柔性材料三維成型系統及方法
2023-05-08 04:47:36
柔性材料三維成型系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種柔性材料三維成型系統及方法，系統包括：上料機，提供聚合物熔融體；螺杆擠出機，擠出聚合物熔融體；計量泵，控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量；空氣壓縮機，對空氣進行壓縮；空氣加熱器，對壓縮後的空氣進行加熱；三維成型裝置，加工支撐柔性材料的三維立體工件成型；熔噴噴頭，包括與計量泵連通的噴絲板和與所述空氣加熱器連通的氣流孔，噴絲板設置有熔體孔，向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，氣流孔將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上；固化成型裝置，與三維立體工件連通，對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行固化以生成柔性材料。本發明能夠實現柔性材料的便捷快速列印。
【專利說明】柔性材料三維成型系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柔性材料三維成型系統及方法。
【背景技術】
[0002]3D列印(3D printing,三維成型)是三維快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。
[0003]3D列印通常是採用數位技術材料印表機來實現的。過去其常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，現正逐漸用於一些產品的直接製造，已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍枝以及其他領域都有所應用。
[0004]熔噴非織造工藝是指利用高速熱空氣對從模頭的噴絲孔擠出的聚合物熔體細流進行牽引，由此形成超細纖維並噴射在收集裝置上，進而依靠自身粘合而成為無紡織物。熔噴裝置是進行熔噴操作的主要設備，其主要部件為上述利用熱空氣噴出纖維的模頭組件，模頭組件上設置有包括多個噴絲口的噴絲狹縫，用於纖維的噴出。
[0005]然而，現有的熔噴非織造工藝通常以加工纖維材料為主，無法直接將材料成型為所需的成品；同時，3D列印成型的物體多為剛性物體。因此，目前採用亟需一種可列印柔性材料的柔性材料三維成型系統及方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種柔性材料三維成型系統及方法，能夠實現柔性材料的便捷快速列印。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種柔性材料三維成型系統，包括:
[0008]上料機，用於提供聚合物熔融體；
[0009]螺杆擠出機，與所述上料機連通，用於擠出所述聚合物熔融體；
[0010]計量泵，與所述螺杆擠出機連通，用於控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量;
[0011]空氣壓縮機，用於對空氣進行壓縮；
[0012]空氣加熱器，與所述空氣壓縮機連通，用於對壓縮後的空氣進行加熱；
[0013]三維成型裝置，用於加工支撐柔性材料的三維立體工件成型；
[0014]熔噴噴頭，包括與所述計量泵連通的噴絲板和與所述空氣加熱器連通的氣流孔，所述噴絲板設置有熔體孔，用於向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，所述氣流孔用於將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上；
[0015]固化成型裝置，與所述三維立體工件連通，用於對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行固化以生成所述柔性材料。
[0016]進一步的，在上述系統中，所述螺杆擠出機和計量泵之間還連通有一熔體過濾器，用於過濾聚合物熔融體中的雜質。
[0017]進一步的，在上述系統中，所述固化成型裝置採用排風、紫外光照、雷射燒結、水霧冷卻方式進行固化。
[0018]進一步的，在上述系統中，所述噴絲板的數量為一個或多個。
[0019]進一步的，在上述系統中，多個噴絲板根據一預設的幅寬進行組合。
[0020]進一步的，在上述系統中，每個噴絲板上的熔體孔的數量為一個或多個。
[0021]進一步的，在上述系統中，每個噴絲板上分布有三排熔體孔，每排熔體孔的數量為2880 個。
[0022]進一步的，在上述系統中，每個熔體孔的直徑為0.0635毫米。
[0023]進一步的，在上述系統中，所述的柔性材料為柔性聚氨酯材料或柔性橡膠材料。
[0024]根據本發明的另一面，提供一種柔性材料三維成型方法，採用上述柔性材料三維成型系統，所述方法包括:
[0025]上料機提供聚合物熔融體至螺杆擠出機；
[0026]所述螺杆擠出機擠出所述聚合物熔融體至計量泵；
[0027]所述計量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量；
[0028]三維成型裝置加工支撐柔性材料的三維立體工件；
[0029]空氣壓縮機向空氣加熱器輸送壓縮後的空氣，空氣加熱器將壓縮後的空氣進行加熱後輸送至氣流孔；
[0030]熔噴噴頭的噴絲板上的熔體孔向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上；
[0031]與所述三維立體工件連通的冷卻固化裝置對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行降溫以生成所述柔性材料；
