一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法及裝置與流程

2023-05-28 08:58:56

本發明涉及一種發泡工藝,尤其是涉及一種與3D列印相結合的生產發泡製品的工藝。

背景技術：

快速成型技術(又稱為快速原型製造技術，Rapid Prototyping Manufacturi-ng，簡稱RPM)，又被稱作3D列印。該技術根據物體的三維模型數據，通過成型設備以逐層疊加的方式製造實體。該技術能克服目前傳統機械加工無法實現的特殊結構障礙。可以實現任意複雜結構部件的簡單化生產。現有的3D列印技術主要分為，熔融沉積成型(FDM)、光固化立體印刷(SLA)、選擇性雷射燒結(SLS)、立體平板印刷(SLA)、三維噴印(3DP)和數字光處理(DLP)等等。

傳統微孔發泡製品的生產方法要經過水下擠出造粒、顆粒的超臨界滲透、製備發泡顆粒、水蒸汽模壓成型等階段，製備工藝比較複雜，成本較高，而且對於傳統機械加工無法實現的特殊結構，僅用模壓成型的方式也是難以實現的。

本發明是一種與3D列印中熔融沉積成型相結合生產發泡製品的工藝，首先根據產品需要用3D印表機列印出三維模型，然後將該三維模型放入超臨界滲透單元中的滲透釜內用超臨界CO2進行滲透，最後將經超臨界CO2滲透後的三維模型放入發泡單元中的發泡箱體內進行水蒸汽發泡，發泡後的三維模型即為所需的發泡製品。該工藝可以簡化微孔發泡製品的生產過程，即由原來水下擠出造粒、超臨界滲透、製備發泡顆粒、水蒸汽模壓成型四個生產階段簡化為3D列印模型、超臨界滲透、發泡三個生產階段，不僅能夠降低生產成本和工藝的複雜性，還能實現任意複雜結構發泡製品的簡單化生產。

技術實現要素：

針對傳統微孔發泡製品生產方式的不足之處，本發明的目的是提出一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法及裝置，該裝置主要由成型單元、超臨界滲透單元和發泡單元組成，成型單元為一3D印表機。該方法的技術方案是：首先根據產品需要用成型單元即3D印表機列印出三維模型，然後將該三維模型放入超臨界滲透單元中的滲透釜內用超臨界CO2進行滲透，最後將經超臨界CO2滲透後的三維模型放入發泡單元中的發泡箱體內進行水蒸汽發泡，發泡後的三維模型即為所需的發泡製品。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法，在列印三維模型前先將模型轉換成壁厚均勻的預成型模型，然後成型單元按照預成型模型進行列印成型。該轉換不僅可以提高列印效率，而且由於各處壁厚相同，滲透時間可以縮短，將來的發泡過程容易實現均勻。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法，在列印三維模型前先將模型轉換成壁厚均勻的預成型模型，預成型模型為中空模型，在進行列印成型時嵌入氣嘴，在最後階段的發泡階段，可以通過氣嘴向製品內部充入一定壓力的氣體，使得製品發泡階段不發生變形。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，成型單元為一3D印表機，主要包括三維滾珠絲槓滑臺、成型平臺、3D印表機箱體、塑化螺杆、加熱環和噴頭。塑化螺杆將固態物料熔融為液態。加熱環位於螺杆下方，包裹熔融態物料防止物料固化。噴頭位於3D印表機機頭最下方，熔融物料通過噴頭噴射在成型平臺上。通過計算機上的切片軟體從三維模型轉換為噴頭與成型平臺的相對運動軌跡，三維滾珠絲槓滑臺連接成型平臺按照切片軟體生成的軌跡運動進行三維移動，使高分子材料在平臺上按照預設路線進行沉積成型。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，為防止在列印模型過程中對環境的汙染，採用密閉箱體可以使該3D列印設備處於密閉工作環境中。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，可同時用於3D列印和發泡的材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，可用3D印表機列印的三維模型有多種，包括鞋底、玩具等。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，超臨界滲透單元主要由預熱器、增壓泵、CO2儲罐和滲透釜組成。第一步，將3D列印模型放入滲透釜內，並密封滲透釜。第二步，用增壓泵將二氧化碳氣體充入滲透釜中，增壓至一定的壓力，例如11MPa左右，用預熱器控制滲透釜中的溫度控制在一定的值，例如在33℃左右，使其內部的二氧化碳達到較為溫和的超臨界狀態。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，發泡單元主要由蒸汽發生器、發泡箱體和蓋板組成。其中，蒸汽發生器的出口溫度和出口壓力可調，通過移動發泡箱體上方的蓋板可調節發泡箱體開口的大小。通過調節蒸汽發生器的出口溫度和壓力以及發泡箱體開口的大小可調節發泡箱體內的溫度。將經超臨界CO2滲透後的三維模型放入發泡箱體內的多孔板上進行水蒸汽發泡，發泡後的三維模型即為所需的發泡製品。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置，發泡單元的發泡箱體內放置一模具，模具中型腔壁上有微孔，待發泡的製品放置在模具中，有了模具，製品的最終形狀受到模具的約束。成型單元加工的製品為帶有氣嘴的中空製品，氣嘴與一定壓力的氣源連接，得到的製品更均勻緻密，成型精度更高。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法及裝置，不同的材料的最佳發泡溫度、壓力和時間不同，根據所選的發泡材料確定最佳的發泡工藝參數。

