柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：上料機(jī)，提供聚合物熔融體；螺桿擠出機(jī)，擠出聚合物熔融體；計(jì)量泵，控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)量；空氣壓縮機(jī)，對(duì)空氣進(jìn)行壓縮；空氣加熱器，對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)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(jì)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(shè)置有熔體孔，向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細(xì)流，氣流孔將聚合物熔融體細(xì)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(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行固化以生成柔性材料。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)柔性材料的便捷快速打印。
【專利說明】柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印(3D printing,三維成型)是三維快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。
[0003]3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
[0004]熔噴非織造工藝是指利用高速熱空氣對(duì)從模頭的噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽引，由此形成超細(xì)纖維并噴射在收集裝置上，進(jìn)而依靠自身粘合而成為無紡織物。熔噴裝置是進(jìn)行熔噴操作的主要設(shè)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(shè)置有包括多個(gè)噴絲口的噴絲狹縫，用于纖維的噴出。
[0005]然而，現(xiàn)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(shí)，3D打印成型的物體多為剛性物體。因此，目前采用亟需一種可打印柔性材料的柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種柔性材料三維成型系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性材料的便捷快速打印。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柔性材料三維成型系統(tǒng)，包括:
[0008]上料機(jī)，用于提供聚合物熔融體；
[0009]螺桿擠出機(jī)，與所述上料機(jī)連通，用于擠出所述聚合物熔融體；
[0010]計(jì)量泵，與所述螺桿擠出機(jī)連通，用于控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)量;
[0011]空氣壓縮機(jī)，用于對(duì)空氣進(jìn)行壓縮；
[0012]空氣加熱器，與所述空氣壓縮機(jī)連通，用于對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行加熱；
[0013]三維成型裝置，用于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(jì)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(shè)置有熔體孔，用于向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細(xì)流，所述氣流孔用于將聚合物熔融體細(xì)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，用于對(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行固化以生成所述柔性材料。
[0016]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述螺桿擠出機(jī)和計(jì)量泵之間還連通有一熔體過濾器，用于過濾聚合物熔融體中的雜質(zhì)。
[0017]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述固化成型裝置采用排風(fēng)、紫外光照、激光燒結(jié)、水霧冷卻方式進(jìn)行固化。
[0018]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述噴絲板的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0019]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，多個(gè)噴絲板根據(jù)一預(yù)設(shè)的幅寬進(jìn)行組合。
[0020]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，每個(gè)噴絲板上的熔體孔的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0021]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，每個(gè)噴絲板上分布有三排熔體孔，每排熔體孔的數(shù)量為2880 個(gè)。
[0022]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，每個(gè)熔體孔的直徑為0.0635毫米。
[0023]進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)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(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種柔性材料三維成型方法，采用上述柔性材料三維成型系統(tǒng)，所述方法包括:
[0025]上料機(jī)提供聚合物熔融體至螺桿擠出機(jī)；
[0026]所述螺桿擠出機(jī)擠出所述聚合物熔融體至計(jì)量泵；
[0027]所述計(jì)量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)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(jī)向空氣加熱器輸送壓縮后的空氣，空氣加熱器將壓縮后的空氣進(jìn)行加熱后輸送至氣流孔；
[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(xì)流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細(xì)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(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行降溫以生成所述柔性材料；