[0032]所述柔性材料成型後，脫模去除三維立體工件。
[0033]與現有技術相比，本發明通過上料機提供聚合物熔融體至螺杆擠出機；所述螺杆擠出機擠出所述聚合物熔融體至計量泵；所述計量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量；三維成型裝置加工支撐柔性材料的三維立體工件成型；空氣壓縮機向空氣加熱器輸送壓縮後的空氣，空氣加熱器將壓縮後的空氣進行加熱後輸送至氣流孔；熔噴噴頭的噴絲板上的熔體孔向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上；與所述三維立體工件連通的冷卻固化裝置對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行降溫以生成所述柔性材料；所述柔性材料成型後，脫模去除三維立體工件，能夠實現柔性材料的便捷快速列印。
[0034]另外，本發明通過結合熔噴工藝技術，從加工成纖維材料再到成品成型，實現了原傳統熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統工藝的成品效率，更進一步的實現了可定製化成品的生產加工，根據三維立體模型提供的參數，即可加工出尺寸精確的成品。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本發明一實施例的柔性材料三維成型系統的結構圖；
[0036]圖2是本發明一實施例的柔性材料三維成型系統的示意圖；
[0037]圖3是本發明一實施例的熔噴噴頭的結構圖；
[0038]圖4是本發明一實施例的柔性材料三維成型方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0040]實施例一
[0041]如圖1?3所示，本發明提供一種柔性材料三維成型系統，包括:
[0042]上料機I，用於提供聚合物熔融體；
[0043]與所述上料機I連通的螺杆擠出機2，用於擠出所述聚合物熔融體；
[0044]與所述螺杆擠出機2連通的計量泵3，用於控制流入熔噴噴頭4的聚合物熔融體的數量；
[0045]空氣壓縮機7，用於對空氣進行壓縮；
[0046]與所述空氣壓縮機7連通的空氣加熱器8，用於對壓縮後的空氣進行加熱；
[0047]三維成型裝置5，用於加工支撐柔性材料的三維立體工件6成型；具體的，三維立體工件6作為支撐柔性材料的接收層；用於成型三維立體工件的材料可以是可溶性材料，如聚乙烯醇PVA ；
[0048]熔噴噴頭4，包括與所述計量泵連通的噴絲板41和與所述空氣加熱器連通的氣流孔42，所述噴絲板41設置有熔體孔411，用於向所述三維立體工件6噴出聚合物熔融體細流，所述氣流孔42用於將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件6上；
[0049]與所述三維立體6連通的固化成型裝置9，用於對凝聚在所述三維立體工件6的熔噴纖維進行降溫以生成所述柔性材料。具體的，熔噴纖維之間通過互相粘合，熔噴纖維冷卻成網後最終生成柔性材料如非織造布。生成的所述柔性材料可以是貼身衣物，也可以是某一產品的外包裝。
[0050]優選的，所述螺杆擠出機2和計量泵3之間還連通有一熔體過濾器10，用於過濾聚合物熔融體中的雜質。
[0051]優選的，所述固化成型裝置9採用排風、紫外光照、雷射燒結、水霧冷卻方式進行固化。
[0052]優選的，所述三維立體工件6為一三維立體人體模型。具體的，生成的柔性材料包裹住所述三維立體人體模型以製成高精度的合成衣物。建立人體模型時可以先採用預設模型，然後通過調整預設模型的局部尺寸或對預設模型進行局部拉伸的方式建立逼真的三維立體人體模型。另外，建立三維立體人體模型時還需要考慮穿脫、材料彈性等因素。
[0053]優選的，所述三維立體工件6為一扁平製衣板。具體的，由於需要生成的是柔性材料，可以在扁平製衣板上按柔性材料如衣物存放時變成扁平狀態進行列印，避免複雜的支撐只需一扁平製衣板，從而加快列印速度。
[0054]可選的，每個熔體孔411的直徑為0.0635毫米。具體的，為了紡制納米纖維，熔體孔411需要比普通的熔噴設備上的噴絲孔要細得多，可採用細小到0.0635毫米(即63.5微米)或0.0025英時(0.0025*2.54cm = 0.00635cm)，模塊結構的噴絲板41可組合成3米以上的總寬度，這樣紡出的熔噴纖維直徑大約為500納米，最細的單纖直徑可達200納米。
[0055]優選的，所述噴絲板41的數量為一個或多個。多個噴絲板41根據一預設的幅寬進行組合。每個噴絲板41上的熔體孔411的數量為一個或多個。每個噴絲板41上分布有三排熔體孔411，每排熔體孔411的數量為2880個。具體的，紡制納米纖維的噴絲板41由於熔體孔411小，如不採取措施，產量必然大大降低，因此可以增加熔體孔411的孔數，每個噴絲板41有3排甚至更多排的熔體孔411。可將很多噴絲板41 (根據幅寬而定)組合在一起，在紡絲時產量便可大幅提高。實際情況是當採用63.5微米熔體孔411時，單排每米噴絲板的熔體孔411的數量為2880個，如採用三排，則每米噴絲板的孔眼數可達到8640孔，這樣其產量就可與紡制普通熔噴纖維相當。由於高密度孔的薄型噴絲板41價格昂貴，且很易碎裂(在高壓強下受熱裂開)，因此採用粘結新技術以增強噴絲板41的牢度，使之不因高壓強的情況下滲漏。
[0056]優選的，所述的柔性材料為柔性聚氨酯材料或柔性橡膠材料。
[0057]採用本實施例的方案，能夠實現柔性材料的便捷快速列印。另外，本實施通過結合熔噴工藝技術，從加工成纖維材料再到成品成型，實現了原傳統熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統工藝的成品效率，更進一步的實現了可定製化成品的生產加工，根據三維立體模型提供的參數，即可加工出尺寸精確的成品。
[0058]實施例二
