CN107553934A - 一种复合材料快速成型生产装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料快速成型生产装置及制备方法，包括织机机架，所述的织机机架上从上到下依次安装有紫外光发射器、光固化3D打印机；所述的光固化3D打印机内底面为盛液槽；所述的光固化3D打印机内壁开设有一排水平方向投梭孔和一排垂直方向投梭孔；所述的水平方向投梭孔和垂直方向投梭孔下方的盛液槽内底面安装有升降装置，所述的升降装置上安装有打印平台，且所述的打印平台也位于水平方向投梭孔和垂直方向投梭孔下方；所述的光固化3D打印机顶部四周内侧壁面上分别安装有1个平面镜。本发明有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，相比于传统的复合材料的加工方法，缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。
Description
技术内容
本发明涉及一种复合材料快速成型生产装置及制备方法。
背景技术
3D打印快速成型技术是近20世纪80年代发展起来的新式成型技术，经过30多年的发展，目前3D打印技术主要包括FDM（熔融沉积制造）、LOM（叠层实体制造）、SLS（激光选区烧结）、SLA（光固化立体成型）等。利用3D打印技术制备成型件，不再需要依靠模具和切削工具，简化了生产工艺流程，缩短了生产周期，降低了生产成本。然而3D打印耗材最大的缺陷是强力较差，从而限制了成型件的应用。机织平纹组织是最普遍也是最简单的织物组织，以平纹组织制成的织物通常强度较高，不易损坏。本发明将平纹组织结构与SLA光固化3D打印技术（当前加工精度最高的一种3D打印技术）相结合制备复合材料，不仅提高了成型固件的加工精度，缩短了成型工艺流程，同时还能够增强成型固件的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将光敏树脂与机织平纹组织结构相结合的复合材料快速成型生产装置及制备方法。本发明通过将机织平纹组织结构应用于SLA光固化成型3D打印技术，有效的改善了3D打印成型件强力不足的缺点，提高了3D打印成型件的力学性能；在不影响SLA光固化成型3D打印机正常工作的同时充分利用了3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，相比于传统的复合材料加工方法，一定程度的缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程，从而使得所设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力的特点，丰富了3D打印技术的适用范围，突破了3D打印技术在医用、航空航天等领域无法使用的局限，具有较大的现实意义和应用价值。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种复合材料快速成型生产装置，包括织机机架，所述的织机机架上从上到下依次安装有紫外光发射器、光固化3D打印机；所述的光固化3D打印机内底面为盛液槽；所述的光固化3D打印机左、右内壁的上方相同高度分别开设有一排水平方向投梭孔；所述的光固化3D打印机前、后内壁面的上方相同高度分别开设有一排垂直方向投梭孔；且所述的水平方的投梭孔和垂直方向投梭孔分别与织机上纬纱线筒上的纬纱和经纱线筒上的经纱通过的引纬器位于同一高度；所述的水平方向投梭孔和垂直方向投梭孔下方的盛液槽内底面安装有利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置，所述的利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置上安装有打印平台，且所述的打印平台也位于水平方向投梭孔和垂直方向投梭孔下方；所述的光固化3D打印机顶部四周内侧壁面上分别安装有1个平面镜。
一种复合材料快速成型制备方法，包括如下步骤：首先将光敏树脂放入所述光固化3D打印机的盛液槽中，使用所述利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置控制打印平台的高度使得光敏树脂液浸没打印平台上表面一个层片的高度；分别利用织机上纬纱线筒上的纬纱通过的引纬器和经纱线筒上的经纱通过的引纬器引出纬纱和经纱，且分别穿过所述光固化3D打印机上的一排水平方向投梭孔和一排垂直方向投梭孔，引出的纬纱和经纱相互交叉，形成机织平纹组织结构；所述光固化3D打印机依据模型软件设计的模型利用紫外光发射器按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是所述紫外光发射器投射到3D打印机打印平台上的形状，不断循环重复打印工作与经纬纱之间的上下相互交叉运动，从而便会连续在所述打印平台上固化叠加光敏树脂和交织的经纬纱，使得交织的经纬纱在未固化的光敏树脂中连续分布；其中每打印一层切片便使用所述利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置下降来保证打印平台上只有一层切片厚度的液态光敏树脂。
