CN210759250U

CN210759250U - 一种静电纺丝喷头和3d打印装置

Info

Publication number: CN210759250U
Application number: CN201920716076.2U
Authority: CN
Inventors: 陈熠; 赖雪聪; 徐铭恩; 王玲
Original assignee: Hangzhou Regenovo Biotechnology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Regenovo Biotechnology Co ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-05-17
Also published as: CN211868648U

Abstract

本实用新型公开了一种静电纺丝喷头和3D打印装置，本实用新型的3D打印装置，包括静电纺丝喷头和静电纺丝平台，还包括温控器和可调式高压电源；所述温控器与所述静电纺丝喷头，和/或所述静电纺丝平台连接；所述可调式高压电源与所述静电纺丝喷头或所述静电纺丝平台相连接。其优点在于，本实用新型将静电纺丝技术集成到了3D打印装置中，并克服了高压静电击穿装置内部线路，造成控制系统损坏的问题，同时保证了环境温度的稳定。

Description

一种静电纺丝喷头和3D打印装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种静电纺丝喷头和3D打印装置。

背景技术

目前，静电纺丝是在高压静电场下利用聚合物溶液纺丝的过程，可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，并且产品的尺寸容易控制、表面易功能化(如表面涂覆、表面改性)。在进行静电纺丝的过程中，通过不同的制备方法，如改变喷头结构、控制实验条件(如温度、湿度)等，可以获得实心、空心、核-壳结构的超细纤维或蜘蛛网状结构的二维纤维膜；通过设计不同的收集装置，可以获得单根纤维、纤维束、高度取向纤维或无规取向纤维膜等。

3D打印是利用打印喷头或其他打印技术，通过材料堆积的方式来制造零件或实物的工艺，由于静电纺丝能生产结构多样的纳米纤维，在3D打印领域具有极高的应用价值。尽管已经出现一些利用静电纺丝技术进行3D打印的方法，然而，如何优化打印工艺，进一步拓展打印材料适用范围，是现有技术需要解决的问题，比如，现有3D打印装置的控温结构无法适用于静电纺丝。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种静电纺丝喷头，具有良好的防击穿性能，同时具有适用于静电纺丝的控温结构。

本实用新型的目的之二在于提供一种静电纺丝平台，具有良好的防击穿性能，同时具有适用于静电纺丝的控温结构。

本实用新型的目的之三在于提供一种基于静电纺丝技术的3D打印装置，将静电纺丝技术与3D打印技术结合，并有效防止高压电源击穿装置，改进了温控结构，使其更适用于静电纺丝技术。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种静电纺丝喷头，包括绝缘壳体、调温器、导热环、绝缘导热介质、料筒和喷嘴，其中：

所述调温器、所述导热环、所述绝缘导热介质和所述料筒位于所述绝缘壳体中，所述料筒与所述喷嘴连通，所述绝缘壳体的下端设有供所述喷嘴露出的露出孔；所述导热环位于所述料筒外侧，所述绝缘导热介质位于所述导热环与所述料筒之间，所述调温器与所述导热环相连接。

进一步地，所述调温器一侧与所述绝缘壳体内壁紧贴，另一侧与所述导热环紧贴，所述导热环围绕所述料筒设有环形的导热腔，所述绝缘导热介质位于所述导热腔中并与所述导热环和所述料筒紧贴设置。

进一步地，所述调温器为加热器或制冷器。

进一步地，所述制冷器外侧设有水冷通道。

本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

一种静电纺丝平台，包括平台壳体、收集板、平台导热板、平台绝缘导热介质和平台调温器，其中，所述平台壳体为绝缘材料制成，具有朝上的开口，所述收集板、所述平台绝缘导热介质、所述平台导热板和所述平台调温器依次设置在所述开口中，所示平台调温器与所述平台导热板连接，所述平台绝缘导热介质设置在所述收集板和所述平台导热板之间并与所述收集板和所述平台导热板紧贴。

