一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型技術(shù)(又稱為快速原型制造技術(shù)，Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)，又被稱作三維打印。該技術(shù)根據(jù)物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以逐層疊加的方式制造實(shí)體，它能克服目前傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙?？梢詫?shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)。
[0003]目前，三維打印技術(shù)已在眾多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，但三維打印技術(shù)仍存在一些問題有待解決，其中三維打印材料種類的不足就是一個重要的問題。目前三維打印材料主要有ABS、PLA系列材料、光敏樹脂材料、蠟質(zhì)材料、尼龍系列材料、高性能復(fù)合石膏材料等。這些材料中除了光敏樹脂系列材料外，都不能在一個單一的三維打印模型結(jié)合不同的成型材料進(jìn)行增材制造。此外，利用光敏樹脂系列材料在一個三維打印模型上使用不同的材料時各材料間的界面過于明顯，結(jié)合性能差，難以滿足使用需求。而實(shí)際的物體往往既有硬的部分也有軟的部分，要將這類物體直接打印出來就要求三維打印機(jī)能打印出能良好結(jié)合不同材料的模型。因此，需要研宄一種能實(shí)現(xiàn)打印不同材料層之間分界不明顯，結(jié)合性能好的三維打印模型的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維快速成型設(shè)備，利用不同配比的異氰酸酯和多元醇生成不同硬度的聚氨酯，通過液泵向擠出裝置輸送不同配比異氰酸酯和多元醇，兩種原料在擠出機(jī)內(nèi)充分混合反應(yīng)生成硬度不同的聚氨酯并被螺桿擠出；通過直角坐標(biāo)系三軸滾珠絲杠模組與步進(jìn)電機(jī)結(jié)合的裝置作為熔融層積成型平臺，實(shí)現(xiàn)物料的精確堆積。本發(fā)明可打印軟硬復(fù)合聚氨酯制品，提高軟硬界面的粘接強(qiáng)度，在生物組織工程、輪胎和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，可進(jìn)一步推動三維打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的普及。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備，由物料輸送單元、螺桿擠出單元、三維成型平臺單元、安全設(shè)備單元構(gòu)成；在物料輸送單元中，變量泵根據(jù)成型物質(zhì)硬度的不同，輸送不同配方比的異氰酸酯混合物和多元醇到擠出單元；在擠出單元中，螺桿分為輸送段和攪拌段，其中輸送段用于輸送建壓，攪拌段用于物料充分?jǐn)嚢?，步進(jìn)電機(jī)帶動螺桿旋轉(zhuǎn)使兩種物料充分混合，發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯并擠出；在三維成型平臺單元中，聚氨醋被擠出到承載臺上沉積成型；豎直方向步進(jìn)電機(jī)帶動相對應(yīng)的絲桿旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動承載平臺豎直方向移動，左右前后步進(jìn)電機(jī)與其滾珠絲杠滑臺模組安裝在承載平臺上，前后、左右方向步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動成型平臺沿前后、左右移動，從而實(shí)現(xiàn)成型平臺在直角坐標(biāo)系下的三維運(yùn)動。在安全設(shè)備單元中，排風(fēng)扇通過排風(fēng)管道將甲苯二異氰酸酯與多元醇反應(yīng)過程中揮發(fā)的氣味收集并排出。
[0006]本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中的物料輸送單元包括變量泵、進(jìn)料管、儲液槽、進(jìn)料口，其中進(jìn)料口在機(jī)筒上下端各布置一個，分別供給甲苯二異氰酸酯和多元醇；其中變量泵根據(jù)成型物質(zhì)硬度的不同，通過進(jìn)料管從儲液槽輸送不同比例的甲苯二異氰酸酯和多元醇至進(jìn)料口。
