CN113699599B - 一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及近场熔融静电纺丝直写技术领域，具体涉及一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置，通过设置Y轴水平运动平台、X轴水平运动平台、X轴旋转平台、Z轴旋转绝缘平台的设置，使得零件接收板最终可以在X、Y轴水平运动，X、Z轴的旋转，具有4个自由度，能够灵活调整被制备零件的姿态，配合一个在垂直方向可以旋转的3自由度机械臂，用于调节静电纺丝喷头在垂直平面的姿态。本发明在静电纺丝过程中能够将支撑零件的3D模型按一个平面裁剪成更小的部分，每一个被分割的部分在分割他的标准面的法线方向上打印时是自支撑的，分割时顺序进行后续加工，最终通过前一个分割部分为基底的连续无支撑静电纺丝直写，打印出完整的零件，无需添加额外的支撑物，提高了生产效率。

Description

一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置

技术领域

本发明专利涉及近场熔融静电纺丝直写技术领域，具体涉及一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置。

背景技术

静电纺丝是一种新型的微纳米制造技术，目前的静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔融静电纺丝两类，因熔融静电纺丝诞生较晚、设备比溶液静电纺丝复杂、需要控制的参数比溶液静电纺丝要多，导致该方法研究和关注的人相对较少，但是熔融静电纺丝不需要溶剂，比溶液静电纺丝环境友好、成本极低、效率高、有很强的工业化前景，因此熔融静电纺丝在未来具有极大的发展潜力。

近场静电纺丝直写是通过挤出装置来调节从注射喷头挤出的聚合物熔体的流速，并利用高压电源驱动带电的熔体射流，在可预测的沉积位置进行堆叠。从而使得有序分布的微米级纤维收集在接收装置上，因目前纺丝纤维在空间第三维的可控性普遍不高因此制备的零件结构都相对简单，但随着技术的发展，静电纺丝必然会进行越来越复杂零件的结构加工，对于复杂结构随着其分层沉积的特点决定了在制造过程中必然会出现具有悬空结构的部分堆叠，面对悬空结构一般会选择使用一定的支撑材料作为支撑，否则产品材料没有足够强度的支撑，悬空时无法逐层堆叠打印，但是对于静电纺丝来讲，制造的是微纳级的零件，如果使用支撑材料来进行支撑以及后续支撑材料的去除是一件相当困难的事情，会花费很多的人力、物力、时间。

现有技术中例如CN109137265A、CN108068308A专利中虽然提出了带机械臂的多自由度静电纺丝装置，但这些专利方案为了保证最终打印成型都需要添加对应的支撑模具，且他们使用的是溶液静电纺丝材料，材料非常昂贵、在溶液静电纺丝的制备过程中大量有机溶剂的挥发很容易产生环境污染。

发明内容

为了解决上述熔融静电纺丝方面的问题，需要提供一种无需支撑的熔融近场静电纺丝直写打印装置，用于解决现有静电纺丝制造微纳级的零件时需要支撑材料来进行支撑的技术问题，从而避免了后续支撑材料的去除难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置，包括机架、Y轴水平运动电机、Y轴联轴器、Y轴精密滚珠丝杆、Y轴运动平台、X轴精密滚珠丝杆、X轴联轴器、X轴水平运动电机、X轴水平运动平台、X轴旋转平台、X轴旋转电机、Z轴旋转绝缘平台、Z轴旋转电机、零件接收板、机械臂和静电纺丝喷嘴，

所述Y轴水平运动电机和Y轴精密滚珠丝杆设置在机架上，Y轴水平运动电机与Y轴精密滚珠丝杆通过Y轴联轴器相互联接，Y轴运动平台沿Y方向水平滑动设置在机架上，所述Y轴运动平台滑动安装在Y轴精密滚珠丝杆上，

所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机设置在Y轴运动平台上，所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机通过X轴联轴器相互联接，X轴水平运动平台沿X方向水平滑动安装在X轴精密滚珠丝杆上，

