個性化口罩快速制造3d打印復印一體機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料加工成型領域，尤其涉及一種高性能口罩快速制造3D打印復印一體機。
【背景技術】
[0002]現有塑料制品的模具加工生產方式有注塑成型、熱壓成型等成型方法。注塑成型又稱注射模塑成型，它是一種注射兼模塑的成型方法，是指在一定溫度下，通過螺桿攪拌將完全熔融的塑料材料用高壓射入模腔，經冷卻固化后，得到成型品的方法。熱壓成型主要是利用加熱加工模具后，注入試料，以壓力將模型固定于加熱板，控制試料的熔融溫度及時間，以達熔化后硬化、冷卻，然后取出成品。
[0003]顯然，注塑成型與熱壓成型方法的成型模具為單一形狀，無法在同一成型裝置中成型不同形狀的制品，使得制品生產存在局限性。也就是說，每一種制品都要加工制造一種模具，造價昂貴、靈活性低。
[0004]目前，霧霾成了人們日常生活中的熱門話題，口罩的需求也逐漸擴大，其中就包括以塑料骨架制作的口罩或防毒面具。但是由于每個人的面部特征不同，一種形狀的塑料口罩是無法很好地適用于不同的個體，那么就要求塑料口罩的形狀多樣化以實現其個性定制。
[0005]在專利CN201120119709中，提出了一種自動模壓口罩成型機，其成型裝置包括有熱成型口罩襯底的上模與下模，下模固定于機架，上模配設有上下動作且缸體固定于機架的成型氣缸，成型氣缸的柱塞與上模驅動連接。這種成型機仍舊需要整體的模具，并且一個模具只能生產一種形狀的制品，無法實現一模多形的情況。
[0006]而本技術從一種名為“釘子手?！钡墓に嚻放c針式打印機得到啟示，可將模具設計成一種可以隨著成型制品形狀不同而變化的單元柱組合模，從而可實現根據每個人的臉部輪廓進行個性化定制。
【發(fā)明內容】
[0007]為解決注塑成型及熱成型方法制造不同口罩需要不同模具，從而造價昂貴、靈活性低的問題，本發(fā)明提供了一種個性化的高性能口罩快速制造3D打印復印一體機。
[0008]本發(fā)明采用的技術方案是:一種個性化口罩快速制造3D打印復印一體機，包括吸塑薄片放卷裝置、送料裝置、切割裝置、口罩成型系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)和3D掃描系統(tǒng)。吸塑薄片放卷裝置位于最前端，送料裝置、切割裝置、口罩成型系統(tǒng)依次排列其后。
[0009]口罩成型系統(tǒng)包括預熱及冷卻裝置、夾持裝置、數字化控制3D吸塑模具。預熱及冷卻裝置設置在夾持裝置上方，數字化控制3D吸塑模具設置在夾持裝置下方。3D掃描系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)對接，并通過計算機控制系統(tǒng)控制數字化控制3D吸塑模具的形狀。
[0010]其中，數字化控制3D吸塑模具包括單元柱、單元柱支撐板、復位彈簧、電磁位移發(fā)生器、真空通道和模具箱體；復位彈簧套在單元柱下部分以實現自動復位功能；每個單元柱下端存在磁鐵，磁鐵的極性與其下方的電磁發(fā)生器產生的磁場的極性相同，同性磁極相互排斥以實現單元柱上下移動，電磁位移發(fā)生器設置在單元柱的正下方從而使得單元柱受力比較均勻穩(wěn)定，真空通道開設在模具箱體底部正中央，單元柱中心有氣孔或單元柱間有通氣的通道，單元柱支撐板為單元柱的安裝板，單元柱支撐板上開孔的個數與單元柱的個數相同，單元柱支撐板為單元柱導向，單元柱的上部分截面直徑大于單元柱支撐板上單元柱安裝孔的截面直徑，復位彈簧頂在單元柱支撐板下方，單元柱支撐板位于模具箱體內高度的接近中間位置，單元柱在彈簧和電磁力的作用下在單元柱支撐板的空中可上下自由移動。
[0011]本發(fā)明中的單元柱有兩種技術方案:一種是單元柱為長方體，橫截面形狀為正方形，相鄰單元柱緊密接觸，其間依靠側面相互配合實現定位作用從而保證單元柱始終處于鉛直狀態(tài)，單元柱中央沿軸線開設通氣孔，通氣孔位于每個單元柱的中心以實現氣流的均勻流動；另一種是單元柱為圓柱體，橫截面形狀為圓形，單元柱頂部為半球狀，因相鄰接觸圓柱體之間自然存在空隙，無需開設通氣孔從而可使單元柱加工更簡單，且加工的截面積可以更小以提高制品加工表面輪廓精度，直接依靠單元柱彼此之間的間隙作為氣體流通的通道，單元柱半球狀頭部加耐高溫橡膠層以使制品加工表面質量更高。
[0012]本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機的單元柱側面噴涂摩擦系數低的材料，或單元柱本身采用摩擦系數小的材料制造，以減少單元柱上下移動時的摩擦阻力。
[0013]本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機的步驟為:操作者通過3D掃描系統(tǒng)掃描人的面部特征傳遞到計算機控制系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)通過分析，自動添加擬合口罩的某些形狀特征，如嘴部通氣部分，并生成位置坐標，然后通過調整每個電磁位移發(fā)生器中的電流大小控制電磁力，使對應的單元柱上下移動處于不同位置形成模腔表面。在上述過程進行的同時，通過計算機控制系統(tǒng)控制吸塑薄片放卷裝置自動上料，送料裝置將片材輸送到數字化控制3D吸塑模具正上方，夾持裝置將片材穩(wěn)定固定，再由切割裝置切斷。