[0007]本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中的螺桿擠出單元包括步進(jìn)電機(jī)、機(jī)筒、螺桿、加熱器、風(fēng)扇；其中步進(jìn)電機(jī)可精確控制轉(zhuǎn)速，通過控制螺桿轉(zhuǎn)速，保證不同配比的聚氨酯原材料在機(jī)筒內(nèi)充分反應(yīng)；其中螺桿上下結(jié)構(gòu)不同，上端為輸送段，采用常規(guī)單螺桿結(jié)構(gòu)，用于輸送建壓；下端為攪拌段，其中攪拌段上帶有螺旋上升逐漸扭轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)曲面，物料沿著扭轉(zhuǎn)曲面向上運(yùn)動和翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)物料徑向運(yùn)動，大大增強(qiáng)混合效果；其中進(jìn)料口在機(jī)筒上下各一個，分別供給甲苯二異氰酸酯和多元醇；其中聯(lián)軸器將螺桿與步進(jìn)電機(jī)連接固定；其中加熱器能夠促使兩種原料進(jìn)行充分的反應(yīng)；其中風(fēng)扇向剛擠出的物料吹風(fēng)，使物料快速降溫固定成型，并且有助于多余的異氰酸酯單體快速揮發(fā)。
[0008]本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中的三維成型平臺單元由成型平臺、承載平臺、左右方向步進(jìn)電機(jī)、豎直方向步進(jìn)電機(jī)、前后方向步進(jìn)電機(jī)、絲杠，導(dǎo)軌構(gòu)成；其中成型平臺作為成型軟硬復(fù)合聚氨酯制品的平臺，由耐高溫材質(zhì)做成，保證在受熱狀態(tài)下不發(fā)生翹曲變形；步進(jìn)電機(jī)可快速準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)速，能夠變速旋轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)以及正逆向旋轉(zhuǎn)；其中左右方向步進(jìn)電機(jī)與傳動部分平臺連接，前后方向步進(jìn)電機(jī)安裝于左右方向步進(jìn)電機(jī)滑臺上，豎直方向步進(jìn)電機(jī)與承載平臺通過滾珠絲杠副連接，能夠?qū)⒉竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滑臺沿絲杠的平移，從而使承載板可沿前后左右以及豎直方向移動；其中導(dǎo)軌減小滾珠絲杠的負(fù)載并增加承載板移動時的穩(wěn)定性。
[0009]本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品的安全設(shè)備單元由排風(fēng)扇、排風(fēng)管道和膠皮手套構(gòu)成。通過排風(fēng)管道將甲苯二異氰酸酯與多元醇反應(yīng)過程中揮發(fā)出的氣味排出；膠皮手套使操作人員避免直接用手接觸便可從成型平臺上取下物品。配備安全成型單元更有利于保護(hù)操作人員安全以及身體健康，降低操作設(shè)備風(fēng)險。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備的整體圖。
[0011]圖2是本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備三維打印機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3是本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中的攪拌段細(xì)節(jié)圖。
[0013]1-多元醇原料，2-步進(jìn)電機(jī)，3-螺桿輸送段，4-螺桿攪拌段、5-異氰酸酯混合物原料，6-變量泵I，7-排風(fēng)扇，8-膠皮手套，9-風(fēng)扇，10-滾珠絲杠副三維運(yùn)動部件，11-成型平臺，12-電阻加熱器，13-變量泵2，14-機(jī)筒。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明提供了一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中，由螺桿擠出單元、物料輸送單元、三維成型平臺單元與安全設(shè)備單元構(gòu)成；其中螺桿擠出單元包括隔熱套
1、步進(jìn)電機(jī)2、螺桿輸送段3、螺桿攪拌段4、風(fēng)扇9、電阻加熱器12 ;其中物料輸送單元包括變量泵6和13、多元醇原料1、異氰酸酯混合物原料15 ;其中三維成型平臺單元包括滾珠絲杠副三維運(yùn)動部件10、三維成型平臺11 ;其中安全設(shè)備單元包括排風(fēng)扇7、膠皮手套8。