所述X轴旋转平台由X轴旋转电机带动并设置在X轴水平运动平台上，

所述Z轴旋转绝缘平台由Z轴旋转电机带动并设置在X轴旋转平台上，所述零件接收板设置在Z轴旋转绝缘平台上，

所述机械臂设置在机架上，所述静电纺丝喷嘴设置在机械臂末端，由机械臂带动并活动设置于零件接收板的相对位置。

进一步的，所述机械臂包括安装支架、机械臂一臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂的喷头夹具、机械臂一臂和机械臂二臂，所述安装支架固定于机架上，所述机械臂一臂和机械臂一臂旋转电机设置于安装支架上，且机械臂一臂由机械臂一臂旋转电机带动旋转，机械臂二臂和机械臂二臂旋转电机设置在机械臂一臂上，机械臂二臂由机械臂二臂旋转电机带动旋转，机械臂喷头夹具设置在机械臂二臂末端，所述静电纺丝喷嘴被夹设于机械臂喷头夹具上。本发明由机械臂一臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机、机械臂二臂旋转电机组合能够精准控制机械臂的三个旋转关节，由机械臂的喷头夹具、机械臂一臂、机械臂二臂共同组成一个在垂直方向可以旋转的3自由度机械臂，用于调节静电纺丝喷头在垂直平面的姿态。

本实例，在静电纺丝直写的稳定过程中，纤维丝沉积的方向由电场力的方向决定，在静电纺丝直写的过程中，通过3自由度的机械臂控制静电纺丝喷嘴和零件接收板的相对角度和距离，让电场力方向和零件接收板的法线方向始终重合，使得纤维丝沉积的方向就是零件的法线方向，同时控制喷嘴和零件接收板的相对距离在1mm-5mm之间，保证静电纺丝在工作过程中始终处于直写状态。

进一步的，所述机架两侧边沿Y轴方向对称设有滑动导轨，所述Y轴运动平台底部两侧相对设有导槽，Y轴运动平台和机架通过滑动导轨与导槽配合实现沿Y方向水平滑动。通过设置导轨和导槽，能够保持Y轴运动平台的水平方向的平衡性和稳定性，Y轴运动平台中部套设在Y轴精密滚珠丝杆，在Y轴水平运动电机带动下，Y轴运动平台能够沿Y轴方向水平平稳地移动，从而保证了其上方设置的X轴运动结构的平稳性。

进一步的，X轴水平运动平台为U字形平台，所述U字形平台底部沿X方向水平滑动套设在X轴精密滚珠丝杆上，所述U字形平台两侧边设有连接孔，所述X轴旋转平台转动橫设在U字形平台两侧的连接孔内，所述X轴旋转电机设置在U字形平台一侧边且其输出端通过一连接孔与X轴旋转平台连接，并带动所述X轴旋转平台以X轴为对称轴转动，并调整零件接收板的角度，使得其上复杂悬空零件的重力和零件接收板法向线的倾角小于零件的最大自由支撑角。

本发明通过这种结构设置和角度灵活控制，使得该X轴旋转平台在X轴旋转电机的带动下能够围绕X轴转动，从而调节设置在X轴旋转平台上的Z轴旋转绝缘平台的角度，进而调整零件接收板的角度，使得复杂悬空零件的重力和零件接收板法向线的倾角始终小于零件的最大自由支撑角，实现无需支架支撑的微纳级复合零件的制备。

更进一步的，Z轴旋转绝缘平台设置在X轴旋转平台上方，所述Z轴旋转电机设置在X轴旋转平台下方并穿过该X轴旋转平台，Z轴旋转电机输出端与Z轴旋转绝缘平台连接，带动Z轴旋转绝缘平台360°旋转。

进一步的，还包括送料管、纺丝材料盒、送料电机、加热块、加热棒和喷嘴绝缘套，所述送料电机设置在机架上，送料管连通纺丝材料盒和静电纺丝喷嘴，送料管在送料电机带动下将纺丝材料盒内的材料输送至静电纺丝喷嘴内，加热块设置在所述静电纺丝喷嘴与送料管端部之间，加热块内嵌设有加热棒，所述静电纺丝喷嘴外还设有喷嘴绝缘套。