本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法及裝置，其有益效果是，該工藝可以簡化微孔發泡製品的生產過程，即由原來水下擠出造粒、超臨界滲透、製備發泡顆粒、水蒸汽模壓成型四個生產階段簡化為3D列印模型、超臨界滲透、發泡三個生產階段，不僅能夠降低生產成本和工藝的複雜性，還能實現任意複雜結構發泡製品的簡單化生產。

附圖說明

圖1是本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的方法的分步示意圖。

圖2是本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置的成型單元示意圖。

圖3是本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置的超臨界滲透單元示意圖。

圖4是本發明一種與3D列印相結合生產發泡製品的裝置的發泡單元示意圖。

圖中：1-三維滾珠絲槓滑臺；2-成型平臺；3-3D印表機箱體；4-塑化螺杆；5-加熱環；6-噴頭；7-三維模型；8-預熱器；9-增壓泵；10-CO2儲罐；11-發泡箱體；12-蓋板；13-發泡製品；14-多孔板；15-蒸汽發生器；16-滲透釜；17-密閉箱體。

具體實施方式

本發明提出了一種與3D列印相結合生產發炮製品的方法及裝置，分步示意圖如圖1所示。該裝置由成型單元、超臨界滲透單元和發泡單元構成。成型單元主要為一3D印表機，包括三維滾珠絲槓滑臺1、成型平臺2、3D印表機箱體3、塑化螺杆4、加熱環5、噴頭6和密閉箱體17，如圖1所示。超臨界滲透單元主要由預熱器8、增壓泵9、CO2儲罐10和滲透釜16組成，如圖2所示。發泡單元主要由蒸汽發生器15、發泡箱體11和蓋板12組成，如圖3所示。

本發明一種與3D列印相結合生產發炮製品的方法，其工作過程是：第一步、三維成型過程。塑化螺杆4將固態物料塑化為熔融態。加熱環5位於螺杆下方，包裹熔融態物料防止物料固化。噴頭6位於3D印表機機頭最下方，熔融物料通過噴頭6噴射在成型平臺2上。通過計算機上的切片軟體從三維模型7轉換為噴頭6與成型平臺2的相對運動軌跡，三維滾珠絲槓滑臺1連接成型平臺2按照切片軟體生成的軌跡運動進行三維移動，使高分子材料在平臺上按照預設路線進行沉積成型，完成三維模型7的列印過程。為防止在列印模型過程中對環境的汙染，採用密閉箱體17可以使該3D列印設備處於密閉工作環境中。第二步，超臨界滲透過程。將上述的3D列印模型放入滲透釜16內，並密封滲透釜16，用增壓泵9將二氧化碳氣體充入滲透釜16中，增壓至11MPa左右，用預熱器8控制滲透釜16中的溫度在33℃左右，使其內部的二氧化碳達到較為溫和的超臨界狀態。第三步，發泡過程。不同的材料具有不同的最佳發泡溫度、壓力和時間，通過調節蒸汽發生器15的出口溫度和壓力以及發泡箱體11開口的大小，可使發泡箱體11內的三維模型7在最佳工藝參數下發泡。將經超臨界CO2滲透後的三維模型7放入發泡箱體11內的多孔板14上進行水蒸汽發泡，三維模型7發泡後即為所需的發泡製品13。