CN109553503B - 火炸药光热复合4d打印装置与成型方法 - Google Patents

火炸药光热复合4d打印装置与成型方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了火炸药光热复合4D打印装置与成型方法，用于火炸药物料的增材制造，解决成型过程中光固化不彻底热固化响应慢的问题。本申请包括基座1、托盘2、导柱Ι3、丝杠Ι4、电机Ι5、机架6、电机ΙΙ7、导柱ΙΙ8、丝杠ΙΙ9、支架10、丝杆ΙΙΙ11、电机ΙΙΙ12、导柱ΙΙΙ13、挤出电机14、料仓15、螺杆16、灯架17、紫外灯18、喷头19。电机Ι驱动丝杠Ι，机架沿Y向移动；电机ΙΙ驱动丝杠ΙΙ，支架沿X向移动；电机ΙΙΙ驱动丝杆ΙΙΙ，喷头沿Z向移动；挤出电机驱动螺杆，实现物料挤出。成型时，首先紫外光对挤出物料照射，完成预定型；其次将打印完毕样件置入温室内，实现完全固化。本申请能实现火炸药物料打印成型与完全固化，提高了火炸药产品的成型质量。

Description

火炸药光热复合4D打印装置与成型方法
技术领域
本申请属于火炸药物料成型领域，涉及一种能够对火炸药物料4D打印装置与成型方法，提高了火炸药产品的成型质量和安全性。
背景技术
当今国防工业对武器装备的能量释放可控提出了更高要求，火炸药产品的结构正在并也将变得更加复杂，为推动火炸药装药制造技术的进步，所以迫切需要一种新型的火炸药制造技术及成型方法，增材制造技术可实现复杂结构、多种材质、高质量的混合打印制造。由于火炸药物料具有极高的危险性及较高质量的要求，所以火炸药增材制造技术及成型方法应具有高的安全性和成型质量。
目前火炸药3D打印成型存在作业人员现场操作设备的情况，作业效率较低，并且危险性高，作业人员存在安全隐患；另外物料的固化方法比较单一，产品成型质量较低。通过对现有火炸药3D打印成型装置与方法进行检索，并分析其作业过程，且存在如下问题：1.3D打印成型装置的固化方法采用单一的热固化或者光固化，存在热固化时间长、光固化不彻底的问题，导致打印样件的成型质量不满足要求；2.现有的3D打印设备机械和电气的安全设计较差，并存在打印过程人员现场操作的问题，存在安全隐患。
针对现有技术存在的问题和缺陷，本申请设计了一种火炸药光热复合4D打印装置与成型方法，其具物料成型质量高的特点，能够实现打印过程的人机隔离操作，提高了火炸药产品的成型质量和安全性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，提高物料成型质量和安全性性，本申请的目的在于提供一种火炸药物料4D打印装置与成型方法，该装置具有对固液混合的物料进行安全、高质的成型能力。
为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：
本申请设计的火炸药光热复合4D打印装置，包括基座(1)、托盘(2)、导柱Ι(3)、丝杠Ι(4)、电机Ι(5)、机架(6)、电机ΙΙ(7)、导柱ΙΙ(8)、丝杠ΙΙ(9)、支架(10)、丝杆ΙΙΙ(11)、电机ΙΙΙ(12)、导柱ΙΙΙ(13)、挤出电机(14)、料仓(15)、螺杆(16)、灯架(17)、紫外灯(18)、喷头(19)。