[0032]所述柔性材料成型后，脫模去除三維立體工件。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過上料機(jī)提供聚合物熔融體至螺桿擠出機(jī)；所述螺桿擠出機(jī)擠出所述聚合物熔融體至計(jì)量泵；所述計(jì)量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)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(jī)向空氣加熱器輸送壓縮后的空氣，空氣加熱器將壓縮后的空氣進(jìn)行加熱后輸送至氣流孔；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(xì)流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細(xì)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(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行降溫以生成所述柔性材料；所述柔性材料成型后，脫模去除三維立體工件，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性材料的便捷快速打印。
[0034]另外，本發(fā)明通過結(jié)合熔噴工藝技術(shù)，從加工成纖維材料再到成品成型，實(shí)現(xiàn)了原傳統(tǒng)熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統(tǒng)工藝的成品效率，更進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了可定制化成品的生產(chǎn)加工，根據(jù)三維立體模型提供的參數(shù)，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(fā)明一實(shí)施例的柔性材料三維成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的柔性材料三維成型系統(tǒng)的示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的熔噴噴頭的結(jié)構(gòu)圖；
[0038]圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的柔性材料三維成型方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0040]實(shí)施例一
[0041]如圖1?3所示，本發(fā)明提供一種柔性材料三維成型系統(tǒng)，包括:
[0042]上料機(jī)I，用于提供聚合物熔融體；
[0043]與所述上料機(jī)I連通的螺桿擠出機(jī)2，用于擠出所述聚合物熔融體；
[0044]與所述螺桿擠出機(jī)2連通的計(jì)量泵3，用于控制流入熔噴噴頭4的聚合物熔融體的數(shù)量；
[0045]空氣壓縮機(jī)7，用于對(duì)空氣進(jìn)行壓縮；
[0046]與所述空氣壓縮機(jī)7連通的空氣加熱器8，用于對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行加熱；
[0047]三維成型裝置5，用于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；用于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(jì)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(shè)置有熔體孔411，用于向所述三維立體工件6噴出聚合物熔融體細(xì)流，所述氣流孔42用于將聚合物熔融體細(xì)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，用于對(duì)凝聚在所述三維立體工件6的熔噴纖維進(jìn)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(wǎng)后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(chǎn)品的外包裝。
[0050]優(yōu)選的，所述螺桿擠出機(jī)2和計(jì)量泵3之間還連通有一熔體過濾器10，用于過濾聚合物熔融體中的雜質(zhì)。
[0051]優(yōu)選的，所述固化成型裝置9采用排風(fēng)、紫外光照、激光燒結(jié)、水霧冷卻方式進(jìn)行固化。
[0052]優(yōu)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制成高精度的合成衣物。建立人體模型時(shí)可以先采用預(yù)設(shè)模型，然后通過調(diào)整預(yù)設(shè)模型的局部尺寸或?qū)︻A(yù)設(shè)模型進(jìn)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(shí)還需要考慮穿脫、材料彈性等因素。
[0053]優(yōu)選的，所述三維立體工件6為一扁平制衣板。具體的，由于需要生成的是柔性材料，可以在扁平制衣板上按柔性材料如衣物存放時(shí)變成扁平狀態(tài)進(jìn)行打印，避免復(fù)雜的支撐只需一扁平制衣板，從而加快打印速度。
[0054]可選的，每個(gè)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(shè)備上的噴絲孔要細(xì)得多，可采用細(xì)小到0.0635毫米(即63.5微米)或0.0025英時(shí)(0.0025*2.54cm = 0.00635cm)，模塊結(jié)構(gòu)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(xì)的單纖直徑可達(dá)200納米。
[0055]優(yōu)選的，所述噴絲板41的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。多個(gè)噴絲板41根據(jù)一預(yù)設(shè)的幅寬進(jìn)行組合。每個(gè)噴絲板41上的熔體孔411的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)噴絲板41上分布有三排熔體孔411，每排熔體孔411的數(shù)量為2880個(gè)。具體的，紡制納米纖維的噴絲板41由于熔體孔411小，如不采取措施，產(chǎn)量必然大大降低，因此可以增加熔體孔411的孔數(shù)，每個(gè)噴絲板41有3排甚至更多排的熔體孔411?？蓪⒑芏鄧娊z板41 (根據(jù)幅寬而定)組合在一起，在紡絲時(shí)產(chǎn)量便可大幅提高。實(shí)際情況是當(dāng)采用63.5微米熔體孔411時(shí)，單排每米噴絲板的熔體孔411的數(shù)量為2880個(gè)，如采用三排，則每米噴絲板的孔眼數(shù)可達(dá)到8640孔，這樣其產(chǎn)量就可與紡制普通熔噴纖維相當(dāng)。由于高密度孔的薄型噴絲板41價(jià)格昂貴，且很易碎裂(在高壓強(qiáng)下受熱裂開)，因此采用粘結(jié)新技術(shù)以增強(qiáng)噴絲板41的牢度，使之不因高壓強(qiáng)的情況下滲漏。
