[发明专利]一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法

说明书

本发明公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法，装置包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。本发明首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。

技术领域

本发明涉及3D打印技术，具体涉及一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法。

背景技术

熔融沉积制造技术(FDM)是将低熔点丝状材料通过热熔喷嘴加热挤出，同时三维喷头按照CAD分层数据控制的路径在指定位置沉积，快速冷却后形成一层截面，平台下降一个高度打印下一层，如此反复、逐层沉积，凝固成型后形成整个实体原型。

FDM工艺成型的材料以尼龙、ABS塑料、PLA塑料等热塑性材料为主。

目前常见的FDM喷头为0.4mm，同时采用的丝材为1.75mm，然而由于层与层之间的凝固沉积，打印喷头与平台的移动精度较低等因素导致了成型件外观较差，表面有明显的层状条纹，同时Z轴方向力学性能差等缺点。另一方面，FDM由于只能打印ABS、PLA塑料等少量热塑性材料，在打印材料选择方面受到了极大的限制。

光固化成型技术(SLA)，利用液态光敏材料在紫外线的照射下转变为固态聚合塑胶的特性，结合电脑三维图像，成型时，紫外光束在聚合物液面逐层扫描，照射表面逐层相互固化，最终形成立体模型。

然而光固化成型技术可以使用的材料仅限于光敏液态树脂，且固化时间较长，同时打印需要设计支撑结构，技术具有一定局限性。

静电纺丝(Electrospinning)是将聚合物溶液或熔体在高压电场中进行喷射纺丝的一种特殊纺丝方法。其原理是在喷射装置和接收装置间施加高压静电场，纺丝液在针头端部形成射流，并在电场中被拉伸，最终在接收装置上形成无纺状态的纳米纤维。

然而静电纺丝得到的纤维在接收板上呈无序堆积状态，同时得到的纳米长丝或短纤不容易分离。

目前主要的FDM型3D打印机的相关专利主要集中在喷头与移动方式的改造的设计，打印材料也仅限于常规热熔性ABS、PLA等材料。如专利CN206528081U通过提供一种横向和纵向移动装置，实现打印位置的调整；专利CN204674036U利用龙门框架控制工作平台和挤出机构的运动，提供了一种大尺寸打印设备方案；发明专利申请CN107199338A通过在喷头部分添加超声装置来提高层与层之间的结合强度；在打印材料方面发明专利申请CN106947210A通过将AB塑料、PLA等其他多种添加物混合提供一种韧性打印材料。目前几乎没有将3D打印技术备与静电纺丝技术结合在一起的专利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置。

本发明的技术方案如下：

一种基于静电纺原理的3D打印装置，包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。

其进一步的技术方案为，包括多个打印喷头和多个微量注射泵；每个微量注射泵与每个打印喷头一一对应连接；多个打印喷头固定在一起；不同的微量注射泵之内容纳不同的打印材料。