更进一步的，所述零件接收板连接高压直流电源的地，所述静电纺丝喷嘴连接高压直流电源的正极，零件接收板和静电纺丝喷嘴之间产生高压压差，经送料电机把固体的熔融材料通过送料管送到机械臂头部的加热模块，加热棒和加热块可以把固体的熔融材料变成液态，在压差的作用下将熔融的静电纺丝材料液滴拉伸产生纤维射流，在送料电机的推动下纤维射流喷出喷头进入空气中逐步固化，在电场力的作用下朝电势低的零件接收板移动，随着零件接收板和静电纺丝喷头不断的姿态调整，最终在零件接收板上层层堆积，构成所需零件。

进一步的，所述 X精密滚珠丝杆、Y精密滚珠丝杆的运动精度高于0.005mm。

进一步的，所述喷嘴绝缘套是采用导热系数大于20W/M.K的材料制作而成。例如陶瓷氧化铝。

进一步的，所述X轴水平运动电机、Y轴水平运动电机、X轴旋转运动电机、机械臂一臂旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机均采用伺服电机。

进一步的，所述高压直流电压采用3—20KV。

进一步的，熔融静电纺丝制造材料为PLA、PP、PE、PET等高聚物材料的一种。

进一步的，静电纺丝喷嘴的喷口直径为0.1mm-1mm之间，不同尺寸的多种喷头，满足各种打印结构的需要。

区别于现有技术，上述技术方案具有以下有益效果：

（1）本发明通过复杂微小三维结构的无支撑熔融近场静电纺丝制造装置中高自由度的静电纺丝喷头和零件接收板，可以使用目前市场上大部分的固体熔融静电纺丝材料，通过装置的多自由度来进行静电纺丝喷头和零件接收板之间姿态的位置调节，保证零件接收板和静电纺丝喷头的距离不变（保证电场的稳定），同时使复杂悬空零件和零件接收板法线的倾角始终小于零件的最大自支撑角，实现无需支架支撑的微纳级复杂零件的制备。

（2）本发明通过设置Y轴水平运动平台、X轴水平运动平台、X轴旋转平台、Z轴旋转绝缘平台的设置，使得零件接收板固定在Z轴旋转绝缘平台上，并最终可以在X、Y轴水平运动，X、Z轴的旋转，具有4个自由度，能够灵活调整被制备零件的姿态，同时配合一个在垂直方向可以旋转的3自由度机械臂，用于调节静电纺丝喷头在垂直平面的姿态，本发明的结构在使用过程中，静电纺丝过程中需要支撑零件的3D模型按一个平面（我们称为标准面）裁剪成更小的部分，每一个被分割的部分在分割他的标准面的法线方向上打印时是自支撑的，且这些被分割出来的部分是连续的，我们按照分割时连续的顺序进行后续的加工，最终通过以前一个分割部分为基底的连续无支撑静电纺丝直写，打印出完整的零件。

（3）本发明在打印每个被分割部分的时候，把零件接收板的姿态通过X轴旋转平台和Z轴旋转绝缘平台调整到和标准面平行的位置，使被分割的零件部分在零件接收板（标准面）的法线方向上打印时是自支撑的，使得该部分的静电纺丝直写堆积可以完成，而不添加任何支撑。零件接收板角度调整完成后通过X轴水平运动平台和Y轴水平运动平台来控制零件的X轴方向、Y轴方向的直写移动，用机械臂来控制垂直平面Z轴方向的直写移动，从而实现零件接收板多自由度的灵活性。

（4）本发明在静电纺丝直写的稳定过程中，纤维丝沉积的方向由电场力的方向决定，通过多自由度控制静电纺丝喷嘴和零件接收板的相对角度，让电场力方向和零件接收板的法线方向始终重合，使得纤维丝沉积的方向就是零件接收板法线的方向。因为纤维丝直径是微纳级别的，所以在稳定直写过程中忽略重力的影响。从而能够实现无需支撑的微纳级的零件自由精准打印。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图。

