柔性材料三维成型系统及方法 |
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申请号 | CN201410310200.7 | 申请日 | 2014-07-01 | 公开(公告)号 | CN104149338A | 公开(公告)日 | 2014-11-19 |
申请人 | 英华达(上海)科技有限公司; 英华达(上海)电子有限公司; 英华达股份有限公司; | 发明人 | 虞立; 蔡世光; | ||||
摘要 | 本 发明 提供了一种柔性材料三维成型系统及方法,系统包括:上料机,提供 聚合物 熔融体;螺杆 挤出机 ,挤出聚合物熔融体;计量 泵 ,控制流入熔喷喷头的聚合物熔融体的数量;空气 压缩机 ,对空气进行压缩;空气加热器,对压缩后的空气进行加热;三维成型装置,加工 支撑 柔性材料的三维立体 工件 成型;熔喷喷头,包括与 计量泵 连通的 喷丝板 和与所述空气加热器连通的气流孔,喷丝板设置有熔体孔,向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,气流孔将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷 纤维 以凝聚在所述三维立体工件上; 固化 成型装置,与三维立体工件连通,对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行固化以生成柔性材料。本发明能够实现柔性材料的便捷快速打印。 | ||||||
权利要求 | 1.一种柔性材料三维成型系统,其特征在于,包括: 上料机,用于提供聚合物熔融体; 螺杆挤出机,与所述上料机连通,用于挤出所述聚合物熔融体; 计量泵,与所述螺杆挤出机连通,用于控制流入熔喷喷头的聚合物熔融体的数量; 空气压缩机,用于对空气进行压缩; 空气加热器,与所述空气压缩机连通,用于对压缩后的空气进行加热; 三维成型装置,用于加工支撑柔性材料的三维立体工件成型; 熔喷喷头,包括与所述计量泵连通的喷丝板和与所述空气加热器连通的气流孔,所述喷丝板设置有熔体孔,用于向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,所述气流孔用于将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件上; 固化成型装置,与所述三维立体工件连通,用于对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行固化以生成所述柔性材料。 |
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说明书全文 | 柔性材料三维成型系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及一种柔性材料三维成型系统及方法。 背景技术[0003] 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。 [0004] 熔喷非织造工艺是指利用高速热空气对从模头的喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵引,由此形成超细纤维并喷射在收集装置上,进而依靠自身粘合而成为无纺织物。熔喷装置是进行熔喷操作的主要设备,其主要部件为上述利用热空气喷出纤维的模头组件,模头组件上设置有包括多个喷丝口的喷丝狭缝,用于纤维的喷出。 [0005] 然而,现有的熔喷非织造工艺通常以加工纤维材料为主,无法直接将材料成型为所需的成品;同时,3D打印成型的物体多为刚性物体。因此,目前采用亟需一种可打印柔性材料的柔性材料三维成型系统及方法。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种柔性材料三维成型系统及方法,能够实现柔性材料的便捷快速打印。 [0007] 为解决上述问题,本发明提供一种柔性材料三维成型系统,包括: [0008] 上料机,用于提供聚合物熔融体; [0009] 螺杆挤出机,与所述上料机连通,用于挤出所述聚合物熔融体; [0011] 空气压缩机,用于对空气进行压缩; [0012] 空气加热器,与所述空气压缩机连通,用于对压缩后的空气进行加热; [0014] 熔喷喷头,包括与所述计量泵连通的喷丝板和与所述空气加热器连通的气流孔,所述喷丝板设置有熔体孔,用于向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,所述气流孔用于将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件上; [0015] 固化成型装置,与所述三维立体工件连通,用于对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行固化以生成所述柔性材料。 [0016] 进一步的,在上述系统中,所述螺杆挤出机和计量泵之间还连通有一熔体过滤器,用于过滤聚合物熔融体中的杂质。 [0018] 进一步的,在上述系统中,所述喷丝板的数量为一个或多个。 [0019] 进一步的,在上述系统中,多个喷丝板根据一预设的幅宽进行组合。 [0020] 进一步的,在上述系统中,每个喷丝板上的熔体孔的数量为一个或多个。 [0021] 进一步的,在上述系统中,每个喷丝板上分布有三排熔体孔,每排熔体孔的数量为2880 个。 [0022] 进一步的,在上述系统中,每个熔体孔的直径为0.0635毫米。 [0024] 根据本发明的另一面,提供一种柔性材料三维成型方法,采用上述柔性材料三维成型系统,所述方法包括: [0025] 上料机提供聚合物熔融体至螺杆挤出机; [0026] 所述螺杆挤出机挤出所述聚合物熔融体至计量泵; [0027] 所述计量泵控制流入熔喷喷头的聚合物熔融体的数量; [0028] 三维成型装置加工支撑柔性材料的三维立体工件; [0029] 空气压缩机向空气加热器输送压缩后的空气,空气加热器将压缩后的空气进行加热后输送至气流孔; [0030] 熔喷喷头的喷丝板上的熔体孔向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,熔喷喷头的气流孔将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件上; [0031] 与所述三维立体工件连通的冷却固化装置对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行降温以生成所述柔性材料; [0032] 所述柔性材料成型后,脱模去除三维立体工件。 [0033] 与现有技术相比,本发明通过上料机提供聚合物熔融体至螺杆挤出机;所述螺杆挤出机挤出所述聚合物熔融体至计量泵;所述计量泵控制流入熔喷喷头的聚合物熔融体的数量;三维成型装置加工支撑柔性材料的三维立体工件成型;空气压缩机向空气加热器输送压缩后的空气,空气加热器将压缩后的空气进行加热后输送至气流孔;熔喷喷头的喷丝板上的熔体孔向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,熔喷喷头的气流孔将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件上;与所述三维立体工件连通的冷却固化装置对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行降温以生成所述柔性材料;所述柔性材料成型后,脱模去除三维立体工件,能够实现柔性材料的便捷快速打印。 [0034] 另外,本发明通过结合熔喷工艺技术,从加工成纤维材料再到成品成型,实现了原传统熔喷工艺的一体化成型。不但提高了传统工艺的成品效率,更进一步的实现了可定制化成品的生产加工,根据三维立体模型提供的参数,即可加工出尺寸精确的成品。附图说明 [0035] 图1是本发明一实施例的柔性材料三维成型系统的结构图; [0036] 图2是本发明一实施例的柔性材料三维成型系统的示意图; [0037] 图3是本发明一实施例的熔喷喷头的结构图; [0038] 图4是本发明一实施例的柔性材料三维成型方法的流程图。 具体实施方式[0039] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0040] 实施例一 [0041] 如图1〜3所示,本发明提供一种柔性材料三维成型系统,包括: [0042] 上料机I,用于提供聚合物熔融体; [0043] 与所述上料机I连通的螺杆挤出机2,用于挤出所述聚合物熔融体; [0044] 与所述螺杆挤出机2连通的计量泵3,用于控制流入熔喷喷头4的聚合物熔融体的数量; [0045] 空气压缩机7,用于对空气进行压缩; [0046] 与所述空气压缩机7连通的空气加热器8,用于对压缩后的空气进行加热; [0047] 三维成型装置5,用于加工支撑柔性材料的三维立体工件6成型;具体的,三维立体工件6作为支撑柔性材料的接收层;用于成型三维立体工件的材料可以是可溶性材料,如聚乙烯醇PVA ; [0048] 熔喷喷头4,包括与所述计量泵连通的喷丝板41和与所述空气加热器连通的气流孔42,所述喷丝板41设置有熔体孔411,用于向所述三维立体工件6喷出聚合物熔融体细流,所述气流孔42用于将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件6上; [0049] 与所述三维立体6连通的固化成型装置9,用于对凝聚在所述三维立体工件6的熔喷纤维进行降温以生成所述柔性材料。