[发明专利]一种基于电流变液的快速成型方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流变液的快速成型方法及装置，特别涉及一种利用电流变液在电场下的电流变效应，通过喷射电流变液到存在电场的沉积基板上迅速固化，逐层成型最终形成三维实体的快速成型方法及装置。

背景技术

快速成型是一种快速制造复杂三维实体的先进制造技术。目前主流的快速成型技术中，熔融沉积快速成型方法因为成本最为低廉而广受青睐(US6253116 B1)。典型的熔融沉积快速成型技术如附图1。容器3中的材料被加热元件10加热呈熔融状态。在驱动泵4的作用下，熔融材料经连接管道6被输送至喷头5喷出；因为冷却器12的存在，熔融材料到达沉积基台1会迅速凝固；以此同时，计算机7一方面调节驱动泵4流量，另一方面控制伺服机构8决定喷头5的三维运动，使熔融材料按工件截面逐层凝固成型，最终形成三维实体。

然而，上述熔融沉积快速成型工艺存在以下不足：(1)需要复杂的温控装置。图1中喷头温控装置11需保证喷头内熔融材料温度不能太低(防止凝固堵塞)，也不能太高(防止喷射到基台上之后冷却过慢而溢流)；(2)相变方法控制工质“液/固”状态改变成型能耗高，同时容易发生相变缩孔，变形等问题；因此，寻找更加高效的液/固转变方式，获取结构简单，成本低廉，性能优越的喷射快速成型方法仍然是工业界亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的提供一种基于电流变液的快速成型方法和装置，即利用电流变液在电场下的电流变效应，通过喷射电流变液到存在电场的沉积基板上迅速固化，逐层成型，而最终形成三维实体。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的基于电流变液的快速成型方法，其为通过喷射电流变液到带有电场的沉积基台上，利用电流变效应使电流变液迅速固化，而在所述沉积基台上逐层沉积以构建三维实体。

本发明提供的基于电流变液的快速成型装置，如图2所示，其由沉积基台1、电极2、储液容器3、驱动泵4、喷头5、连接管道6、计算机7和伺服机构8组成；所述储液容器3内装电流变液9；

所述储液容器3、驱动泵4和喷头5通过连接管道6顺序相连通，以形成电流变液的输送路径；

所述计算机7设置两条控制线路，第一控制线路控制驱动泵4流量，第二控制线路通过伺服机构8控制喷头5的三维运动；所述的计算机7处理三维数据和发送控制指令，其一方面调节泵4流量，另一方面控制伺服机构8决定喷头5的三维运动，使流体流速和喷头运动速度合理配合，保证系统正确运行。

所述的沉积基台1作为待沉积模型(三维实体)逐层成型的平台，所述电极2由正电极和负电极组成，所述正电极和负电极紧贴于沉积基台1上的待沉积模型两侧，其电压范围为10V～100KV，可以提供使电流变液固化所需的电场环境。

所述喷头5喷口直径为1微米～10毫米。

所述喷头5、储液容器3、驱动泵4及连接管路5可为多个，以实现多泵输送，多喷头同时造型，提高成型速度；也可采用多流道输送不同颜色的液体，进行彩色造型的设计。

所述正电极和负电极之间电压范围为10V～100KV。

所述计算机7内安装有三维建模软件，模型分析软件和模型截面数据提取软件，并根据待沉积模型的三维信息生成伺服机构8的运动指令、驱动泵4流量控制指令及发送错误报警信息。

所述驱动泵为叶片式泵、容积式泵、以及压电泵、电润湿泵或蠕动泵；其中蠕动泵因为流量易控，泵体不与流体接触，可驱动多条流道等优点为最优选择。

所述电流变液为含水电流变液、聚合物无水电流变液、无水无机电流变液、有机-无机复合电流变液或多层包覆结构电流变液。

本发明利用计算机构建待沉积模型(CAD三维模型)，其构建流程如图3所示：

将拟构建的三维模型(需成型的模型)首先输入计算机7，经过软件分析并提取模型的截面数据；然后由计算机7根据模型截面数据信息控制喷头5沿截面轮廓和填充轨迹运动，同时定量控制驱动泵4喷射电流变液9到沉积基台1上，进行逐层堆叠建模；此时电极2的正、负电极产生的电场是保证电流变液迅速固化的关键条件；最后成型完成的三维模型样品可以通过维持电场保持其外形，也可以使用低温环境将整个三维模型样品冷冻固化，脱离电场后保持外形。