所述的打印工作与经纬纱之间上下相互交叉运动循环重复的方法为：在3D打印工作的间歇完成经纬纱之间上下相互交叉运动。
所述的经纱（8）和纬纱（7）均采用耐强光照射的玻璃纤维（购于巨石集团有限公司）或高强度聚乙烯（购于上海普盛金银丝纺织品有限公司）。
所述的光敏树脂采用UV光敏树脂（购于苏州鑫威高新材料有限公司）。
本发明的有益效果是：本发明的一种结合机织平纹组织结构的复合材料快速成型生产装置及制备方法，利用光固化（SLA）成型方式的3D打印机结合机织平纹组织结构的复合材料制备方法把纱线编织到未固化的光敏树脂中。其中所述的光固化3D打印的工作原理是；首先在3DMAX模型软件中制作三维立体模型，然后再利用切片软件将模型沿着高度方向进行切片，得到模型在不同高度上的截面图，再将每层截面图通过激光发射器投影在打印平台上的液态光敏树脂使其固化，固化的光敏树脂不断叠加直至得到与设计模型一致的实物模型，完成打印过程。本发明所用的材料为光敏树脂和高强度纱线。目前使用的光敏树脂主要有聚丙烯酸树脂和环氧树脂但这些树脂的强力较低，很难满足对成型物体的力学性能要求，这就使得成型件的应用受到了很大的限制。因此可以将机织平纹组织结构应用于光固化3D打印过程中实现打印与编织同时进行以满足成型固件高强力的要求。本发明有效的提高了光固化成型件的力学性能；在不影响3D打印机的正常工作的同时还充分利用了3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求；还提高了产品力学性能，相比于传统的复合材料的加工方法，缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本发明充分利用了高强力纱线，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力的特点，极大的丰富了3D打印技术的适用范围，突破了3D打印技术在医用、航空航天等领域无法使用的局限，具有很大的现实意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种复合材料快速成型生产装置，如图1所示，包括织机机架（图中未示），所述的织机机架上从上到下依次安装有紫外光发射器1、光固化3D打印机3；所述的光固化3D打印机3内底面为盛液槽10；所述的光固化3D打印机3左、右内壁的上方相同高度分别开设有一排水平方向投梭孔6；所述的光固化3D打印机3前、后内壁面的上方相同高度分别开设有一排垂直方向投梭孔2；且所述的水平方的投梭孔6和垂直方向投梭孔2分别与织机上纬纱线筒上的纬纱和经纱线筒上的经纱通过的引纬器位于同一高度；所述的水平方向投梭孔6和垂直方向投梭孔2下方的盛液槽10内底面安装有利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5，所述的利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5上安装有打印平台9，且所述的打印平台9也位于水平方向投梭孔8和垂直方向投梭孔2下方；所述的光固化3D打印机3顶部四周内侧壁面上分别安装有1个平面镜4。且所述的4个平面镜4能够使光源在打印平台9上投射出相同形状且重合的投影，避免在光照范围内出现阴影。
本实施例的一种复合材料快速成型制备方法，包括如下步骤：首先将液态UV光敏树脂放入所述光固化3D打印机3的盛液槽10中，使用所述的电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5控制打印平台9的高度使得光敏树脂液浸没打印平台9上表面一个层片的高度；然后利用织机上经纱线筒（图中未示）上的玻璃纤维纱线通过引纬器（图中未示）将经纱8穿过所述光固化3D打印机3 上一排垂直方向投梭孔2，再利用织机上纬纱线筒（图中未示）上的玻璃纤维纱线通过引纬器（图中未示）将纬纱7穿过所述光固化3D打印机3上一排水平方向投梭孔6，引出的纬纱7按照一上一下的平纹组织规律穿过经纱8从而形成相互交织的机织平纹组织结构；所述光固化3D打印机3依据模型软件设计的模型利用所述紫外光发射器1按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是所述紫外光发射器1投射到3D打印机打印平台9上的形状，不断循环重复打印工作与纱线之间的相互交叉运动，便会连续在所述打印平台9上固化叠加液态UV光敏树脂和交织的纱线，使得交织的纱线在未固化的液态UV光敏树脂中连续分布；其中每打印一层切片便使用所述的电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5下降来保证打印平台上只有一层切片厚度的液态UV光敏树脂。所述的打印工作与纱线之间的相互交叉运动的循环重复进行的方法为：在3D打印工作的间歇完成经纬纱的相互交叉运动。
