CN204607867U - 一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置。它包括机架、三维运动平台、石墨送粉器、供气单元、气体控制单元、运动机构控制单元，其中石墨送粉器、三维运动平台、气体控制单元和运动机构控制单元分别安置在机架的顶端、中部和底部，供气单元则沿着机架外围顺序布置。通过三维运动平台将喷头移到打印区域，然后利用高压、高速气流将石墨粉体喷射到事先准备的基材上，获得微喷射打印的特征点，由点连成线，进而形成整个石墨元器件。三维运动平台、石墨送粉器、运动机构控制单元、气体控制单元有序地组装在一起，能够实现对石墨粉体微喷射精确打印成型，为复杂石墨元器件成形提供装备，同时结构紧凑、成形精度高、易操作。

Description

一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置

技术领域

本实用新型涉及装备制造领域，确切的说涉及一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置。

背景技术

石墨具有较高的比表积和良好的导电、导热性能，在电子元器件、复合材料、场发射材料等领域得以广泛运用。然而，石墨粉末本身的片状结构以及其质轻、易破碎和团聚的特性，使石墨粉末难以成型，特别是石墨器件制造难度极大，这限制了石墨的工程实际应用范围。目前，主要采取混料成形方法制备石墨板材，石墨板材的成形制造工艺主要分为混料和成形两个环节，混料和成形效果的好坏直接影响涂层性能及其稳定性。其中混料工艺方法有干混和湿混两种，干混就是将石墨粉末与有机物通过直接混合或者熔融混合的方式混合在一起，其主要缺点就是石墨粉末容易团聚且混合不均匀、耗时较长；湿混就是将石墨粉末混入有机溶剂中制成相应的涂料，混料工艺过程复杂，这种方法的主要缺点就是溶剂比较容易挥发，对环境污染大、且耗时耗能，成本高昂。而成形工艺又分为共挤挤压法和流延成型法，这两种方法均对成形浆料的流动性能有着特殊要求，即流动性要好。可见现阶段对于以石墨粉末来制造石墨板材或者复杂石墨器件均存在着难以成型，工艺比较复杂、成本高等问题，并没有非常理想的工艺方法与装备。

微喷射打印是一种利用空气动力学原理实现纳米/微米级材料的精确沉积成型技术，通常是将待成型的材料经过相应的前处理后，利用打印机将其直接喷射打印到载体上，成型体的形状和尺寸由计算机控制。它可用于块体材料成型，更适合于薄膜材料成型。例如：以色列Objet公司于2000年初推出的PolyJet聚合物喷射专利技术，其成型原理与3DP有点类似，不过喷射的不是粘合剂而是聚合成型材料，PolyJet技术也是当前最为先进的3D打印技术之一。

随着技术的日益进步，微喷射打印的材料也变得更加多样化，例如基于冷喷涂原理的微喷射打印成形，其具有喷涂效率高、速度快、形成涂层强度高等优点。其基本原理是高压气体通过缩放喷管Laval喷管产生超音速（300-1200 m/s）流动，超细固体粉末粒子从轴线方向送入气流中，粉末粒子（1-50μm）被高速气流加速，以完全固体状态撞击基体表面，通过较大的塑性变形使得粉末粒子沉积在基体上并形成涂层。

基于上述基本原理，研究人员也开发出了相应的打印设备。例如专利号CN00253384.7公布了一种超音速冷喷涂装置。主要包括本体、缩放喷管、混合器等部件组成，借助高压常温空气为动力来完成材料表面的改性，结构较为简单。这种装置可以一定程度上实现特殊涂层的制备，例如铜、钛、铝等金属颗粒，但是，同时也存在着只能针对流动性较好的粉体颗粒而且不能实现喷射打印量和喷射打印范围的精确控制。显然现有的设备很难满足石墨粉末的微喷射打印，因此，有必要开发一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的微喷射打印装置只能针对流动性较好的粉体颗粒而且不能实现喷涂量和喷涂范围的精确控制等缺点，提供一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，它包括机架，石墨送粉器设置在机架的顶端，三维运动平台设置在机架的中部，气体控制单元和运动机构控制单元设置在机架的底部，供气单元沿着机架外围顺序布置。

所述供气单元包括气源，气管和气源相连，气管上依次连接有电磁阀、调压阀、流量调节阀、流量计和压力表，打印喷头连接在气管末端。

所述的气源为氮气、氦气的高压气瓶。

所述的三维运动平台的X/Y/Z三个方向的运动范围分别控制在0-245mm、0-300mm、0-150mm。

本实用新型有如下有益效果：

(1)所述的一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，石墨送粉器、三维运动平台、气体控制单元单元和运动机构控制单元分别安置在机架的顶端、中部和底部，供气单元则沿着机架外围顺序布置，结构比较紧凑、而且便于加工和组装，降低成本。