图2为本发明实施例的侧视图。

图3为本发明实施例的局部放大图。

图4为本发明实施例静电纺丝过程中的局部状态示意图。

附图标记说明：

1、送料管；2、加热块；3、静电纺丝喷嘴；4、加热棒；5、喷嘴绝缘套；6、高压直流电源正级；7、零件接收板；8、X轴旋转电机；9、X轴旋转平台；10、X轴精密滚珠丝杆；11、X轴联轴器；12、X轴水平运动电机；13、Z轴旋转绝缘平台；14、Y轴水平运动平台； 15、Y轴水平运动电机；16、Y轴联轴器；17、Y轴精密滚珠丝杆；18、Z轴旋转电机；19、X轴水平运动平台；20、机架；21、纺丝材料盒；22、送料电机；23、机械臂一臂旋转电机；24、机械臂二臂旋转电机；25、机械臂喷头旋转电机；26、机械臂一臂；27、机械臂二臂；28、机械臂的喷头夹具 29、高压电源；30、高压电源地；31、滑动导轨；32、导槽；33、复杂悬空零件。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1、图2和图3，本实施例一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置，包括机架20、Y轴水平运动电机15、Y轴联轴器16、Y轴精密滚珠丝杆17、Y轴水平运动平台14、X轴精密滚珠丝杆10、X轴联轴器11、X轴水平运动电机12、X轴水平运动平台19、X轴旋转平台9、X轴旋转电机8、Z轴旋转绝缘平台13、Z轴旋转电机18、零件接收板7、机械臂和静电纺丝喷嘴3，

所述Y轴水平运动电机15和Y轴精密滚珠丝杆17设置在机架20上，Y轴水平运动电机15与Y轴精密滚珠丝杆17通过Y轴联轴器16相互联接，Y轴运动平台沿Y方向水平滑动设置在机架20上，所述Y轴运动平台滑动安装在Y轴精密滚珠丝杆17上，

所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机设置在Y轴运动平台上，所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机通过X轴联轴器相互联接，X轴水平运动平台19沿X方向水平滑动安装在X轴精密滚珠丝杆上，

所述X轴旋转平台由X轴旋转电机带动并设置在X轴水平运动平台19上，

所述Z轴旋转绝缘平台由Z轴旋转电机18带动并设置在X轴旋转平台上，所述零件接收板设置在Z轴旋转绝缘平台上，

所述机械臂设置在机架20上，所述静电纺丝喷嘴3设置在机械臂末端，由机械臂带动并活动设置于零件接收板的相对位置。静电纺丝喷嘴3的喷口直径为0.1mm-1mm之间，不同尺寸的多种喷头，满足各种打印结构的需要。

所述 X精密滚珠丝杆、Y精密滚珠丝杆的运动精度高于0.005mm。

所述机械臂包括安装支架、机械臂一臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂的喷头夹具、机械臂一臂和机械臂二臂，所述安装支架固定于机架20上，所述机械臂一臂和机械臂一臂旋转电机设置于安装支架上，且机械臂一臂由机械臂一臂旋转电机带动旋转，机械臂二臂和机械臂二臂旋转电机设置在机械臂一臂上，机械臂二臂由机械臂二臂旋转电机带动旋转，机械臂喷头夹具设置在机械臂二臂末端，所述静电纺丝喷嘴3被夹设于机械臂喷头夹具上。本发明由机械臂一臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机、机械臂二臂旋转电机组合能够精准控制机械臂的三个旋转关节，由机械臂的喷头夹具、机械臂一臂、机械臂二臂共同组成一个在垂直方向可以旋转的3自由度机械臂，用于调节静电纺丝喷头在垂直平面的姿态。

本实施例中，所述机架20两侧边沿Y轴方向对称设有滑动导轨31，所述Y轴运动平台底部两侧相对设有导槽32，Y轴运动平台和机架20通过滑动导轨与导槽配合实现沿Y方向水平滑动。通过设置导轨和导槽，能够保持Y轴运动平台的水平方向的平衡性和稳定性，Y轴运动平台中部套设在Y轴精密滚珠丝杆17，在Y轴水平运动电机15带动下，Y轴运动平台能够沿Y轴方向水平平稳地移动，从而保证了其上方设置的X轴运动结构的平稳性。

