CN106493968A - 一种与3d打印相结合生产发泡制品的方法及装置 - Google Patents

一种与3d打印相结合生产发泡制品的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法及装置，该装置主要由成型单元、超临界渗透单元和发泡单元组成，成型单元为一3D打印机，主要包括三维滚珠丝杠滑台、成型平台、3D打印机箱体、塑化螺杆、加热环和喷头。超临界渗透单元主要由预热器、增压泵、CO2储罐和渗透釜组成。发泡单元主要由蒸汽发生器、发泡箱体和盖板组成。本发明的方法是首先根据产品需要用成型单元打印出三维模型，然后将该三维模型放入超临界渗透单元中的渗透釜内用超临界CO2进行渗透，最后在发泡箱体内进行水蒸汽发泡，得到发泡制品。本发明方法及装置将生产阶段简化为三个生产阶段，不仅能够降低生产成本和工艺的复杂性，还能实现任意复杂结构发泡制品的简单化生产。

Description

一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种发泡工艺,尤其是涉及一种与3D打印相结合的生产发泡制品的工艺。
背景技术
快速成型技术(又称为快速原型制造技术，Rapid Prototyping Manufacturi-ng，简称RPM)，又被称作3D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。该技术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。现有的3D打印技术主要分为，熔融沉积成型(FDM)、光固化立体印刷(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、立体平板印刷(SLA)、三维喷印(3DP)和数字光处理(DLP)等等。
传统微孔发泡制品的生产方法要经过水下挤出造粒、颗粒的超临界渗透、制备发泡颗粒、水蒸汽模压成型等阶段，制备工艺比较复杂，成本较高，而且对于传统机械加工无法实现的特殊结构，仅用模压成型的方式也是难以实现的。
本发明是一种与3D打印中熔融沉积成型相结合生产发泡制品的工艺，首先根据产品需要用3D打印机打印出三维模型，然后将该三维模型放入超临界渗透单元中的渗透釜内用超临界CO2进行渗透，最后将经超临界CO2渗透后的三维模型放入发泡单元中的发泡箱体内进行水蒸汽发泡，发泡后的三维模型即为所需的发泡制品。该工艺可以简化微孔发泡制品的生产过程，即由原来水下挤出造粒、超临界渗透、制备发泡颗粒、水蒸汽模压成型四个生产阶段简化为3D打印模型、超临界渗透、发泡三个生产阶段，不仅能够降低生产成本和工艺的复杂性，还能实现任意复杂结构发泡制品的简单化生产。
发明内容
针对传统微孔发泡制品生产方式的不足之处，本发明的目的是提出一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法及装置，该装置主要由成型单元、超临界渗透单元和发泡单元组成，成型单元为一3D打印机。该方法的技术方案是：首先根据产品需要用成型单元即3D打印机打印出三维模型，然后将该三维模型放入超临界渗透单元中的渗透釜内用超临界CO2进行渗透，最后将经超临界CO2渗透后的三维模型放入发泡单元中的发泡箱体内进行水蒸汽发泡，发泡后的三维模型即为所需的发泡制品。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法，在打印三维模型前先将模型转换成壁厚均匀的预成型模型，然后成型单元按照预成型模型进行打印成型。该转换不仅可以提高打印效率，而且由于各处壁厚相同，渗透时间可以缩短，将来的发泡过程容易实现均匀。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法，在打印三维模型前先将模型转换成壁厚均匀的预成型模型，预成型模型为中空模型，在进行打印成型时嵌入气嘴，在最后阶段的发泡阶段，可以通过气嘴向制品内部充入一定压力的气体，使得制品发泡阶段不发生变形。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，成型单元为一3D打印机，主要包括三维滚珠丝杠滑台、成型平台、3D打印机箱体、塑化螺杆、加热环和喷头。塑化螺杆将固态物料熔融为液态。加热环位于螺杆下方，包裹熔融态物料防止物料固化。喷头位于3D打印机机头最下方，熔融物料通过喷头喷射在成型平台上。通过计算机上的切片软件从三维模型转换为喷头与成型平台的相对运动轨迹，三维滚珠丝杠滑台连接成型平台按照切片软件生成的轨迹运动进行三维移动，使高分子材料在平台上按照预设路线进行沉积成型。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，为防止在打印模型过程中对环境的污染，采用密闭箱体可以使该3D打印设备处于密闭工作环境中。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，可同时用于3D打印和发泡的材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料等，可用3D打印机打印的三维模型有多种，包括鞋底、玩具等。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，超临界渗透单元主要由预热器、增压泵、CO2储罐和渗透釜组成。第一步，将3D打印模型放入渗透釜内，并密封渗透釜。第二步，用增压泵将二氧化碳气体充入渗透釜中，增压至一定的压力，例如11MPa左右，用预热器控制渗透釜中的温度控制在一定的值，例如在33℃左右，使其内部的二氧化碳达到较为温和的超临界状态。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，发泡单元主要由蒸汽发生器、发泡箱体和盖板组成。其中，蒸汽发生器的出口温度和出口压力可调，通过移动发泡箱体上方的盖板可调节发泡箱体开口的大小。通过调节蒸汽发生器的出口温度和压力以及发泡箱体开口的大小可调节发泡箱体内的温度。将经超临界CO2渗透后的三维模型放入发泡箱体内的多孔板上进行水蒸汽发泡，发泡后的三维模型即为所需的发泡制品。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，发泡单元的发泡箱体内放置一模具，模具中型腔壁上有微孔，待发泡的制品放置在模具中，有了模具，制品的最终形状受到模具的约束。成型单元加工的制品为带有气嘴的中空制品，气嘴与一定压力的气源连接，得到的制品更均匀致密，成型精度更高。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法及装置，不同的材料的最佳发泡温度、压力和时间不同，根据所选的发泡材料确定最佳的发泡工艺参数。
本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法及装置，其有益效果是，该工艺可以简化微孔发泡制品的生产过程，即由原来水下挤出造粒、超临界渗透、制备发泡颗粒、水蒸汽模压成型四个生产阶段简化为3D打印模型、超临界渗透、发泡三个生产阶段，不仅能够降低生产成本和工艺的复杂性，还能实现任意复杂结构发泡制品的简单化生产。
附图说明
图1是本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法的分步示意图。
图2是本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置的成型单元示意图。
图3是本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置的超临界渗透单元示意图。
图4是本发明一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置的发泡单元示意图。
图中：1-三维滚珠丝杠滑台；2-成型平台；3-3D打印机箱体；4-塑化螺杆；5-加热环；6-喷头；7-三维模型；8-预热器；9-增压泵；10-CO2储罐；11-发泡箱体；12-盖板；13-发泡制品；14-多孔板；15-蒸汽发生器；16-渗透釜；17-密闭箱体。
具体实施方式
本发明提出了一种与3D打印相结合生产发炮制品的方法及装置，分步示意图如图1所示。该装置由成型单元、超临界渗透单元和发泡单元构成。成型单元主要为一3D打印机，包括三维滚珠丝杠滑台1、成型平台2、3D打印机箱体3、塑化螺杆4、加热环5、喷头6和密闭箱体17，如图1所示。超临界渗透单元主要由预热器8、增压泵9、CO2储罐10和渗透釜16组成，如图2所示。发泡单元主要由蒸汽发生器15、发泡箱体11和盖板12组成，如图3所示。
本发明一种与3D打印相结合生产发炮制品的方法，其工作过程是：第一步、三维成型过程。塑化螺杆4将固态物料塑化为熔融态。加热环5位于螺杆下方，包裹熔融态物料防止物料固化。喷头6位于3D打印机机头最下方，熔融物料通过喷头6喷射在成型平台2上。通过计算机上的切片软件从三维模型7转换为喷头6与成型平台2的相对运动轨迹，三维滚珠丝杠滑台1连接成型平台2按照切片软件生成的轨迹运动进行三维移动，使高分子材料在平台上按照预设路线进行沉积成型，完成三维模型7的打印过程。为防止在打印模型过程中对环境的污染，采用密闭箱体17可以使该3D打印设备处于密闭工作环境中。第二步，超临界渗透过程。将上述的3D打印模型放入渗透釜16内，并密封渗透釜16，用增压泵9将二氧化碳气体充入渗透釜16中，增压至11MPa左右，用预热器8控制渗透釜16中的温度在33℃左右，使其内部的二氧化碳达到较为温和的超临界状态。第三步，发泡过程。不同的材料具有不同的最佳发泡温度、压力和时间，通过调节蒸汽发生器15的出口温度和压力以及发泡箱体11开口的大小，可使发泡箱体11内的三维模型7在最佳工艺参数下发泡。将经超临界CO2渗透后的三维模型7放入发泡箱体11内的多孔板14上进行水蒸汽发泡，三维模型7发泡后即为所需的发泡制品13。