所述运动平台系统包括基座(1)、导柱Ι(3)、丝杠Ι(4)、电机Ι(5)、机架(6)、电机ΙΙ(7)、导柱ΙΙ(8)、丝杠ΙΙ(9)、支架(10)、丝杆ΙΙΙ(11)、电机ΙΙΙ(12)、导柱ΙΙΙ(13)、挤出电机(14)、料仓(15)、螺杆(16)；丝杠Ι(4)通过螺纹与机架(6)连接，在电机Ι(5)的驱动下，机架(6)沿导柱Ι(3)实现Y向移动；丝杠ΙΙ(9)通过螺纹与支架(10)连接，在电机ΙΙ(7)的驱动下，支架(10)沿导柱ΙΙ(8)实现X向移动；丝杆ΙΙΙ(11)通过螺纹与料仓(15)连接，在电机ΙΙΙ(12)的驱动下，喷头(19)沿导柱ΙΙΙ(13)实现Z向移动；其中与丝杠Ι(4)、丝杠ΙΙ(9)、丝杆ΙΙΙ(11)配合的外螺纹、与导柱Ι(3)、导柱ΙΙ(8)、导柱ΙΙΙ(13)配合的导向套、螺杆(16)中的螺旋元件均为铍青铜材质，电气元件均满足dΙΙBT4的防爆等级，另外打印成型过程的操作为远程操作，保证成型过程的安全性。
所述喷头(19)包括柱面Ι(20)、锥面Ι(21)、锥面ΙΙ(22)、锥面ΙΙΙ(23)、柱面ΙΙ(24)、倒角Ι(25)、倒角ΙΙ(26)、倒角ΙΙΙ(27)；柱面Ι(20)的长度为9mm，内径为6mm；锥面Ι(21)通过倒角Ι(25)与柱面Ι(20)连接，锥面Ι(21)斜面长度为3mm，锥面Ι(21)的法线与喷头(19)中心线夹角为10°，倒角Ι(25)的半径为2mm；锥面ΙΙ(22)通过倒角ΙΙ(26)与锥面Ι(21)连接，锥面ΙΙ(22)斜面长度为3mm，锥面ΙΙ(22)的法线与喷头(19)中心线夹角为20°，倒角ΙΙ(26)的半径为2mm；锥面ΙΙΙ(23)通过倒角ΙΙΙ(27)与锥面ΙΙ(22)连接，锥面ΙΙΙ(23)斜面长度为3mm，锥面ΙΙΙ(23)的法线与喷头(19)中心线夹角为30°，倒角ΙΙΙ(27)的半径为2mm；柱面ΙΙ(24)的长度为1.4mm；喷头(19)的内流道构型减小火炸药物料流动的阻力，保证物料顺利挤出，较小阻力提高成型的安全性。
所述灯架(17)包括斜孔(28)、内柱面(29)；9个斜孔(28)均匀分布于喷头(19)端面上，斜孔(28)的轴线与内柱面(29)轴线夹角为49°；9个紫外灯(18)置于斜孔(28)内，其光斑聚集在喷头(19)下方6mm处，提高物料的光固化效率，实现物料的快速挤出定型。
利用上述火炸药光热复合4D打印装置的成型方法，其特征在于，包括：
步骤一：打开Cura软件，设置打印参数，层厚(0.2～0.6)mm，打印速度(10～50)mm/s，并对三维模型进行切片处理，生成G代码；
步骤二：将混合好的火炸药物料注入料仓(15)内，控制挤出电机(14)转动，排出料仓(15)、螺杆(16)和喷头(19)内空气；调整喷头(19)与托盘(2)之间的距离为6mm；
步骤三：打开紫外灯，关闭室内灯光；火炸药物料通过喷头(19)连续挤出，通过波长395um的紫外光对挤出物料进行照射，完成挤出物料的预定型；
步骤四：将打印完毕样件置入温室内，温室内的温度为65℃，实现样件的完全固化。
与现有技术相比，本申请的优点是：对复杂构型火炸药产品打印成型，能够实现打印过程的人机隔离操作，提高了火炸药产品的成型质量和安全性。该优点的实现是依靠以下几方面的技术创新：①针对火炸药物料的特殊性，采用4D打印的理念，首先采用395um的紫外光对挤出的物料进行快速预定型，然后将预定型的样件置入65℃的温室内，进行样件内外的完全固化；②与丝杠Ι(4)、丝杠ΙΙ(9)、丝杆ΙΙΙ(11)配合的外螺纹、与导柱Ι(3)、导柱ΙΙ(8)、导柱ΙΙΙ(13)配合的导向套、螺杆(16)中的螺旋元件均为铍青铜材质，避免摩擦产生火花，另外控制柜与打印装置为远程操作，电气元件均满足dΙΙBT4的防爆等级，保证成型过程的安全性。