本实施例中，X轴水平运动平台19为U字形平台，所述U字形平台底部沿X方向水平滑动套设在X轴精密滚珠丝杆上，所述U字形平台两侧边设有连接孔，所述X轴旋转平台转动橫设在U字形平台两侧的连接孔内，所述X轴旋转电机设置在U字形平台一侧边且其输出端通过一连接孔与X轴旋转平台连接，并带动所述X轴旋转平台以X轴为对称轴转动，并调整零件接收板的角度，使得其上复杂悬空零件的重力G和零件接收板法向线的倾角α，小于零件的最大自由支撑角。

本发明通过设置Y轴水平运动平台14、X轴水平运动平台19、X轴旋转平台、Z轴旋转绝缘平台的设置，使得零件接收板固定在Z轴旋转绝缘平台上，并最终可以在X、Y轴水平运动，X、Z轴的旋转，具有4个自由度，能够灵活调整被制备零件的姿态，同时配合一个在垂直方向可以旋转的3自由度机械臂，用于调节静电纺丝喷头在垂直平面的姿态。本发明通过这种结构设置和角度灵活控制，使得该X轴旋转平台在X轴旋转电机的带动下能够围绕X轴转动，从而调节设置在X轴旋转平台上的Z轴旋转绝缘平台的角度。

参考图4所示，本实施例在静电纺丝直写的稳定过程中，纤维丝沉积的方向由电场力E的方向决定，在静电纺丝直写的过程中，通过3自由度的机械臂控制静电纺丝喷嘴3和零件接收板7的相对角度和距离，让电场力E方向和零件接收板7的法线方向始终重合，使得纤维丝沉积的方向就是复杂悬空零件33的法线方向，进而调整零件接收板的角度，使得复杂悬空零件的重力G和零件接收板法向线的倾角α，使之始终小于零件的最大自由支撑角（45°），同时控制喷嘴3和零件接收板7的相对距离在1mm-5mm之间，保证静电纺丝在工作过程中始终处于直写状态，实现无需支架支撑的微纳级复合零件的制备。

本实施例中，Z轴旋转绝缘平台设置在X轴旋转平台上方，所述Z轴旋转电机18设置在X轴旋转平台下方并穿过该X轴旋转平台，Z轴旋转电机18输出端与Z轴旋转绝缘平台连接，带动Z轴旋转绝缘平台360°旋转。

所述X轴水平运动电机、Y轴水平运动电机15、X轴旋转运动电机、机械臂一臂旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机均采用伺服电机。

本实施例中，还包括送料管1、纺丝材料盒、送料电机、加热块2、加热棒4和喷嘴绝缘套5，所述送料电机设置在机架20上，送料管1连通纺丝材料盒和静电纺丝喷嘴3，送料管1在送料电机带动下将纺丝材料盒内的材料输送至静电纺丝喷嘴3内，加热块2设置在所述静电纺丝喷嘴3与送料管1端部之间，加热块2内嵌设有加热棒4，所述静电纺丝喷嘴3外还设有喷嘴绝缘套5。所述喷嘴绝缘套5是采用导热系数大于20W/M.K的材料制作而成。例如陶瓷氧化铝。

本实施例中，所述零件接收板连接高压直流电源的地，所述静电纺丝喷嘴3连接高压直流电源的正极，所述高压直流电压采用3—20KV。零件接收板和静电纺丝喷嘴3之间产生高压压差，经送料电机把固体的熔融材料通过送料管1送到机械臂头部的加热模块，加热棒4和加热块2可以把固体的熔融材料变成液态，在压差的作用下将熔融的静电纺丝材料液滴拉伸产生纤维射流，在送料电机的推动下纤维射流喷出喷头进入空气中逐步固化，在电场力的作用下朝电势低的零件接收板移动，随着零件接收板和静电纺丝喷头不断的姿态调整，最终在零件接收板上层层堆积，构成所需零件。熔融静电纺丝制造材料为PLA、PP、PE、PET等高聚物材料的一种。