[0056]優(yōu)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]采用本實(shí)施例的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性材料的便捷快速打印。另外，本實(shí)施通過結(jié)合熔噴工藝技術(shù)，從加工成纖維材料再到成品成型，實(shí)現(xiàn)了原傳統(tǒng)熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統(tǒng)工藝的成品效率，更進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了可定制化成品的生產(chǎn)加工，根據(jù)三維立體模型提供的參數(shù)，即可加工出尺寸精確的成品。
[0058]實(shí)施例二
[0059]如圖4所示，本發(fā)明還提供另一種柔性材料三維成型方法，采用實(shí)施例一的柔性材料三維成型系統(tǒng)，所述方法包括:
[0060]步驟SI，上料機(jī)提供聚合物熔融體至螺桿擠出機(jī)；
[0061]步驟S2，所述螺桿擠出機(jī)擠出所述聚合物熔融體至計(jì)量泵；
[0062]步驟S3，所述計(jì)量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)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(jī)向空氣加熱器輸送壓縮后的空氣，空氣加熱器將壓縮后的空氣進(jìn)行加熱后輸送至氣流孔；
[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(xì)流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細(xì)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(fēng)風(fēng)機(jī)對(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行降溫以生成所述柔性材料；
[0067]步驟S8，所述柔性材料成型后，脫模去除三維立體工件。
[0068]實(shí)施例二的其它詳細(xì)內(nèi)容具體可參見實(shí)施例一的相應(yīng)部分，在此不再贅述。
[0069]綜上所述，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)柔性材料的便捷快速打印。另外，本發(fā)明通過結(jié)合熔噴工藝技術(shù)，從加工成纖維材料再到成品成型，實(shí)現(xiàn)了原傳統(tǒng)熔噴工藝的一體化成型。不但提高了傳統(tǒng)工藝的成品效率，更進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了可定制化成品的生產(chǎn)加工，根據(jù)三維立體模型提供的參數(shù)，即可加工出尺寸精確的成品。
[0070]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。
[0071]專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。
[0072]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，包括: 上料機(jī)，用于提供聚合物熔融體； 螺桿擠出機(jī)，與所述上料機(jī)連通，用于擠出所述聚合物熔融體； 計(jì)量泵，與所述螺桿擠出機(jī)連通，用于控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)量； 空氣壓縮機(jī)，用于對(duì)空氣進(jìn)行壓縮； 空氣加熱器，與所述空氣壓縮機(jī)連通，用于對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行加熱； 三維成型裝置，用于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(jì)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(shè)置有熔體孔，用于向所述三維立體工件噴出聚合物熔融體細(xì)流，所述氣流孔用于將聚合物熔融體細(xì)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，用于對(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行固化以生成所述柔性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性材料三維成型，其特征在于，所述螺桿擠出機(jī)和計(jì)量泵之間還連通有一熔體過濾器，用于過濾聚合物熔融體中的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，所述固化成型裝置采用排風(fēng)、紫外光照、激光燒結(jié)、水霧冷卻方式進(jìn)行固化。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，所述噴絲板的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)噴絲板根據(jù)一預(yù)設(shè)的幅寬進(jìn)行組合。
6.如權(quán)利要求4所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)噴絲板上的熔體孔的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)噴絲板上分布有三排熔體孔，每排熔體孔的數(shù)量為2880個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)熔體孔的直徑為0.0635 暈米。
9.如權(quán)利要求1所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，其特征在于，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，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的柔性材料三維成型系統(tǒng)，所述方法包括: 上料機(jī)提供聚合物熔融體至螺桿擠出機(jī)； 所述螺桿擠出機(jī)擠出所述聚合物熔融體至計(jì)量泵； 所述計(jì)量泵控制流入熔噴噴頭的聚合物熔融體的數(shù)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(jī)向空氣加熱器輸送壓縮后的空氣，空氣加熱器將壓縮后的空氣進(jìn)行加熱后輸送至氣流孔； 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(xì)流，熔噴噴頭的氣流孔將聚合物熔融體細(xì)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(duì)凝聚在所述三維立體工件的熔噴纖維進(jìn)行降溫以生成所述柔性材料；所述柔性材料成型后，脫模去除三維立體工件。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104149338SQ201410310200
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】虞立, 蔡世光 申請(qǐng)人:英華達(dá)（上海）科技有限公司, 英華達(dá)(上海)電子有限公司, 英華達(dá)股份有限公司