[0059]如圖4所示，本發明還提供另一種柔性材料三維成型方法，採用實施例一的柔性材料三維成型系統，所述方法包括:
[0060]步驟SI，上料機提供聚合物熔融體至螺杆擠出機；
[0061]步驟S2，所述螺杆擠出機擠出所述聚合物熔融體至計量泵；
[0062]步驟S3，所述計量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量；
[0063]步驟S4，三維成型裝置加工支撐柔性材料的三維立體工件；
[0064]步驟S5，空氣壓縮機向空氣加熱器輸送壓縮後的空氣，空氣加熱器將壓縮後的空氣進行加熱後輸送至氣流孔；
[0065]步驟S6，熔噴噴頭的噴絲板上的熔體孔向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上；
[0066]步驟S7，與所述三維立體工件連通的排風風機對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行降溫以生成所述柔性材料；
[0067]步驟S8，所述柔性材料成型後，脫模去除三維立體工件。
[0068]實施例二的其它詳細內容具體可參見實施例一的相應部分，在此不再贅述。
[0069]綜上所述，本發明能夠實現柔性材料的便捷快速列印。另外，本發明通過結合熔噴工藝技術，從加工成纖維材料再到成品成型，實現了原傳統熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統工藝的成品效率，更進一步的實現了可定製化成品的生產加工，根據三維立體模型提供的參數，即可加工出尺寸精確的成品。
[0070]本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0071]專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
[0072]顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種柔性材料三維成型系統，其特徵在於，包括: 上料機，用於提供聚合物熔融體； 螺杆擠出機，與所述上料機連通，用於擠出所述聚合物熔融體； 計量泵，與所述螺杆擠出機連通，用於控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量； 空氣壓縮機，用於對空氣進行壓縮； 空氣加熱器，與所述空氣壓縮機連通，用於對壓縮後的空氣進行加熱； 三維成型裝置，用於加工支撐柔性材料的三維立體工件成型； 熔噴噴頭，包括與所述計量泵連通的噴絲板和與所述空氣加熱器連通的氣流孔，所述噴絲板設置有熔體孔，用於向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，所述氣流孔用於將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上； 固化成型裝置，與所述三維立體工件連通，用於對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行固化以生成所述柔性材料。
2.如權利要求1所述的柔性材料三維成型，其特徵在於，所述螺杆擠出機和計量泵之間還連通有一熔體過濾器，用於過濾聚合物熔融體中的雜質。
3.如權利要求1所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，所述固化成型裝置採用排風、紫外光照、雷射燒結、水霧冷卻方式進行固化。
4.如權利要求1所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，所述噴絲板的數量為一個或多個。
5.如權利要求4所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，多個噴絲板根據一預設的幅寬進行組合。
6.如權利要求4所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，每個噴絲板上的熔體孔的數量為一個或多個。
7.如權利要求6所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，每個噴絲板上分布有三排熔體孔，每排熔體孔的數量為2880個。
8.如權利要求1所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，每個熔體孔的直徑為0.0635 暈米。
9.如權利要求1所述的柔性材料三維成型系統，其特徵在於，所述的柔性材料為柔性聚氨酯材料或柔性橡膠材料。
10.一種柔性材料三維成型方法，其特徵在於，採用如權利要求1至9任一項所述的柔性材料三維成型系統，所述方法包括: 上料機提供聚合物熔融體至螺杆擠出機； 所述螺杆擠出機擠出所述聚合物熔融體至計量泵； 所述計量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數量； 三維成型裝置加工支撐柔性材料的三維立體工件； 空氣壓縮機向空氣加熱器輸送壓縮後的空氣，空氣加熱器將壓縮後的空氣進行加熱後輸送至氣流孔； 熔噴噴頭的噴絲板上的熔體孔向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細流牽伸成熔噴纖維以凝聚在所述三維立體工件上； 與所述三維立體工件連通的冷卻固化裝置對凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進行降溫以生成所述柔性材料；所述柔性材料成型後，脫模去除三維立體工件。
【文檔編號】B29C67/00GK104149338SQ201410310200
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】虞立, 蔡世光 申請人:英華達（上海）科技有限公司, 英華達(上海)電子有限公司, 英華達股份有限公司