(2)所述的一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置将三维运动平台和供气单元及石墨送粉器结合起来实现了对石墨微粉的喷射打印量和喷射打印范围的精确控制，具有打印点汇聚性好，涂层均匀、且轨迹可控等优点，相较于普通的冷喷涂装置，本实用新型可实现对较为复杂的三维制品的打印。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为用于微喷射打印的三维打印装置的结构示意图。

图2为用于微喷射打印的三维打印装置的主视图。

图3为用于微喷射打印的三维打印装置的俯视图。

图4为用于微喷射打印的三维打印装置的左视图。

图中：1机架、2三维运动平台、3石墨送粉器、4供气单元、5气体控制单元单元、6运动机构控制单元、4-1气源、4-2气管、4-3电磁阀、4-4调压阀、4-5流量调节阀、4-6流量计、4-7压力表、4-8打印喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例1

参见图1,一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，它包括机架1，石墨送粉器3设置在机架1的顶端，三维运动平台2设置在机架1的中部，气体控制单元5和运动机构控制单元6设置在机架1的底部，供气单元4沿着机架1外围顺序布置,通过上述的结构设计能够提高结构紧凑性，使整个打印设备的体积更小，同时使打印精度更高。

参见图2-4,所述的供气单元4包括气源4-1，气管4-2和气源4-1相连，气管4-2上依次连接有电磁阀4-3、调压阀4-4、流量调节阀4-5、流量计4-6和压力表4-7，打印喷头4-8连接在气管4-2末端。通过上述供气单元的设计，能够保证石墨粉在打印过程中顺利喷出。

优选的,所述的气源4-1为氮气、氦气的高压气瓶，通过高压气源有效的保证石墨粉能够从打印喷头喷出。 

优选的,所述的三维运动平台2的X/Y/Z三个方向的运动范围分别控制在0-245mm、0-300mm、0-150mm。通过上述的运动范围的控制保证了所打印物体的体积。

本实用新型的工作原理及工作过程：

本实用新型为了实现以石墨粉体为打印材料通过微喷射打印的技术按照产品所设计的外形来进行精确制造复杂石墨元器件。将三维运动平台2、石墨送粉器3、供气单元4、气体控制单元5、运动机构控制单元6等集成到机架1之上，有效的减小了整个装置的体积。

工作时，先由运动机构控制单元6开始控制三维运动平台2运动将打印喷头4-8移动到指定的打印区域，然后石墨送粉器3将石墨打印粉体输送到指定出口打印位置，气体控制单元5通过控制供气单元4的通断、压力高低和流量大小，来产生高压、高速气流，并通过这种气流带着石墨打印粉体通过打印喷头4-8喷射到事先准备的基材上，形成微喷射打印的特征点，重复单个特征点的打印形成打印线条。在完成对该单元层的后续处理后，再重复上述打印工作最终得到整个石墨元器件。

本实用新型克服了传统冷喷涂设备中微喷射打印装置只能针对流动性较好的粉体颗粒而且不能实现喷涂量和喷涂范围的精确控制等缺点，结合特定的微粉石墨送粉器和三维运动平台实现了在石墨微喷射打印时按照所设计的产品外形在喷射打印量和喷射打印范围上进行了精确控制，完成每层的二维层单元打印，层层累积获得完成的石墨元器件。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用机新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，其特征在于：它包括机架（1），石墨送粉器（3）设置在机架（1）的顶端，三维运动平台（2）设置在机架（1）的中部，气体控制单元（5）和运动机构控制单元（6）设置在机架（1）的底部，供气单元（4）沿着机架（1）外围顺序布置。

2.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，其特征在于：所述供气单元（4）包括气源（4-1），气管（4-2）和气源（4-1）相连，气管（4-2）上依次连接有电磁阀（4-3）、调压阀（4-4）、流量调节阀（4-5）、流量计（4-6）和压力表（4-7），打印喷头（4-8）连接在气管（4-2）末端。

3.根据权利要求2所述的一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，其特征在于：所述的气源（4-1）为氮气、氦气的高压气瓶。

4.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉末的微喷射三维打印成型装置，其特征在于：所述的三维运动平台（2）的X/Y/Z三个方向的运动范围分别控制在0-245mm、0-300mm、0-150mm。