一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及裝備制造領(lǐng)域，確切的說涉及一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨具有較高的比表積和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，在電子元器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料等領(lǐng)域得以廣泛運(yùn)用。然而，石墨粉末本身的片狀結(jié)構(gòu)以及其質(zhì)輕、易破碎和團(tuán)聚的特性，使石墨粉末難以成型，特別是石墨器件制造難度極大，這限制了石墨的工程實(shí)際應(yīng)用范圍。目前，主要采取混料成形方法制備石墨板材，石墨板材的成形制造工藝主要分為混料和成形兩個環(huán)節(jié)，混料和成形效果的好壞直接影響涂層性能及其穩(wěn)定性。其中混料工藝方法有干混和濕混兩種，干混就是將石墨粉末與有機(jī)物通過直接混合或者熔融混合的方式混合在一起，其主要缺點(diǎn)就是石墨粉末容易團(tuán)聚且混合不均勻、耗時較長；濕混就是將石墨粉末混入有機(jī)溶劑中制成相應(yīng)的涂料，混料工藝過程復(fù)雜，這種方法的主要缺點(diǎn)就是溶劑比較容易揮發(fā)，對環(huán)境污染大、且耗時耗能，成本高昂。而成形工藝又分為共擠擠壓法和流延成型法，這兩種方法均對成形漿料的流動性能有著特殊要求，即流動性要好?？梢姮F(xiàn)階段對于以石墨粉末來制造石墨板材或者復(fù)雜石墨器件均存在著難以成型，工藝比較復(fù)雜、成本高等問題，并沒有非常理想的工藝方法與裝備。
[0003]微噴射打印是一種利用空氣動力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)納米/微米級材料的精確沉積成型技術(shù)，通常是將待成型的材料經(jīng)過相應(yīng)的前處理后，利用打印機(jī)將其直接噴射打印到載體上，成型體的形狀和尺寸由計算機(jī)控制。它可用于塊體材料成型，更適合于薄膜材料成型。例如:以色列Objet公司于2000年初推出的PolyJet聚合物噴射專利技術(shù)，其成型原理與3DP有點(diǎn)類似，不過噴射的不是粘合劑而是聚合成型材料，PolyJet技術(shù)也是當(dāng)前最為先進(jìn)的3D打印技術(shù)之一。
[0004]隨著技術(shù)的日益進(jìn)步，微噴射打印的材料也變得更加多樣化，例如基于冷噴涂原理的微噴射打印成形，其具有噴涂效率高、速度快、形成涂層強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是高壓氣體通過縮放噴管Laval噴管產(chǎn)生超音速(300-1200 m/s)流動，超細(xì)固體粉末粒子從軸線方向送入氣流中，粉末粒子(1-50 μm)被高速氣流加速，以完全固體狀態(tài)撞擊基體表面，通過較大的塑性變形使得粉末粒子沉積在基體上并形成涂層。
[0005]基于上述基本原理，研宄人員也開發(fā)出了相應(yīng)的打印設(shè)備。例如專利號CN00253384.7公布了一種超音速冷噴涂裝置。主要包括本體、縮放噴管、混合器等部件組成，借助高壓常溫空氣為動力來完成材料表面的改性，結(jié)構(gòu)較為簡單。這種裝置可以一定程度上實(shí)現(xiàn)特殊涂層的制備，例如銅、鈦、鋁等金屬顆粒，但是，同時也存在著只能針對流動性較好的粉體顆粒而且不能實(shí)現(xiàn)噴射打印量和噴射打印范圍的精確控制。顯然現(xiàn)有的設(shè)備很難滿足石墨粉末的微噴射打印，因此，有必要開發(fā)一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有的微噴射打印裝置只能針對流動性較好的粉體顆粒而且不能實(shí)現(xiàn)噴涂量和噴涂范圍的精確控制等缺點(diǎn)，提供一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，它包括機(jī)架，石墨送粉器設(shè)置在機(jī)架的頂端，三維運(yùn)動平臺設(shè)置在機(jī)架的中部，氣體控制單元和運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元設(shè)置在機(jī)架的底部，供氣單元沿著機(jī)架外圍順序布置。
[0008]所述供氣單元包括氣源，氣管和氣源相連，氣管上依次連接有電磁閥、調(diào)壓閥、流量調(diào)節(jié)閥、流量計和壓力表，打印噴頭連接在氣管末端。
[0009]所述的氣源為氮?dú)?、氦氣的高壓氣瓶?br>[0010]所述的三維運(yùn)動平臺的X/Y/Z三個方向的運(yùn)動范圍分別控制在0-245mm、0-300mm、0-150mmo
[0011]本實(shí)用新型有如下有益效果:
[0012](I)所述的一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，石墨送粉器、三維運(yùn)動平臺、氣體控制單元單元和運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元分別安置在機(jī)架的頂端、中部和底部，供氣單元則沿著機(jī)架外圍順序布置，結(jié)構(gòu)比較緊湊、而且便于加工和組裝，降低成本。
[0013](2)所述的一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置將三維運(yùn)動平臺和供氣單元及石墨送粉器結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)了對石墨微粉的噴射打印量和噴射打印范圍的精確控制，具有打印點(diǎn)匯聚性好，涂層均勻、且軌跡可控等優(yōu)點(diǎn)，相較于普通的冷噴涂裝置，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對較為復(fù)雜的三維制品的打印。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0015]圖1為用于微噴射打印的三維打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為用于微噴射打印的三維打印裝置的主視圖。
[0017]圖3為用于微噴射打印的三維打印裝置的俯視圖。
[0018]圖4為用于微噴射打印的三維打印裝置的左視圖。
