CN104228067A

CN104228067A - 一种溶液固化快速成型制造方法

Info

Publication number: CN104228067A
Application number: CN201410352390.9A
Authority: CN
Inventors: 饶先花
Original assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Current assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明公开了一种溶液固化快速成型制造方法，包括步骤：配制溶液原料；利用计算机对所要形成的产品进行程序切割分层；通过计算机控制泵的启停、泵的流量和打印喷头的运动轨迹，使溶液原料在与凝固浴接触过程中发生化学或/和物理变化而固化成型；在打印完成一层实体层后控制可升降工作台下降一与虚拟层厚度相等的高度；重复前述直至打印出与各虚拟层相对应的所有实体层。本发明溶液原料作为快速增材制造的原材料，拓展了快速增材制造的原料范围，丰富了快速增材制造技术的生产方式；同时本溶液固化快速成型制造方法在生产制造过程中，不需要高能量激光等加热设备，生产过程能耗低，设备形式较简单，生产过程容易控制，易于大规模应用。

Description

一种溶液固化快速成型制造方法

技术领域

本发明涉及一种快速增材制造方法，特别涉及一种溶液固化快速成型制造方法。

背景技术

快速增材制造技术(又叫3D打印技术)是近年来受到广泛关注的一项技术，就是利用三维CAD的数据，通过各种手段将一层层的材料堆积成实体原型。其主要方式有熔融沉积技术(FDM)、选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结(SLS)、石膏3DP打印技术等，其打印用的原材料一般是丝状、粉末状的金属或非金属、光固化的液体树脂等。

光固化立体成型技术(SL)是一种以光敏树脂的聚合反应为基础，以计算机控制下的紫外激光，沿着部件各分层截面轮廓，对液态树脂进行逐点扫描，使被扫描的树脂薄层产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成部件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂，用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此循环往复，直到整个部件原型制造完毕。SL工艺的优点是精度较高，一般尺寸精度可控制在0.01mm，表面质量好，原料利用率接近100％，能制造形状特别复杂、精细的零件。

熔融沉积技术(FDM)技术是通过将丝状的材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热喷嘴中挤出，按照零件每层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积，叠加一层，工作台下降一个层厚进行叠加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。

由于现有的快速增材制造技术中所采用的材料一般是丝状、粉末状的金属或非金属、光固化的液体树脂等，这些材料在固化成型过程中一般需要激光或其它设备进行加热，因此在现有增材制造技术存在能耗较大，设备结构较复杂，控制难度较高等缺点；同时现有技术中还没有采用溶液作原材料的快速增材制造技术，增材制造技术方式还不够全面。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种溶液固化快速成型制造方法，以进一步丰富快速增材制造技术的方式。

本发明溶液固化快速成型制造方法，包括步骤：

(1)配制作为打印原材料的溶液原料，并将溶液原料装入保持其稳定性和均匀性的存储容器中；

(2)利用计算机对所要形成的产品进行程序切割分层，形成组成产品的各个虚拟层；

(3)采用泵将存储容器中的溶液原料经打印喷头喷入凝固浴中，所述凝固浴中设置有承载产品的可升降工作台，通过计算机控制泵的启停、泵的流量和打印喷头的运动轨迹，使溶液原料在与凝固浴接触过程中发生化学或/和物理变化而固化成型，固化成型材料在凝固浴的界面处堆积形成一层与步骤(2)中虚拟层形状一致的实体层；

(4)在打印完成一层实体层后控制可升降工作台下降与虚拟层厚度相等的高度；

(5)依次重复步骤(3)和步骤(4)，直至打印出与步骤(2)各虚拟层相对应的所有实体层。

进一步，在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生反相沉淀而固化成型。

进一步，所述溶液原料是聚合物以分子状态分散在溶剂中所形成的均相混合体系。

进一步，所述聚合物包括聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚丙烯腈、聚苯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸和聚丙烯酰胺中的至少一种；所述溶剂包括环丁砜、DMAc、DMSO、DMF和NMP中的至少一种；所述凝固浴包括水、环丁砜、DMAc、DMF和NMP中的至少一种。

进一步，在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生化学反应而固化成型，所述溶液原料包括环氧树脂乳化液、水泥砂浆或厌氧胶，所述凝固浴包括水、水蒸气、空气或氮气。

进一步，在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生结晶反应而固化成型。

进一步，所述溶液原料包括木质纤维素乳液或壳聚糖溶液，所述凝固浴为水。

进一步，在步骤(1)中，采用加热和搅拌方式保持溶液原料在存储容器中的稳定性和均匀性。

进一步，在步骤(3)中，采用加热或冷却方式以保持溶液原料固化成型所需的温度。

本发明的有益效果：本发明一种溶液固化快速成型制造方法，其利用溶液原料作为快速增材制造的原材料，拓展了快速增材制造的原料范围，丰富了快速增材制造技术的生产方式；同时本溶液固化快速成型制造方法在生产制造过程中，不需要高能量激光等加热设备，生产过程能耗低，设备形式较简单，生产过程容易控制，易于大规模应用。