由于本实施例中当紫外光发射器1向打印平台9投射光影时耐强光照射的玻璃纤维经纱8会挡住一部分投射过来的光影，这将会导致一部分液态UV光敏树脂难以得到光照而无法固化，因此采用4面光滑的平面镜4，将一部分光反射在打印平台9，从而保证液态UV光敏树脂完全被照射而完成固化，同时也利用了光照固化的间歇期来完成经纬纱之间的上下相互交叉运动，使得纱线在未固化的光敏树脂中能均匀分布。
本实施例的一种结合机织平纹组织结构的复合材料快速成型生产装置及制备方法，利用光固化（SLA）成型方式的3D打印机结合机织平纹组织结构把高强力纱线分散到未固化的光敏树脂中。该方法有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得成型件的力学性能得到较好的增强；在不影响光固化3D打印机的正常工作的同时还充分利用了3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求；还提高了产品力学性能，相比于传统的复合材料的加工方法，缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本实施例充分利用了高强纱线的优良性能，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力的特点，极大的丰富了3D打印技术的适用范围，突破了3D打印技术在医用、航空航天等领域无法使用的局限，具有很大的现实意义。
实施例2
本实施例的一种复合材料快速成型生产装置，如图1所示，包括织机机架（图中未示），所述的织机机架上从上到下依次安装有紫外光发射器1、光固化3D打印机3；所述的光固化3D打印机3内底面为盛液槽10；所述的光固化3D打印机3左、右内壁的上方相同高度分别开设有一排水平方向投梭孔6；所述的光固化3D打印机3前、后内壁面的上方相同高度分别开设有一排垂直方向投梭孔2；且所述的水平方的投梭孔6和垂直方向投梭孔2分别与织机上纬纱线筒上的纬纱和经纱线筒上的经纱通过的引纬器位于同一高度；所述的水平方向投梭孔6和垂直方向投梭孔2下方的盛液槽10内底面安装有利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5，所述的利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5上安装有打印平台9，且所述的打印平台9也位于水平方向投梭孔8和垂直方向投梭孔2下方；所述的光固化3D打印机3顶部四周内侧壁面上分别安装有1个平面镜4。且所述的4个平面镜4能够使光源在打印平台9上投射出相同形状且重合的投影，避免在光照范围内出现阴影。
本实施例的一种复合材料快速成型制备方法，包括如下步骤：首先将液态UV光敏树脂放入所述光固化3D打印机3的盛液槽10中，使用所述的电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5控制打印平台9的高度使得光敏树脂液浸没打印平台9上表面一个层片的高度；然后利用织机上经纱线筒（图中未示）上的高强聚乙烯纱线通过引纬器（图中未示）将经纱8穿过所述光固化3D打印机3 上一排垂直方向投梭孔2，再利用织机上纬纱线筒（图中未示）上的高强聚乙烯纱线通过引纬器（图中未示）将纬纱7穿过所述光固化3D打印机3上一排水平方向投梭孔6，引出的纬纱7按照一上一下的平纹组织规律穿过经纱8从而形成相互交织的机织平纹组织结构；所述光固化3D打印机3依据模型软件设计的模型利用所述紫外光发射器1按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是所述紫外光发射器1投射到3D打印机打印平台9上的形状，不断循环重复打印工作与纱线之间的相互交叉运动，便会连续在所述打印平台9上固化叠加液态UV光敏树脂和交织的纱线，使得交织的纱线在未固化的液态UV光敏树脂中连续分布；其中每打印一层切片便使用所述的电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置5下降来保证打印平台上只有一层切片厚度的液态UV光敏树脂。所述的打印工作与纱线之间的上下相互交叉运动的循环重复进行的方法为：在3D打印工作的间歇完成经纬纱的上下相互交叉运动。
由于本实施例中当紫外光发射器1向打印平台9投射光影时耐强光照射的高强聚乙烯经纱8会挡住一部分投射过来的光影，这将会导致一部分液态UV光敏树脂难以得到光照而无法固化，因此采用4面光滑的平面镜4，将一部分光反射在打印平台9，从而保证液态UV光敏树脂完全被照射而完成固化，同时也利用了光照固化的间歇期来完成经纬纱之间的上下相互交叉运动，使得纱线在未固化的光敏树脂中能均匀分布。