[0019]圖中:I機(jī)架、2三維運(yùn)動平臺、3石墨送粉器、4供氣單元、5氣體控制單元單元、6運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元、4-1氣源、4-2氣管、4-3電磁閥、4-4調(diào)壓閥、4_5流量調(diào)節(jié)閥、4_6流量計、4-7壓力表、4-8打印噴頭。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]參見圖1，一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，它包括機(jī)架1，石墨送粉器3設(shè)置在機(jī)架I的頂端，三維運(yùn)動平臺2設(shè)置在機(jī)架I的中部，氣體控制單元5和運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元6設(shè)置在機(jī)架I的底部，供氣單元4沿著機(jī)架I外圍順序布置，通過上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠提高結(jié)構(gòu)緊湊性，使整個打印設(shè)備的體積更小，同時使打印精度更高。
[0023]參見圖2-4，所述的供氣單元4包括氣源4-1，氣管4_2和氣源4_1相連，氣管4_2上依次連接有電磁閥4-3、調(diào)壓閥4-4、流量調(diào)節(jié)閥4-5、流量計4-6和壓力表4_7，打印噴頭4-8連接在氣管4-2末端。通過上述供氣單元的設(shè)計，能夠保證石墨粉在打印過程中順利噴出。
[0024]優(yōu)選的，所述的氣源4-1為氮?dú)?、氦氣的高壓氣瓶，通過高壓氣源有效的保證石墨粉能夠從打印噴頭噴出。
[0025]優(yōu)選的，所述的三維運(yùn)動平臺2的X/Y/Z三個方向的運(yùn)動范圍分別控制在0-245mm、0-300mm、0-150mm。通過上述的運(yùn)動范圍的控制保證了所打印物體的體積。
[0026]本實(shí)用新型的工作原理及工作過程:
[0027]本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)以石墨粉體為打印材料通過微噴射打印的技術(shù)按照產(chǎn)品所設(shè)計的外形來進(jìn)行精確制造復(fù)雜石墨元器件。將三維運(yùn)動平臺2、石墨送粉器3、供氣單元4、氣體控制單元5、運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元6等集成到機(jī)架I之上，有效的減小了整個裝置的體積。
[0028]工作時，先由運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元6開始控制三維運(yùn)動平臺2運(yùn)動將打印噴頭4-8移動到指定的打印區(qū)域，然后石墨送粉器3將石墨打印粉體輸送到指定出口打印位置，氣體控制單元5通過控制供氣單元4的通斷、壓力高低和流量大小，來產(chǎn)生高壓、高速氣流，并通過這種氣流帶著石墨打印粉體通過打印噴頭4-8噴射到事先準(zhǔn)備的基材上，形成微噴射打印的特征點(diǎn)，重復(fù)單個特征點(diǎn)的打印形成打印線條。在完成對該單元層的后續(xù)處理后，再重復(fù)上述打印工作最終得到整個石墨元器件。
[0029]本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)冷噴涂設(shè)備中微噴射打印裝置只能針對流動性較好的粉體顆粒而且不能實(shí)現(xiàn)噴涂量和噴涂范圍的精確控制等缺點(diǎn)，結(jié)合特定的微粉石墨送粉器和三維運(yùn)動平臺實(shí)現(xiàn)了在石墨微噴射打印時按照所設(shè)計的產(chǎn)品外形在噴射打印量和噴射打印范圍上進(jìn)行了精確控制，完成每層的二維層單元打印，層層累積獲得完成的石墨元器件。
[0030]上述實(shí)施例用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用機(jī)新型做出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，其特征在于:它包括機(jī)架(1)，石墨送粉器(3 )設(shè)置在機(jī)架(I)的頂端，三維運(yùn)動平臺(2 )設(shè)置在機(jī)架(I)的中部，氣體控制單元(5 )和運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元(6 )設(shè)置在機(jī)架(I)的底部，供氣單元(4 )沿著機(jī)架(I)外圍順序布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，其特征在于:所述供氣單元(4)包括氣源(4-1)，氣管(4-2)和氣源(4-1)相連，氣管(4-2)上依次連接有電磁閥(4-3)、調(diào)壓閥(4-4)、流量調(diào)節(jié)閥(4-5)、流量計(4-6)和壓力表(4-7)，打印噴頭(4-8 )連接在氣管(4-2 )末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，其特征在于:所述的氣源(4-1)為氮?dú)?、氦氣的高壓氣瓶?br>4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置，其特征在于:所述的三維運(yùn)動平臺(2)的X/Y/Z三個方向的運(yùn)動范圍分別控制在0-245mm、0-300mm、0-150mmo
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于石墨粉末的微噴射三維打印成型裝置。它包括機(jī)架、三維運(yùn)動平臺、石墨送粉器、供氣單元、氣體控制單元、運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元，其中石墨送粉器、三維運(yùn)動平臺、氣體控制單元和運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元分別安置在機(jī)架的頂端、中部和底部，供氣單元則沿著機(jī)架外圍順序布置。通過三維運(yùn)動平臺將噴頭移到打印區(qū)域，然后利用高壓、高速氣流將石墨粉體噴射到事先準(zhǔn)備的基材上，獲得微噴射打印的特征點(diǎn)，由點(diǎn)連成線，進(jìn)而形成整個石墨元器件。三維運(yùn)動平臺、石墨送粉器、運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制單元、氣體控制單元有序地組裝在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)對石墨粉體微噴射精確打印成型，為復(fù)雜石墨元器件成形提供裝備，同時結(jié)構(gòu)緊湊、成形精度高、易操作。
【IPC分類】C04B35-528, C04B35-622
【公開號】CN204607867
【申請?zhí)枴緾N201520279718
【發(fā)明人】吳海華, 郭輝, 熊盼, 柳寧
【申請人】三峽大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月4日