具体的,熔喷纤维之间通过互相粘合,熔喷纤维冷却成网后最终生成柔性材料如非织造布。生成的所述柔性材料可以是贴身衣物,也可以是某一产品的外包装。 [0050] 优选的,所述螺杆挤出机2和计量泵3之间还连通有一熔体过滤器10,用于过滤聚合物熔融体中的杂质。 [0051] 优选的,所述固化成型装置9采用排风、紫外光照、激光烧结、水雾冷却方式进行固化。 [0052] 优选的,所述三维立体工件6为一三维立体人体模型。具体的,生成的柔性材料包裹住所述三维立体人体模型以制成高精度的合成衣物。建立人体模型时可以先采用预设模型,然后通过调整预设模型的局部尺寸或对预设模型进行局部拉伸的方式建立逼真的三维立体人体模型。另外,建立三维立体人体模型时还需要考虑穿脱、材料弹性等因素。 [0053] 优选的,所述三维立体工件6为一扁平制衣板。具体的,由于需要生成的是柔性材料,可以在扁平制衣板上按柔性材料如衣物存放时变成扁平状态进行打印,避免复杂的支撑只需一扁平制衣板,从而加快打印速度。 [0054] 可选的,每个熔体孔411的直径为0.0635毫米。具体的,为了纺制纳米纤维,熔体孔411需要比普通的熔喷设备上的喷丝孔要细得多,可采用细小到0.0635毫米(即63.5微米)或0.0025英时(0.0025*2.54cm = 0.00635cm),模块结构的喷丝板41可组合成3米以上的总宽度,这样纺出的熔喷纤维直径大约为500纳米,最细的单纤直径可达200纳米。 [0055] 优选的,所述喷丝板41的数量为一个或多个。多个喷丝板41根据一预设的幅宽进行组合。每个喷丝板41上的熔体孔411的数量为一个或多个。每个喷丝板41上分布有三排熔体孔411,每排熔体孔411的数量为2880个。具体的,纺制纳米纤维的喷丝板41由于熔体孔411小,如不采取措施,产量必然大大降低,因此可以增加熔体孔411的孔数,每个喷丝板41有3排甚至更多排的熔体孔411。可将很多喷丝板41 (根据幅宽而定)组合在一起,在纺丝时产量便可大幅提高。实际情况是当采用63.5微米熔体孔411时,单排每米喷丝板的熔体孔411的数量为2880个,如采用三排,则每米喷丝板的孔眼数可达到8640孔,这样其产量就可与纺制普通熔喷纤维相当。由于高密度孔的薄型喷丝板41价格昂贵,且很易碎裂(在高压强下受热裂开),因此采用粘结新技术以增强喷丝板41的牢度,使之不因高压强的情况下渗漏。 [0056] 优选的,所述的柔性材料为柔性聚氨酯材料或柔性橡胶材料。 [0057] 采用本实施例的方案,能够实现柔性材料的便捷快速打印。另外,本实施通过结合熔喷工艺技术,从加工成纤维材料再到成品成型,实现了原传统熔喷工艺的一体化成型。不但提高了传统工艺的成品效率,更进一步的实现了可定制化成品的生产加工,根据三维立体模型提供的参数,即可加工出尺寸精确的成品。 [0058] 实施例二 [0059] 如图4所示,本发明还提供另一种柔性材料三维成型方法,采用实施例一的柔性材料三维成型系统,所述方法包括: [0060] 步骤SI,上料机提供聚合物熔融体至螺杆挤出机; [0061] 步骤S2,所述螺杆挤出机挤出所述聚合物熔融体至计量泵; [0062] 步骤S3,所述计量泵控制流入熔喷喷头的聚合物熔融体的数量; [0063] 步骤S4,三维成型装置加工支撑柔性材料的三维立体工件; [0064] 步骤S5,空气压缩机向空气加热器输送压缩后的空气,空气加热器将压缩后的空气进行加热后输送至气流孔; [0065] 步骤S6,熔喷喷头的喷丝板上的熔体孔向所述三维立体工件喷出聚合物熔融体细流,熔喷喷头的气流孔将聚合物熔融体细流牵伸成熔喷纤维以凝聚在所述三维立体工件上; [0066] 步骤S7,与所述三维立体工件连通的排风风机对凝聚在所述三维立体工件的熔喷纤维进行降温以生成所述柔性材料; [0067] 步骤S8,所述柔性材料成型后,脱模去除三维立体工件。 [0068] 实施例二的其它详细内容具体可参见实施例一的相应部分,在此不再赘述。 [0069] 综上所述,本发明能够实现柔性材料的便捷快速打印。另外,本发明通过结合熔喷工艺技术,从加工成纤维材料再到成品成型,实现了原传统熔喷工艺的一体化成型。不但提高了传统工艺的成品效率,更进一步的实现了可定制化成品的生产加工,根据三维立体模型提供的参数,即可加工出尺寸精确的成品。 [0070] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。 |