本实施例的一种结合机织平纹组织结构的复合材料快速成型生产装置及制备方法，利用光固化（SLA）成型方式的3D打印机结合机织平纹结构把高强力纱线分散到未固化的光敏树脂中。该方法有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得成型件的力学性能得到较好的增强；在不影响光固化3D打印机的正常工作的同时还充分利用了3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求；还提高了产品力学性能，相比于传统的复合材料加工方法，缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本实施例充分利用了高强纱线的优良性能，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力的特点，极大的丰富了3D打印技术的适用范围，突破了3D打印技术在医用、航空航天等领域无法使用的局限，具有很大的现实意义。
Claims (5)
1.一种复合材料快速成型生产装置，包括织机机架，其特征在于：所述的织机机架上从上到下依次安装有紫外光发射器(1)、光固化3D打印机(3)；所述的光固化3D打印机(3)内底面为盛液槽(10)；所述的光固化3D打印机(3)左、右内壁的上方相同高度分别开设有一排水平方向投梭孔(6)；所述的光固化3D打印机(3)前、后内壁面的上方相同高度分别开设有一排垂直方向投梭孔(2)；且所述的水平方的投梭孔(6)和垂直方向投梭孔(2)分别与织机上纬纱线筒上的纬纱和经纱线筒上的经纱通过的引纬器位于同一高度；所述的水平方向投梭孔(6)和垂直方向投梭孔(2)下方的盛液槽(10)内底面安装有利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置(5)，所述的利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置(5)上安装有打印平台(9)，且所述的打印平台(9)也位于水平方向投梭孔(8)和垂直方向投梭孔(2)下方；所述的光固化3D打印机(3)顶部四周内侧壁面上分别安装有1个平面镜(4)。
2.一种如权利要求1所述的复合材料快速成型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先将光敏树脂放入所述光固化3D打印机(3)的盛液槽(10)中，使用所述利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置(5)控制打印平台(9)的高度使得光敏树脂液浸没打印平台(9)上表面一个层片的高度；分别利用织机上纬纱线筒上的纬纱(7)通过的引纬器和经纱线筒上的经纱(8)通过的引纬器引出纬纱和经纱，且分别穿过所述光固化3D打印机(3)上的一排水平方向投梭孔(6)和一排垂直方向投梭孔(2)，引出的纬纱(7)和经纱(8)相互交叉，形成机织平纹组织结构；所述光固化3D打印机(3)依据模型软件设计的模型利用紫外光发射器(1)按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是所述紫外光发射器(1)投射到3D打印机打印平台(9)上的形状，不断循环重复打印工作与经纬纱之间的上下相互交叉运动，从而便会连续在所述打印平台(9)上固化叠加光敏树脂和交织的经纬纱，使得交织的经纬纱在未固化的光敏树脂中连续分布；其中每打印一层切片便使用所述利用电动马达和螺纹杆制造而成的升降装置(5)下降来保证打印平台(9)上只有一层切片厚度的液态光敏树脂。
3.如权利要求2所述的一种复合材料快速成型制备方法，其特征在于，所述的打印工作与经纬纱之间上下相互交叉运动循环重复的方法为：在3D打印工作的间歇完成经纬纱之间上下相互交叉运动。
4.如权利要求2所述的一种复合材料快速成型制备方法，其特征在于，所述的经纱(8)和纬纱(7)均采用耐强光照射的玻璃纤维或高强度聚乙烯。
5.如权利要求2所述的一种复合材料快速成型制备方法，其特征在于，所述的光敏树脂采用UV光敏树脂。
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|---|---|---|---|---|
| WO2023093619A1 (zh) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 浙江大学 | 一种3d编织打印一体化结构建造设备 |
Citations (1)
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| CN106938540A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-11 | 浙江理工大学 | 结合三维立体结构的光固化3d打印生产装置及制备方法 |
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- 2017-09-12 CN CN201710816947.3A patent/CN107553934A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180109 |