴向移动。
有益效果
采用本发明的用于静电纺丝的3D打印喷头和打印机，能够直接从喷丝板喷丝出来的同时加载静电，且通过控制料筒的上盖作为原料出料的压缩板，底盖作为出丝孔，能够直接通过控制料筒内的压强达到控制喷丝的速度和效果，不仅效率高，而且控制方便，能够满足纳米级静电纺丝纤维的要求；打印机采用三个平台的设置，喷头装置和电极不用移动，减少影响因素，使成纱均匀，连续性和稳定性都大大加强。
附图说明
图1为本发明的3D打印喷头的结构示意图；
图2为本发明的打印机的整体的结构示意图；
图3为本发明的打印机的第一移动平台的部分与第二移动平台的连接示意图。其中：1-压缩电机固定挡板，2-压缩电机，3-料筒的上盖，4-原料注入孔， 5-料筒固定台，6-喷丝板，7-保护罩，8-电极，9-3D打印喷头，10-Y轴电机， 11-打印平台，12-第二移动平台，13-第一移动平台，14-Z轴电机，15-X轴电机，16-导轨，17-滑块，18-传动齿轮，19-齿条。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
本发明提出了一种用于静电纺丝的3D打印喷头和打印机，可以使纺丝液均匀、流畅的从打印喷头挤出，并且按照要求在打印平台上凝固成型，最终以3D打印的方式制成具有静电纺丝众多优点的织物。
如附图1所示为3D打印喷头的结构示意，包括料筒，所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3D打印平台，在3D打印平台下方设置有电极。所述电极设置在3D打印平台下方对应所述保护罩的出口的位置。
所述保护罩为半椭球形，直径逐渐变小，临近打印平台位置有开口，开口有一定宽度的内延，保护罩能防止纺丝液在喷出后过快凝固。
所述压缩杆采用非金属丝杠，就不会对高压静电场产生影响。还有料筒内壁、料筒的上盖以及保护罩均为不导电材料。
料筒外壁下方等距设置几个料筒固定台，可以方便固定其位置。
打印平台为一绝缘材质的薄板，平台旁边设置通风、控温装置，方便纺丝液落在打印平台后迅速凝固成型。
料筒上方的可控压缩电机可以控制料筒内的压强，配合高压的静电发生装置使作为喷丝板的料筒的底盖喷丝顺畅。
当料筒内纺丝液不足时，外部可以打开料筒上盖上的原料注入孔向料筒内注入纺丝液，完成加料后密封所述原料注入孔。
采用本发明的3D打印喷头的打印机，运动方案为喷头不动，打印过程中，打印平台不断移动接受喷丝。因此，本发明的打印机的结构采用在打印平台下方还设置有第一移动平台和第二移动平台的三个平台的结构，如附图2所示意，打印平台由设置在第二移动平台上的Y轴电机带动在水平面Y轴向移动，第二移动平台由设置在第一移动平台上的X轴电机带动在水平面X轴向移动，同时带动设置在其上方的打印平台同向同距离移动，第一移动平台由设置在其下方四角的四个Z轴电机带动，能够沿竖直面Z轴向上下移动，同时带动设置在其上方的第二移动平台和打印平台同向同距离移动。
具体的第一移动平台与第二移动平台之间的连接方式，是在第一移动平台的两侧分别安装有X轴向的导轨，在所述导轨上设置有滑块，所述第二移动平台固定在所述滑块上，第一移动平台上设置有X轴电机，在所述X轴电机的输出轴上连接有传动齿轮，与设置在所述第二移动平台下方的齿条啮合，带动所述第二移动平台在X轴向移动。
第二移动平台同样采用上述导轨配合滑块的连接方式连接打印平台，采用齿轮齿条啮合的方式驱动打印平台移动。
三个平台的设置的好处为：首先可以保持喷丝筒与电极不动，减少影响因素；其次打印平台下部空间无遮挡，也方便安置电机。
具体打印时，先根据静电纺丝的要求，将打印平台移动到所需要的位置后，打印前其它准备工作结束后，喷丝板通电，与打印平台之间产生高压静电场，当电场强度超过一临界值后，料筒内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体)克服自身的表面张力和粘弹性力形成射流(压缩电机有补差作用)，在电场中进一步加速,直径减小,拉伸成一直线至一定距离,伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化,终落在打印平台上形成纤维,直径一般在几十纳米到几微米之间，打印平台按照程序设定移动，即可完成打印。

Claims (4)

1.一种用于静电纺丝的打印机，其特征在于：包括料筒，所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3D打印平台，在3D打印平台下方设置有电极，所述压缩杆采用非金属丝杠，所述压缩电机控制料筒内的压强，配合静电发生装置使喷丝板喷丝顺畅，通过控制料筒内的压强达到控制喷丝的速度和效果，所述料筒的上盖上设置有能开关和密封的原料注入孔；
所述3D打印平台下方还设置有第一移动平台和第二移动平台，所述3D打印平台由设置在第二移动平台上的Y轴电机带动在水平面Y轴向移动，所述第二移动平台由设置在第一移动平台上的X轴电机带动在水平面X轴向移动，同时带动设置在其上方的打印平台同向同距离移动，所述第一移动平台由设置在其下方四角的四个Z轴电机带动，能够沿竖直面Z轴向上下移动，同时带动设置在其上方的第二移动平台和3D打印平台同向同距离移动；
所述保护罩为半椭球形，直径逐渐变小，防止纺丝液在喷出后过快凝固。
2.如权利要求1所述的用于静电纺丝的打印机，其特征在于：所述电极设置在3D打印平台下方对应所述保护罩的出口的位置。
3.如权利要求1～2之一所述的用于静电纺丝的打印机，其特征在于：所述3D打印平台为绝缘材质的薄板，平台旁边设置通风、控温装置，方便纺丝液落在3D打印平台后迅速凝固成型。
4.如权利要求1所述的用于静电纺丝的打印机，其特征在于：所述第一移动平台的两侧分别安装有X轴向的导轨，在所述导轨上设置有滑块，所述第二移动平台固定在所述滑块上，第一移动平台上设置有X轴电机，在所述X轴电机的输出轴上连接有传动齿轮，与设置在所述第二移动平台下方的齿条啮合，带动所述第二移动平台在X轴向移动。
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