本实施例的使用过程如下：

Y轴水平运动电机15和Y轴精密滚珠丝杆17固定在机架20上，通过Y轴联轴器16相互联接，通过Y轴水平运动电机15的旋转来带动Y轴精密滚珠丝杆17的运动，使得Y轴运动平台14可以在Y方向水平运动，X轴水平运动电机12和X轴精密滚珠丝杆10固定在Y轴运动平台14上，可以跟随Y轴在Y方向水平运动，两者通过X轴联轴器11相互联接，通过X轴水平运动电机12的旋转来带动X轴精密滚珠丝杆10的运动，使得X轴水平运动平台19可以在X方向水平运动，X轴旋转电机8和X轴旋转平台9固定在X轴水平运动平台19上，可以跟随X、Y运动平台在X、Y方向水平运动，Z轴旋转绝缘平台13由Z轴旋转电机18带动并固定在X轴旋转平台9上，可以进行360°的旋转，零件接收板7固定在Z轴旋转绝缘平台13上，并最终可以在X、Y轴水平运动，X、Z轴的旋转，零件接收板7连接高压直流电源的地30，机械臂末端的静电纺丝喷嘴3接高压直流电源20kv，使零件接收板7和静电纺丝喷嘴3之间产生20kv得压差，经送料电机22把PLA材料通过送料管1送到机械臂头部的加热块2，加热棒4和加热块2加热到200℃把固体的PLA材料变成液态，在压差的作用下将熔融的静电纺丝材料液滴拉伸产生纤维射流，在送料电机22的推动下纤维射流喷出喷头进入空气中逐步固化，并朝电势低的零件接收板移动，随着零件接收板7和静电纺丝喷头3不断的姿态调整，最终在零件接收板上层层堆积，构成所需零件。

所述静电纺丝过程中需要支撑零件的3D模型按一个平面（我们称为标准面）裁剪成更小的部分，每一个被分割的部分在分割他的标准面的法线方向上打印时是自支撑的，且这些被分割出来的部分是连续的，我们按照分割时连续的顺序进行后续的加工，最终通过以前一个分割部分为基底的连续无支撑静电纺丝直写，打印出完整的零件，

所述通过零件接收板多自由度的灵活性，我们在打印每个被分割部分的时候，把零件接收板的姿态通过X轴旋转平台和Z轴旋转绝缘平台调整到和标准面平行的位置，使被分割的零件部分在零件接收板的法线方向上打印时是自支撑的，使得该部分的静电纺丝直写堆积可以完成，而不添加任何支撑。零件接收板角度调整完成后通过X轴水平运动平台19和Y轴水平运动平台14来控制零件的X轴方向、Y轴方向的直写移动，用机械臂来控制垂直平面Z轴方向的直写移动。

在静电纺丝直写的稳定过程中，纤维丝沉积的方向由电场力的方向决定，我们在静电纺丝直写的过程中，通过多自由度控制静电纺丝喷嘴3和零件接收板的相对角度，让电场力E的方向和零件接收板的法线方向始终重合，使得纤维丝沉积的方向就是零件接收板法线的方向。

所述零件接收板连接高压直流电源的地，机械臂末端的静电纺丝喷嘴3接高压直流电源的正级，使零件接收板和静电纺丝喷嘴3之间产生高压压差，经送料电机把固体的熔融材料通过送料管1送到机械臂头部的加热模块，加热棒4和加热块2可以把固体的熔融材料变成液态，在压差的作用下将熔融的静电纺丝材料液滴拉伸产生纤维射流，在送料电机的推动下纤维射流喷出喷头进入空气中逐步固化，并朝电势低的零件接收板移动，随着零件接收板和静电纺丝喷头不断的姿态调整，最终在零件接收板上层层堆积，构成所需零件。

本实施例通过多自由度来进行静电纺丝喷头和零件接收板之间姿态的位置调节，使被打印的复杂悬空零件33的重力G和零件接收板7法线的倾角α始终小于零件的最大自由支撑角（45°），实现无需支架支撑的微纳级复杂零件的制备，节省了在制造过程中的人力、物力、时间成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置，其特征在于：包括机架、Y轴水平运动电机、Y轴联轴器、Y轴精密滚珠丝杆、Y轴运动平台、X轴精密滚珠丝杆、X轴联轴器、X轴水平运动电机、X轴水平运动平台、X轴旋转平台、X轴旋转电机、Z轴旋转绝缘平台、Z轴旋转电机、零件接收板、机械臂和静电纺丝喷嘴，