在以上準備過程完成后，再通過計算機控制系統(tǒng)控制預熱裝置對片材進行預熱，可采用紅外線加熱的方式。預熱完畢后，若采用橫截面形狀為正方形的單元柱，則利用真空泵把空氣從模腔經過通氣孔與真空通道抽走；若采用橫截面形狀為圓形的單元柱，則直接利用真空泵把氣體通過單元柱間空隙與真空通道抽走，從而在薄片下側形成負壓，在大氣壓作用下使得薄片變形貼附在模具輪廓面上。接著，冷卻裝置對制品進行冷卻，可采用風冷冷卻的方式。然后，取下制品進行后處理，完成整個工藝過程，得到制品。所得制品在嘴巴部位開設有通氣通道，所以后處理主要是在口罩制品的嘴部突起部位內置PM2.5過濾層，過濾層內儲有納米纖維等過濾材料，用于過濾PM2.5顆粒，阻隔其進入人體呼吸系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明中的數字化控制3D吸塑模具的工作原理是通過計算機控制系統(tǒng)控制，使電磁位移發(fā)生器中的線圈產生不同的電流值，從而形成不同大小的電磁力，再根據磁場同極相斥的原理使單元柱向上移動，單元柱通過上下移動達到不同的位移，組合形成不同的模具表面，實現模具的可變性。
[0015]考慮到電磁力易受到外界干擾而使單元柱上下擾動，導致位置精度降低的問題，所采取的改進實施例如下:將模具箱體的側板和底板分離成獨立的四個模具箱體側板及一個模具箱體底板，相對的模具箱體側板在驅動力的作用下可實現微小位移的相離或相近運動。當所有的單元柱在電磁力作用下移動到指定位置后，四個模具箱體側板在驅動力作用下向模具箱體中心靠攏，在單元柱側面產生足夠的正壓力，使該正壓力所產生的摩擦力大于單元柱的重力，使得單元柱不至于向下滑動，然后撤去電磁力后仍能維持位置的穩(wěn)定。為了保證密封性，在沿模具箱體內側裝有具有彈性的密封橡膠囊，這樣無論模具箱體側板如何運動，密封橡膠囊均能保證吸塑時工作空間的密封性。單元柱的安裝板為單元柱支撐板，單元柱支撐板與模具箱體制作成一體，而當有密封橡膠囊時，單元柱支撐板位于模具箱體的固定的高度，單元柱支撐板在非工作狀態(tài)時固定支撐單元柱，在工作狀態(tài)，單元柱上移，四個模具箱體側板在驅動力作用下向模具箱體中心靠攏，單元柱支撐板通過密封橡膠囊與四個模具箱體側板壓緊。
[0016]本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機的一種方案是將成型模具輪廓微分成一個個小的正方形，邊長尺寸在2?5_之間不等，根據所需設備精度及制造成本、制品要求等決定；另一種方案是將成型模具輪廓微分成一個個小的圓形，半徑為2?5mm不等，根據所需設備精度及制造成本、制品要求等決定。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:由于采用單元柱的移動，如同針式打印機，并且3D掃描系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)使得模具型腔可變化，擺脫了原來的不同形狀制品就需要不同模具的現狀，這種吸塑過程如同復印，故而稱作打印復印一體機，也使得所生產的口罩可以根據人的面部輪廓進行個性化定制，從而可以滿足不同的個體的使用要求；具有操作簡單、成本低、生廣效率1?、制品性能優(yōu)化、靈活性1?、安全系數1?等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機吸塑成型前的口罩成型系統(tǒng)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機吸塑成型后的口罩成型系統(tǒng)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機數字化控制3D吸塑模具中的正方形橫截面單元柱示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機數字化控制3D吸塑模具中的圓形橫截面單元柱示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機數字化控制3D吸塑模具中的正方形橫截面單元柱另一種結構示意圖
[0024]圖7為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機數字化控制3D吸塑模具示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機所制得的制品示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機另一實施例；
[0027]圖10為本發(fā)明個性化口罩快速制造3D打印復印一體機單元柱與單元柱支撐板接觸處局部放大圖。
[0028]圖中:1.吸塑薄片放卷裝置，2.送料裝置，3.切割裝置，4.預熱及冷卻裝置，5.夾持裝置，6.數字化控制3D模具，7.計算機控制系統(tǒng)，8.3D掃描系統(tǒng)，9.片材，10.通氣孔，11.單元柱，12.復位彈簧，13.模具箱體，14.電磁位移發(fā)生器，15.真空通道，16.磁鐵，17.耐熱橡膠層，18.密封橡膠囊，19.單元柱支撐板；其中，13-1.模具箱體側板，13-2.模具箱體底板。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作出說明。
[0030]本發(fā)明是一種個性化口罩快速制造3D打印