[0015]本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備中，儲變量泵6和13分別從兩種原料槽I和15中按一定的比例抽取兩種原料，使兩種原料分別通過進(jìn)料管進(jìn)入到機(jī)筒14 ;步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動螺桿3在機(jī)筒14中旋轉(zhuǎn)，其中螺桿上下結(jié)構(gòu)不同，上端是輸送段3，用于輸送建壓，下端是攪拌段4，用于物料充分?jǐn)嚢瑁渲行D(zhuǎn)曲面實(shí)現(xiàn)物料徑向運(yùn)動，大大增強(qiáng)混合效果，液體原料相互混合并在電阻加熱器12的加熱作用下充分反應(yīng)生成一定硬度的聚氨酯，并通過噴嘴擠出在成型平臺11表面，風(fēng)扇9向剛擠出的物料吹風(fēng)，使物料快速降溫固定成型，并且有助于多余的異氰酸酯單體快速揮發(fā)；同時三維成型平臺單元中滾珠絲杠副三維運(yùn)動部件中，X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動X軸滾珠絲杠以及Y軸步進(jìn)電機(jī)帶動成型平臺做平面運(yùn)動，以成型所需的截面；2軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動Z軸滾珠絲杠帶動承載平臺下降層厚高度，繼續(xù)下一個截面成型，如此重復(fù)直至成型整個三維制品，完成三維成型過程。排風(fēng)扇7將異氰酸酯與多元醇反應(yīng)過程中揮發(fā)的氣體排出；膠皮手套8使操作人員避免直接用手接觸便可從成型平臺11上取下物品。
[0016]本發(fā)明提供了一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型的方法是:在成型的過程中改變變量泵的排量，從而改變兩種液體原料的配方比，使擠出的聚氨酯的硬度改變，與已成型的部分結(jié)合在一起，最終成型軟硬材料沒有明顯界面的軟硬結(jié)合聚氨酯彈性體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備，其特征在于:由物料輸送單元、螺桿擠出單元、三維成型平臺單元、安全設(shè)備單元構(gòu)成；在物料輸送單元中，變量泵輸送不同配方比的異氰酸酯混合物和多元醇到擠出單元；在擠出單元中，螺桿分為輸送段和攪拌段，步進(jìn)電機(jī)帶動螺桿旋轉(zhuǎn)使兩種物料充分混合，發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯并擠出；在三維成型平臺單元中，聚氨醋被擠出到承載臺上沉積成型；豎直方向步進(jìn)電機(jī)帶動相對應(yīng)的絲桿旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動承載平臺豎直方向移動，左右前后步進(jìn)電機(jī)與其滾珠絲杠滑臺模組安裝在承載平臺上，前后、左右方向步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動成型平臺沿前后、左右移動，從而實(shí)現(xiàn)成型平臺在直角坐標(biāo)系下的三維運(yùn)動；在安全設(shè)備單元中，排風(fēng)扇通過排風(fēng)管道將甲苯二異氰酸酯與多元醇反應(yīng)過程中揮發(fā)的氣味收集并排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備，其特征在于:螺桿的攪拌段上帶有螺旋上升逐漸扭轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)曲面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品三維成型設(shè)備，主要由物料輸送單元、螺桿擠出單元、三維成型平臺單元和安全設(shè)備單元構(gòu)成；在物料輸送單元中，變量泵根據(jù)成型物質(zhì)硬度的不同，輸送不同配方比的異氰酸酯混合物和多元醇到擠出單元；在擠出單元中，螺桿分為輸送段和攪拌段，攪拌段用于物料充分?jǐn)嚢瑁谌S成型平臺單元中，聚氨酯被擠出到承載臺上沉積成型。本發(fā)明一種可制備軟硬復(fù)合聚氨酯制品的安全設(shè)備單元由排風(fēng)扇、排風(fēng)管道和膠皮手套構(gòu)成，通過排風(fēng)管道可將甲苯二異氰酸酯與多元醇反應(yīng)過程中揮發(fā)出的氣味排出；膠皮手套使操作人員避免直接用手接觸便可從成型平臺上取下物品。配備安全成型單元更有利于保護(hù)操作人員安全以及身體健康。
【IPC分類】B29C67-00, B33Y30-00
【公開號】CN104786506
【申請?zhí)枴緾N201510236735
【發(fā)明人】楊衛(wèi)民, 遲百宏, 馬昊鵬, 焦志偉, 譚晶, 丁玉梅
【申請人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月11日