进一步地，所述平台调温器为加热器或制冷器。

进一步地，所述平台壳体内设有平台水冷通道。

本实用新型的目的之三采用如下技术方案实现：

一种基于静电纺丝技术的3D打印装置，包括上述的静电纺丝喷头和上述的静电纺丝平台，还包括温控器和可调式高压电源；

所述温控器与所述静电纺丝喷头，和/或所述静电纺丝平台连接；所述可调式高压电源与所述静电纺丝喷头或所述静电纺丝平台相连接。

进一步地，所述可调式高压电源与所述静电纺丝喷头中的喷嘴或料筒或所述静电纺丝平台中的收集板连接。

进一步地，所述可调式高压电源包括主体、显示屏、寄存器按钮、锁定按钮、调节旋钮、上电按钮、GND插座、24V输入插座、总开关、高压输出插座和提手；所述显示屏、所述寄存器按钮、所述锁定按钮、所述调节按钮、所述上电按钮位于所述主体的正面，所述GND插座、所述24V输入插座、所述总开关、所述高压输出插座位于所述主体的侧面，所述提手位于所述主体的顶部；所述高压输出插座与所述收集板或所述喷嘴或所述料筒相连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的静电纺丝喷头和静电纺丝平台设置绝缘导热介质，利用绝缘导热介质传递热量，使设备维持在一个稳定的温度，为静电纺丝提供恒定温度的工作环境，为静电纺丝与3D打印结合提供了更多的可能性；同时静电纺丝喷头和静电纺丝平台包括由绝缘材料制成的壳体，且导热介质也为绝缘材料，避免高压静电击穿设备，造成控制系统损坏的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的3D打印装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的静电纺丝喷头的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的静电纺丝喷头的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三的静电纺丝平台的结构示意图；

图5为本实用新型实施例四的静电纺丝平台的结构示意图。

图中：100、静电纺丝喷头；101、绝缘壳体；102、调温器；103、导热环；104、绝缘导热介质；105、料筒；106、喷嘴；107、传动机构；108、活塞；109、水冷通道；110、电机；111、传动齿轮；112、传动齿条；113、绝缘外壳；114、绝缘底座；200、静电纺丝平台；201、平台壳体；202、收集板；203、平台导热板；204、平台绝缘导热介质；205、平台调温器；206、平台水冷通道；300、温控器；400、可调式高压电源；401、显示屏；402、寄存器按钮；403、锁定按钮；404、调节旋钮；405、上电按钮；406、GND 插座；407、24V输入插座；408、总开关；409、高压输出插座；410、提手； 411、鳄鱼夹。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本实用新型进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。

参看附图1至附图5所示，本实用新型实施例的静电纺丝喷头、静电纺丝平台和3D打印装置将在接下来的描述中被阐明，其中导热介质保证了静电纺丝能维持在一个稳定的温度，且导热介质为绝缘材料，并采用绝缘材料制成的壳体，避免了高压静电击穿设备。

如附图1至附图5所示，一种3D打印装置，包括静电纺丝喷头和静电纺丝平台，还包括温控器和可调式高压电源；

如附图2所示，为实施例一的静电纺丝喷头，静电纺丝喷头100包括绝缘壳体101、调温器102、导热环103、绝缘导热介质104、料筒105和喷嘴 106，其中：

调温器102、导热环103、绝缘导热介质104和料筒105位于绝缘壳体 101中，料筒105与喷嘴106连通，绝缘壳体101的下端设有供喷嘴106露出的露出孔；导热环103位于料筒105外侧，绝缘导热介质104位于导热环 103与料筒105之间，调温器102与导热环103相连接。

本实施例中的绝缘导热介质104为导热油，优选为变压器油，具有绝缘、灭弧和导热的特性。料筒105、喷嘴106为具有传热和耐热功能的材料，如金属材料中的紫铜、铝、不锈钢等。喷嘴106通过密封螺纹与料筒105连接，并通过露出孔暴露在绝缘壳体101外部。

优选地，调温器102一侧与绝缘壳体101内壁紧贴，另一侧与导热环103 紧贴，导热环103围绕料筒105设有环形的导热腔，绝缘导热介质104位于导热腔中并与导热环103和料筒105紧贴设置，料筒105被导热油所包裹，保证热量传导的均匀和稳定。调温器102为加热器或制冷器。本实施例中的调温器102为加热器，该静电纺丝喷头100为高温静电纺丝喷头100。

如附图2所示，为了进一步增强喷头的绝缘性能，绝缘壳体101包括绝缘外壳113和绝缘底座114，绝缘底座114位于绝缘外壳113底部，通过螺栓与绝缘外壳113连接，其上部承载着导热环103和导热油；绝缘底座114、导热环103和料筒105，通过密封螺纹连接，露出孔包括设置在绝缘底座114 上和绝缘外壳113上相对的通孔，料筒105底部结构通过绝缘底座114的通孔与喷嘴106相连。

静电纺丝技术一般需要在料筒中设置一挤出结构，比如活塞或者高压气体推动；本实施例采用的是活塞与传动机构配合，也属于现有技术，更具体地说，绝缘壳体101中的绝缘外壳113经隔断板分为上部和下部，传动机构 107位于上部，调温器102、导热环103、绝缘导热介质104、料筒105和喷嘴106位于下部，活塞108穿过隔断板与传动机构107连接，并在传动机构 107的作用下在料筒105内上下移动。