附图说明
图1为本申请火炸药光热复合4D打印装置的安装示意图。
1、基座，2、托盘，3、导柱Ι，4、丝杠Ι，5、电机Ι，6、机架，7、电机ΙΙ，8、导柱ΙΙ，9、丝杠ΙΙ，10、支架，11、丝杆ΙΙΙ，12、电机ΙΙΙ，13、导柱ΙΙΙ，14、挤出电机，15、料仓，16、螺杆，17、灯架，18、紫外灯，19、喷头。
图2、图3为本申请火炸药光热复合4D打印装置的喷头结构示意图。
20、柱面Ι，21、锥面Ι，22、锥面ΙΙ，2、3锥面ΙΙΙ，24、柱面ΙΙ，25、倒角Ι，26、倒角ΙΙ，27、倒角ΙΙΙ。
图4、图5为本申请火炸药光热复合4D打印装置的灯架结构示意图。
28、斜孔，29、内柱面。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本申请做进一步说明。
如图1～图5所示，本申请的火炸药光热复合4D打印装置，基座(1)、托盘(2)、导柱Ι(3)、丝杠Ι(4)、电机Ι(5)、机架(6)、电机ΙΙ(7)、导柱ΙΙ(8)、丝杠ΙΙ(9)、支架(10)、丝杆ΙΙΙ(11)、电机ΙΙΙ(12)、导柱ΙΙΙ(13)、挤出电机(14)、料仓(15)、螺杆(16)、灯架(17)、紫外灯(18)、喷头(19)。打开Cura软件，设置打印参数，层厚(0.2～0.6)mm，打印速度(10～50)mm/s，并对三维模型进行切片处理，生成G代码；将混合好的火炸药物料注入料仓(15)内，控制挤出电机(14)转动，排出料仓(15)、螺杆(16)和喷头(19)内空气；调整喷头(19)与托盘(2)之间的距离为6mm；打开紫外灯，关闭室内灯光，人员离开现场进入控制室，对4D打印装置进行远程操作；火炸药物料通过喷头(19)连续挤出，通过波长395um的紫外光对挤出物料进行照射，完成挤出物料的预定型；将打印完毕样件置入温室内，温室内的温度为65℃，实现样件的完全固化。
以某火炸药的配方物料为例，采用发明的火炸药光热复合4D打印装置与成型方法对其进行打印成型，该配方为固液混合物料，重量为110g。作业开始时，将混合好的该配方物料注入料仓(15)内，操控控制面板，挤出电机(14)缓慢转动，排出料仓(15)、螺杆(16)和喷头(19)内空气；调整喷头(19)与托盘(2)之间的距离为6mm；打开Cura软件，设置打印参数，层厚0.3mm，打印速度18mm/s，并对三维模型进行切片处理，生成G代码；打开紫外灯，关闭室内灯光，人员离开现场进入控制室，对4D打印装置进行远程操作；该配方物料通过喷头(19)连续挤出，通过波长395um的紫外光对挤出物料进行照射，完成挤出物料的预定型；将打印完毕样件置入温室内，温室内的温度为65℃，实现样件的完全固化。

Claims (2)