Claims (10)

1.一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法，其特征在于：首先根据产品需要用成型单元打印出三维模型，然后将该三维模型放入超临界渗透单元中的渗透釜内用超临界CO2进行渗透，最后将经超临界CO2渗透后的三维模型放入发泡单元中的发泡箱体内进行水蒸汽发泡，发泡后的三维模型即为所需的发泡制品。
2.根据权利要求1所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法，其特征在于：在打印三维模型前先将模型转换成壁厚均匀的预成型模型，然后成型单元按照预成型模型进行打印成型。
3.根据权利要求2所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法，其特征在于：在进行打印成型时嵌入气嘴，在最后阶段的发泡阶段，通过气嘴向制品内部充入一定压力的气体。
4.采用权利要求1所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的方法的装置，其特征在于：主要由成型单元、超临界渗透单元和发泡单元组成，成型单元为一3D打印机。
5.根据权利要求4所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：3D打印机主要包括三维滚珠丝杠滑台、成型平台、3D打印机箱体、塑化螺杆、加热环和喷头，塑化螺杆将固态物料塑化为熔融态，加热环位于螺杆下方，喷头位于3D打印机机头最下方，熔融物料通过喷头喷射在成型平台上，通过计算机上的切片软件从三维模型转换为喷头与成型平台的相对运动轨迹，三维滚珠丝杠滑台连接成型平台按照切片软件生成的轨迹运动进行三维移动，使高分子材料在平台上按照预设路线进行沉积成型。
6.根据权利要求5所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：3D打印设备处于密闭箱体工作环境中。
7.根据权利要求4所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：超临界渗透单元主要由预热器、增压泵、CO2储罐和渗透釜组成，用增压泵将二氧化碳气体充入渗透釜中，用预热器控制渗透釜中的温度控制在一定的值。
8.根据权利要求4所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：发泡单元主要由蒸汽发生器、发泡箱体和盖板组成，其中，蒸汽发生器的出口温度和出口压力可调，通过移动发泡箱体上方的盖板可调节发泡箱体开口的大小。
9.根据权利要求8所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：发泡单元的发泡箱体内放置一模具，模具中型腔壁上有微孔，待发泡的制品放置在模具中。
10.根据权利要求9所述的一种与3D打印相结合生产发泡制品的装置，其特征在于：成型单元加工的制品为带有气嘴的中空制品，气嘴与一定压力的气源连接。
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