为了保证挤出速率的稳定，传动机构107包括电机110、传动齿轮111 和传动齿条112，传动齿条112与活塞108相连接，电机110固定在绝缘壳体101上，通过传动齿轮111带动传动齿条112，从而带动活塞108上下移动。电机110通过螺栓与绝缘外壳113连接，电机110通过螺钉与传动齿轮 111连接，传动齿轮111与传动齿条112相互啮合，传动齿条112通过滑轨和螺钉与绝缘外壳113连接；电机110转动使传动齿轮111带动传动齿条112 上下运动，活塞108与传动齿条112连接，使料筒105内容积变化，最后将材料挤出。

如附图3所示，为实施例二的静电纺丝喷头，静电纺丝喷头100包括绝缘壳体101、调温器102、导热环103、绝缘导热介质104、料筒105和喷嘴 106，其中：

优选地，调温器102一侧与绝缘壳体101内壁紧贴，另一侧与导热环103 紧贴，导热环103围绕料筒105设有环形的导热腔，绝缘导热介质104位于导热腔中并与导热环103和料筒105紧贴设置，料筒105被导热油所包裹，保证热量传导的均匀和稳定。调温器102为加热器或制冷器。本实施例中的调温器102为制冷器，该静电纺丝喷头100为低温静电纺丝喷头100，且制冷器外侧设有水冷通道109，并且水冷通道109的一侧与绝缘外壳113相贴合，相对一侧与调温器102相贴合。

另外，当制冷器为半导体制冷片(TEC)时，冷端与导热环103接触，热端与水冷通道109接触，TEC工作时会将料筒105中的热量从导热油通过导热环103传入水冷通道109，并由水冷通道109中流动的液体带走，达到制冷的效果；将TEC电流方向对调，则此时TEC可以作为加热器，TEC工作时会将热量从水冷通道109通过导热环103传入导热油，再传入料筒105，达到加热的效果。

如附图3所示，为了进一步增强喷头的绝缘性能，绝缘壳体101包括绝缘外壳113和绝缘底座114，绝缘底座114位于绝缘外壳113底部，通过螺栓与绝缘外壳113连接，其上部承载着导热环103和导热油；绝缘底座114、导热环103和料筒105，通过密封螺纹连接，露出孔包括设置在绝缘底座114 上和绝缘外壳113上相对的通孔，料筒105底部结构通过绝缘底座114的通孔与喷嘴106相连。

如附图4所示，为实施例三静电纺丝平台的附图，静电纺丝平台200包括平台壳体201、收集板202、平台导热板203、平台绝缘导热介质204和平台调温器205，其中：

平台壳体201为绝缘材料制成，具有朝上的开口，收集板202、平台绝缘导热介质204、平台导热板203和平台调温器205依次设置在开口中，所示平台调温器205与平台导热板203连接，平台绝缘导热介质204设置在收集板202和平台导热板203之间并与收集板202和平台导热板203紧贴；更具体地说，平台调温器205设置在开口的底部，平台导热板203与平台调温器205紧贴设置，平台导热板203与平台壳体201固定连接，收集板202与平台壳体201固定连接，本实施例的平台绝缘导热介质204为导热油，优选为变压器油，具有绝缘、灭弧和导热的特性，变压器油设置在收集板202与平台导热板203之间，平台调温器205隔着平台导热板203对导热油进行控温，由导热油将热量传递到收集板202，此时调温器为加热器，本实施例的静电纺丝平台为高温平台。

如附图5所示，为实施例四静电纺丝平台的附图，静电纺丝平台200包括平台壳体201、收集板202、平台导热板203、平台绝缘导热介质204和平台调温器205，其中：

平台壳体201为绝缘材料制成，具有朝上的开口，收集板202、平台绝缘导热介质204、平台导热板203和平台调温器205依次设置在开口中，所示平台调温器205与平台导热板203连接，平台绝缘导热介质204设置在收集板202和平台导热板203之间并与收集板202和平台导热板203紧贴；更具体地说，平台调温器205设置在开口的底部，平台导热板203与平台调温器205紧贴设置，平台导热板203与平台壳体201固定连接，收集板202与平台壳体201固定连接，本实施例的平台绝缘导热介质204为导热油，优选为变压器油，具有绝缘、灭弧和导热的特性，变压器油设置在收集板202与平台导热板203之间，平台调温器205隔着平台导热板203对导热油进行控温，由导热油将热量传递到收集板202，此时平台调温器205为制冷器，静电纺丝平台200为低温平台，且平台壳体201内设有平台水冷通道206，平台水冷通道206与平台壳体201底面相贴合。