1.火炸药光热复合4D打印装置，所述装置包括基座(1)、托盘(2)、导柱Ι(3)、丝杠Ι(4)、电机Ι(5)、机架(6)、电机ΙΙ(7)、导柱ΙΙ(8)、丝杠ΙΙ(9)、支架(10)、丝杆ΙΙΙ(11)、电机ΙΙΙ(12)、导柱ΙΙΙ(13)、挤出电机(14)、料仓(15)、螺杆(16)、喷头(19)；丝杠Ι(4)通过螺纹与机架(6)连接，在电机Ι(5)的驱动下，机架(6)沿导柱Ι(3)实现Y向移动；丝杠ΙΙ(9)通过螺纹与支架(10)连接，在电机ΙΙ(7)的驱动下，支架(10)沿导柱ΙΙ(8)实现X向移动；丝杆ΙΙΙ(11)通过螺纹与料仓(15)连接，在电机ΙΙΙ(12)的驱动下，喷头(19)沿导柱ΙΙΙ(13)实现Z向移动；挤出电机(14)与料仓(15)连接，螺杆(16)与料仓(15)连接，挤出电机(14)驱动螺杆(16)中的螺旋元件，物料在螺旋元件的推动力作用下，通过喷头(19)挤出，并在托盘(2)上堆积成型；其中与丝杠Ι(4)、丝杠ΙΙ(9)、丝杆ΙΙΙ(11)配合的外螺纹、与导柱Ι(3)、导柱ΙΙ(8)、导柱ΙΙΙ(13)配合的导向套、螺杆(16)中的螺旋元件均为铍青铜材质，另外打印成型过程的操作为远程操作，保证成型过程的安全性；
其特征在于：该装置采用4D打印的理念，首先采用395um的紫外光对挤出的物料进行快速预定型，然后将预定型的样件置入65℃的温室内，进行样件内外的完全固化；
所述装置还包括灯架(17)和紫外灯(18)，所述灯架(17)包括斜孔(28)、内柱面(29)；9个斜孔(28)均匀分布于喷头(19)端面上，斜孔(28)的轴线与内柱面(29)轴线夹角为49°；9个所述紫外灯(18)置于斜孔(28)内，其光斑聚集在喷头(19)下方6mm处，提高物料的光固化效率，实现物料的快速挤出定型；
所述喷头(19)包括柱面Ι(20)、锥面Ι(21)、锥面ΙΙ(22)、锥面ΙΙΙ(23)、柱面ΙΙ(24)、倒角Ι(25)、倒角ΙΙ(26)、倒角ΙΙΙ(27)；柱面Ι(20)的长度为9mm，内径为6mm；锥面Ι(21)通过倒角Ι(25)与柱面Ι(20)连接，锥面Ι(21)斜面长度为3mm，锥面Ι(21)的法线与喷头(19)中心线夹角为10°，倒角Ι(25)的半径为2mm；锥面ΙΙ(22)通过倒角ΙΙ(26)与锥面Ι(21)连接，锥面ΙΙ(22)斜面长度为3mm，锥面ΙΙ(22)的法线与喷头(19)中心线夹角为20°，倒角ΙΙ(26)的半径为2mm；锥面ΙΙΙ(23)通过倒角ΙΙΙ(27)与锥面ΙΙ(22)连接，锥面ΙΙΙ(23)斜面长度为3mm，锥面ΙΙΙ(23)的法线与喷头(19)中心线夹角为30°，倒角ΙΙΙ(27)的半径为2mm；柱面ΙΙ(24)的长度为1.4mm；喷头(19)的内流道构型减小火炸药物料流动的阻力，保证物料顺利挤出，较小阻力提高成型的安全性。
2.根据权利要求1所述的火炸药光热复合4D打印装置的成型方法，其特征在于，包括：
步骤一：打开Cura软件，设置打印参数，层厚(0.2～0.6)mm，打印速度(10～50)mm/s，并对三维模型进行切片处理，生成G代码；
步骤二：将混合好的火炸药物料注入料仓(15)内，控制挤出电机(14)转动，排出料仓(15)、螺杆(16)和喷头(19)内空气；调整喷头(19)与托盘(2)之间的距离为6mm；
步骤三：打开紫外灯，关闭室内灯光；火炸药物料通过喷头(19)连续挤出，通过波长395um的紫外光对挤出物料进行照射，完成挤出物料的预定型；
步骤四：将打印完毕样件置入温室内，温室内的温度为65℃，实现样件的完全固化。
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