所述Y轴水平运动电机和Y轴精密滚珠丝杆设置在机架上，Y轴水平运动电机与Y轴精密滚珠丝杆通过Y轴联轴器相互联接，Y轴运动平台沿Y方向水平滑动设置在机架上，所述Y轴运动平台滑动安装在Y轴精密滚珠丝杆上，

所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机设置在Y轴运动平台上，所述X轴精密滚珠丝杆和X轴水平运动电机通过X轴联轴器相互联接，X轴水平运动平台沿X方向水平滑动安装在X轴精密滚珠丝杆上，

所述X轴旋转平台由X轴旋转电机带动并设置在X轴水平运动平台上，

所述Z轴旋转绝缘平台由Z轴旋转电机带动并设置在X轴旋转平台上，所述零件接收板设置在Z轴旋转绝缘平台上，

所述机械臂设置在机架上，所述静电纺丝喷嘴设置在机械臂末端，由机械臂带动并活动设置于零件接收板的相对位置，

X轴水平运动平台为U字形平台，所述U字形平台底部沿X方向水平滑动套设在X轴精密滚珠丝杆上，所述U字形平台两侧边设有连接孔，所述X轴旋转平台转动橫设在U字形平台两侧的连接孔内，所述X轴旋转电机设置在U字形平台一侧边且其输出端通过一连接孔与X轴旋转平台连接，并带动所述X轴旋转平台以X轴为对称轴转动，并调整零件接收板的角度，使得其上复杂悬空零件和零件接收板法向线的倾角，小于零件的最大自由支撑角。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述机械臂包括安装支架、机械臂一臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂的喷头夹具、机械臂一臂和机械臂二臂，所述安装支架固定于机架上，所述机械臂一臂和机械臂一臂旋转电机设置于安装支架上，且机械臂一臂由机械臂一臂旋转电机带动旋转，机械臂二臂和机械臂二臂旋转电机设置在机械臂一臂上，机械臂二臂由机械臂二臂旋转电机带动旋转，机械臂喷头夹具设置在机械臂二臂末端，所述静电纺丝喷嘴被夹设于机械臂喷头夹具上。

3.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述机架两侧边沿Y轴方向对称设有滑动导轨，所述Y轴运动平台底部两侧相对设有导槽，Y轴运动平台和机架通过滑动导轨与导槽配合实现沿Y方向水平滑动。

4.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：Z轴旋转绝缘平台设置在X轴旋转平台上方，所述Z轴旋转电机设置在X轴旋转平台下方并穿过该X轴旋转平台，Z轴旋转电机输出端与Z轴旋转绝缘平台连接，带动Z轴旋转绝缘平台360°旋转。

5.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：还包括送料管、纺丝材料盒、送料电机、加热块、加热棒和喷嘴绝缘套，所述送料电机设置在机架上，送料管连通纺丝材料盒和静电纺丝喷嘴，送料管在送料电机带动下将纺丝材料盒内的材料输送至静电纺丝喷嘴内，加热块设置在所述静电纺丝喷嘴与送料管端部之间，加热块内嵌设有加热棒，所述静电纺丝喷嘴外还设有喷嘴绝缘套。

6.根据权利要求5所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述零件接收板连接高压直流电源的地，所述静电纺丝喷嘴连接高压直流电源的正极。

7.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述 X轴精密滚珠丝杆、Y轴精密滚珠丝杆的运动精度高于0.005mm。

8.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述喷嘴绝缘套是采用导热系数大于20W/M.K的材料制作而成。

9.根据权利要求1所述的静电纺丝直写装置，其特征在于：所述X轴水平运动电机、Y轴水平运动电机、X轴旋转运动电机、机械臂一臂旋转电机、机械臂二臂旋转电机、机械臂喷头旋转电机均采用伺服电机。

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