另外，当制冷器为半导体制冷片(TEC)时，冷端与平台导热板203接触，热端与水冷通道206接触，TEC工作时会将收集板202中的热量从导热油通过平台导热板203传入水冷通道206，并由水冷通道206中流动的液体带走，达到制冷的效果；将TEC电流方向对调，则此时TEC可以作为加热器，TEC工作时会将热量从水冷通道206通过平台导热板203传入导热油，再传入收集板202，达到加热的效果。

如附图1所示，为实施例五的基于静电纺丝技术的3D打印装置，其包括如实施例一或实施例二所述的静电纺丝喷头，和，如实施例三或实施四所述的静电纺丝平台，还包括温控器和可调式高压电源，所述温控器与所述静电纺丝喷头，和/或所述静电纺丝平台连接；所述可调式高压电源与所述静电纺丝喷头或所述静电纺丝平台相连接。

更具体地说，温控器可以单独与静电纺丝喷头连接，则温控器与静电纺丝喷头的调温器连接；也可以单独与静电纺丝平台连接，则温控器与静电纺丝平台的平台温控器连接；也可同时与静电纺丝喷头和静电纺丝平台连接，则温控器同时与调温器和平台温控器连接，使3D打印制品始终处于一个较稳定的温度环境，保证打印质量。温控器300分为开关量控制和PID控制两种，开关量控制为高于预设温度时停止输出，低于预设温度时开启输出，此处输出为调温器102和平台调温器205工作；PID控制为在调温器102和平台调温器205工作的过程中，调温器102和平台调温器205输出功率按比例从最大值平滑变化到一个稳定值，减少温度的上下波动。

另外，所述可调式高压电源可以与所述静电纺丝喷头中的喷嘴连接，也可以与静电纺丝喷头中的料筒连接，也可以与所述静电纺丝平台中的收集板连接。更具体地说，如附图1所示，本实施例的3D打印装置中的可调式高压电源400包括主体、显示屏401、寄存器按钮402、锁定按钮403、调节旋钮404、上电按钮405、GND插座406、24V输入插座407、总开关408、高压输出插座409和提手410；显示屏401、寄存器按钮402、锁定按钮403、调节旋钮、上电按钮405位于主体的正面，GND插座406、24V输入插座407、总开关408、高压输出插座409位于主体的侧面，提手410位于主体的顶部；高压输出插座409与收集板202或喷嘴106或料筒105相连接。

寄存器按钮402可以向高压电源中添加预先设定的电压值，存储于电源控制芯片中，使用时直接按对应的寄存器按钮402，即可将输出电压调整为预设的电压；调节旋钮的功能为对设置电压值进行调节；锁定按钮403的功能为使调节旋钮的功能有效或无效；上电按钮405的功能为输出当前设置的电压显示屏401可以显示设置电压、输出电压、输出电流、锁定按钮403的状态、上电按钮405的状态等；GND插座406与高压电源的地相连；24V输入插座407为外部供电插座；总开关408控制高压电源的启动与关闭；高压输出插座409为高压电输出端，在工作时与静电纺丝平台200收集板202或喷头的喷嘴106或料筒105链接，连接方式可为鳄鱼夹411或者螺钉连接。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims

1.一种静电纺丝喷头，其特征在于：包括绝缘壳体、调温器、导热环、绝缘导热介质、料筒和喷嘴，其中：

2.如权利要求1所述的静电纺丝喷头，其特征在于：所述调温器一侧与所述绝缘壳体内壁紧贴，另一侧与所述导热环紧贴，所述导热环围绕所述料筒设有环形的导热腔，所述绝缘导热介质位于所述导热腔中并与所述导热环和所述料筒紧贴设置。

3.如权利要求2所述的静电纺丝喷头，其特征在于：所述调温器为加热器或制冷器。

4.如权利要求3所述的静电纺丝喷头，其特征在于：所述制冷器外侧设有水冷通道。

5.一种基于静电纺丝技术的3D打印装置，其特征在于：包括如权利要求1-4任一所述的静电纺丝喷头和静电纺丝平台，还包括温控器和可调式高压电源；

6.如权利要求5所述的基于静电纺丝技术的3D打印装置，其特征在于：所述可调式高压电源与所述静电纺丝喷头中的喷嘴或料筒或所述静电纺丝平台中的收集板连接。

7.如权利要求6所述的基于静电纺丝技术的3D打印装置，其特征在于：所述可调式高压电源包括主体、显示屏、寄存器按钮、锁定按钮、调节旋钮、上电按钮、GND插座、24V输入插座、总开关、高压输出插座和提手；所述显示屏、所述寄存器按钮、所述锁定按钮、所述调节旋钮、所述上电按钮位于所述主体的正面，所述GND插座、所述24V输入插座、所述总开关、所述高压输出插座位于所述主体的侧面，所述提手位于所述主体的顶部；所述高压输出插座与所述收集板或所述喷嘴或所述料筒相连接。