附图说明

图1为实施本发明溶液固化快速成型制造方法的设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例一，如图所示，本实施例溶液固化快速成型制造方法，包括步骤：

(1)配制作为打印原材料的溶液原料，并将溶液原料装入保持其稳定性和均匀性的存储容器1中；

(2)利用计算机2对所要形成的产品进行程序切割分层，形成组成产品的各个虚拟层，利用程序切割分层产品属现有技术，可利用现有cad设计软件完成；

(3)采用泵3将存储容器1中的溶液原料经打印喷头4喷入凝固浴5中，所述凝固浴5中设置有承载产品6的可升降工作台7，通过计算机2控制泵3的启停、泵的流量和打印喷头的运动轨迹，使溶液原料在与凝固浴5接触过程中发生化学或/和物理变化而固化成型，固化成型材料在凝固浴5的界面处堆积形成一层与步骤(2)中虚拟层形状一致的实体层；

(4)在打印完成一层实体层后控制可升降工作台7下降与虚拟层厚度相等的高度；

(5)依次重复步骤(3)和步骤(4)，直至打印出与步骤(2)各虚拟层相对应的所有实体层；

(6)将打印所得产品从凝固浴5中取出，再经过后期精整等处理，即可得到最终的合格产品。

本实施例溶液固化快速成型制造方法，在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴5接触过程中发生反相沉淀而固化成型，所述溶液原料是聚合物以分子状态分散在溶剂中所形成的均相混合体系。

本实施例中，所述溶液原料为聚酰亚胺溶解在DMAc溶剂中形成的均相混合体系，所述凝固浴5为水、环丁砜、DMF或NMP等。当然在不同实施例中，所述溶液原料还可为聚醚砜溶解在砜溶剂中形成的均相混合体系，所述凝固浴为水、DMAc、DMF或NMP等；所述溶液原料还可为聚醚醚酮溶解在二苯砜中形成的均相混合体系，凝固浴为水、DMAc、DMF或NMP；所述所述溶液原料还可为聚丙烯腈溶解在DMF中形成的均相混合体系，所述凝固浴为为水、环丁砜、DMAc或NMP；本实施例中只是列举了部分能发生反相沉淀反应的溶液原料和凝固浴5，本领域技术人员应当理解采用了其他溶液原料和凝固浴，但与本溶液固化快速成型制造方法实质相同的溶液固化快速成型制造方法也应包含在本发明保护范围之中。

本实施例溶液固化快速成型制造方法，在步骤(1)中，采用加热和搅拌方式来保持溶液原料在存储容器1中的稳定性和均匀性。

本实施例溶液固化快速成型制造方法，在步骤(3)中，还采用了加热或冷却方式来保持溶液原料固化成型所需的温度。

实施例二：本实施例溶液固化快速成型制造方法与实施例一的区别在于：在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生化学反应而固化成型，所述溶液原料为环氧树脂乳化液，所述凝固浴为水、水蒸气、空气或氮气；当然在不同实施例中，所述溶液原料还可为水泥砂浆，所述凝固浴为水、水蒸气、空气或氮气；所述溶液原料还可为厌氧胶，所述凝固浴包括水、水蒸气、空气或氮气。本实施例溶液固化快速成型制造方法的其它步骤与实施例一相同，在此不再一一赘述。

实施例三：本实施例溶液固化快速成型制造方法与实施例一的区别在于：在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生结晶反应而固化成型，所述溶液原料包括木质纤维素乳液，所述凝固浴为水；当然在不同实施例中，所述溶液原料还可为壳聚糖溶液，所述凝固浴为水。本实施例溶液固化快速成型制造方法的其它步骤与实施例一相同，在此不再一一赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但是不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的其它技术方案，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生反相沉淀而固化成型。

3.根据权利要求2所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：所述溶液原料是聚合物以分子状态分散在溶剂中所形成的均相混合体系。

4.根据权利要求3所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：所述聚合物包括聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚丙烯腈、聚苯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸和聚丙烯酰胺中的至少一种；所述溶剂包括环丁砜、DMAc、DMSO、DMF和NMP中的至少一种；所述凝固浴包括水、环丁砜、DMAc、DMF和NMP中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生化学反应而固化成型，所述溶液原料包括环氧树脂乳化液、水泥砂浆或厌氧胶，所述凝固浴包括水、水蒸气、空气或氮气。

6.根据权利要求1所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述溶液原料在与凝固浴接触过程中发生结晶反应而固化成型。

7.根据权利要求6所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：所述溶液原料包括木质纤维素乳液或壳聚糖溶液，所述凝固浴为水。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：在步骤(1)中，采用加热和搅拌方式保持溶液原料在存储容器中的稳定性和均匀性。

9.根据权利要求8所述的一种溶液固化快速成型制造方法，其特征在于：在步骤(3)中，采用加热或冷却方式以保持溶液原料固化成型所需的温度。