靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)及方法、靜電紡絲設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜電紡絲軌跡控制領(lǐng)域，涉及一種靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)及方法，并使用所述系統(tǒng)改進靜電紡絲設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是利用高壓靜電紡絲技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)敏感材料的一種簡單而有效的液態(tài)制備方法。利用靜電紡絲技術(shù)已實現(xiàn)了多種有機高分子、無機及復合材料的制備。靜電紡絲技術(shù)是從電噴技術(shù)發(fā)展演化而來的，即在高壓靜電場作用下，聚合物熔體或溶液的導電液滴可以發(fā)生高速噴射，形成聚合物纖維的過程。靜電紡絲過程中，通過使帶有電荷的高分子熔體或溶液在高壓靜電場中噴射、拉伸、劈裂、揮發(fā)固化，最終形成纖維狀特質(zhì)的過程，是目前制備一維納米結(jié)構(gòu)敏感材料的重要方法之一。靜電紡絲技術(shù)的裝置主要由高壓電源、帶有噴頭的容器和接收裝置三部分組成。其中，高壓電源可以提供幾千到十幾萬伏的直流電壓，用以產(chǎn)生高壓靜電場;帶有噴頭的容器一般使用帶針頭的塑料或玻璃針管，針頭的粗細可根據(jù)溶液的黏度不同任意調(diào)節(jié)，一般為0.1?1mm;接收裝置是用來接收經(jīng)揮發(fā)或熔體固化后所形成的聚合物纖維，常采用導電性好的金屬板、導電玻璃等。
[0003]由于靜電紡絲設(shè)備在高壓靜電環(huán)境，工作環(huán)境要求嚴格，如果要人為手動收集到特殊排列、特殊結(jié)構(gòu)、特殊形貌的聚合物納米纖維是非常困難的，也不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。為了進一步對靜電紡絲納米纖維噴射纖維的運動軌跡進行精確控制，本設(shè)計擬采用PC和TC-55E系列運動控制器相結(jié)合，實現(xiàn)上位機、下位機的分層控制策略，實現(xiàn)紡絲噴頭的水平、豎直以及三維空間的多角度運動模式的安全運動控制，更好的對納米纖維的運動軌跡進行精準控制，方便對纖維形貌、性質(zhì)的研究和分析，具有重要的意義。
[0004]此外，現(xiàn)有實現(xiàn)靜電紡絲軌跡的控制，一般是對于制品平臺進行運動控制，從而實現(xiàn)紡絲軌跡控制，然而，控制整個制品平臺運動，往往由于控制的制品平臺面積較大，使得控制系統(tǒng)復雜，也易導致成形的紡絲軌跡控制精度不高，并且，面控制缺少點控制的移動靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決對紡絲軌跡精確控制的問題，本發(fā)明提出了一種靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)及方法、靜電紡絲設(shè)備，實現(xiàn)了靜電紡絲噴頭平面運動軌跡的控制，并可根據(jù)纖維收集過程的排列需要對位置進行調(diào)整。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用的技術(shù)方案是:一種靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)，包括橫向運動導軌、縱向運動導軌、運動控制器、伺服電機，所述橫向運動導軌具有沿橫向運動的橫向滑動塊，所述縱向運動導軌具有沿縱向移動的縱向滑動塊，噴頭連接于一滑動塊，而兩個滑動塊相連，橫向滑動塊橫向滑動時，縱向運動導軌隨橫向滑動塊的滑動速度與方向一并滑動，縱向滑動塊縱向滑動時，橫向運動導軌隨縱向滑動塊的滑動速度與方向一并滑動，且橫向滑動塊、縱向滑動塊、橫向運動導軌、縱向運動導軌由伺服電機調(diào)速控制以滑動，且伺服電機由運動控制器控制。
[0007]進一步的，噴頭連接的推進器的速度由運動控制器控制伺服電機的調(diào)速而控制。
[0008]進一步的，所述伺服電機調(diào)速控制包括對橫向滑動塊和縱向滑動塊的運動速度控制和移動距離控制。
[0009]進一步的，噴頭對應(yīng)于其下方的紡絲收集板，噴頭與推進器由連接管線相連接，所述連接管線為柔性材質(zhì)制成，且連接管線的長度，足以在各滑動塊滑動至運動導軌的極限位置時，仍具有可伸縮性。
[0010]進一步的，所述每個運動導軌的兩端的極限位置之間為安全運動區(qū)間，滑動塊滑動超出該區(qū)間時，系統(tǒng)發(fā)出報警。
[0011]本發(fā)明還涉及一種靜電紡絲的軌跡控制方法，使用上述的靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)，建立靜止條件下，靜電紡絲軌跡模型，使用上位機對運動控制器的X和Y軸的運動軌跡進行設(shè)置，并進行位置螺旋線的逆圓補償，實現(xiàn)點軌跡的收集。
[0012]本發(fā)明還涉及一種靜電紡絲設(shè)備，安裝有上述的靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)。
[0013]有益效果:本發(fā)明所述的靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)，使用分別沿著橫、縱向運動導軌滑動的滑動塊帶動噴頭進行點軌跡形成，并使用運動控制器對滑動塊軌跡控制而控制靜電紡絲的軌跡，提高了紡絲軌跡形成的精度，現(xiàn)有技術(shù)中，使用運動控制器實現(xiàn)滑塊沿導軌的軌跡控制，雖然為常規(guī)技術(shù)手段，然而本發(fā)明基于對現(xiàn)有技術(shù)中給出的對制品平臺的平面控制的啟示，將其改進為對噴頭的點控制，從而提供控制精度。而為了適應(yīng)改進的控制手段，連接管線選用柔性材質(zhì)制成，且連接管線的長度，足以在各滑動塊滑動至運動導軌的極限位置時，仍具有可伸縮性。這樣，使得點(噴頭軌跡)控制過程，由于其兩個滑動的線運動而形成噴頭的面軌跡，對于連接管線的改進可以適應(yīng)噴頭移動范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2為本發(fā)明所述靜電紡絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為傳統(tǒng)靜電紡絲的螺旋線軌跡和改進后可形成的一種軌跡的對比圖，左為傳統(tǒng)靜電紡絲的螺旋線軌跡，右為改進后可形成的一種軌跡。
[0017]其中:1.橫向運動導軌，2.縱向運動導軌，3.橫向滑動塊，4.縱向滑動塊，5.噴頭，
6.推進器，7.紡絲收集板，8.連接管線。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:一種靜電紡絲的軌跡控制系統(tǒng)，包括橫向運動導軌1、縱向運動導軌2、運動控制器、伺服電機，所述橫向運動導軌1具有沿橫向運動的橫向滑動塊3，所述縱向運動導軌2具有沿縱向移動的縱向滑動塊4，噴頭5連接于一滑動塊，而兩個滑動塊相連，橫向滑動塊3橫向滑動時，縱向運動導軌2隨橫向滑動塊3的滑動速度與方向一并滑動，縱向滑動塊4縱向滑動時，橫向運動導軌1隨縱向滑動塊4的滑動速度與方向一并滑動，且橫向滑動塊3、縱向滑動塊4、橫向運動導軌1、縱向運動導軌2由伺服電機調(diào)速控制以滑動，且伺服電機由運動控制器控制。所述運動控制器使用TC55E系列運動控制器。
[0019]套