一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，包括：原料儲存盒(1)、(2)與反應混合裝置(4)和成型噴頭(6)依次相連；承接板(8)位于成型噴頭(6)下方；加熱控溫元件(3)、(5)、(7)分別調控原料儲存盒(1)、(2)、反應混合裝置(4)、成型噴頭(6)的溫度；成型噴頭(6)和承接板(8)分別由三維軌跡驅動裝置(9)和(10)控制三維坐標點；智能控制終端(12)控制三維軌跡驅動裝置(9)和(10)的驅動軌跡。本發明具有縮短結構件生產時間，減少尼龍6材料加工工序，降低人工和加工成本等優勢。
【專利說明】一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機
【技術領域】
[0001]本發明屬于三維快速成型打印機領域，特別涉及一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機。
【背景技術】
[0002]三維快速成型打印是一種累積制造技術，被稱為本世紀一次新的技術革命，其具有成型速度較快、產品適型性好、生產流程簡化、加工成本較低等特點。三維快速成型打印技術配套的快速成型打印設備，是實現產品成型的關鍵裝置。傳統三維打印機多是基于熔融沉積、光致相變、電致相變、層間粘合等原理，利用墨水材料特性進行結構件的加工，如US5637169采用射線照射層間粘合法，US5, 639，070采用選擇性局部加熱，粘合粉末層的方法，US5494618采用紫外光照射調控化學反應法。這些打印機普遍需要在材料噴出后，再次進行外場加載，形成實體結構。
[0003]尼龍材料以其較好易加工性、較高強度和韌性，廣泛應用在制造加工領域。尤其是在三維打印領域，尼龍材料作為打印機成型原料，能夠用于三維結構件快速成型。這些三維打印機主要原理設計是根據尼龍聚合物熔融溫度，采用特殊加熱裝置，將尼龍材料融化后，擠出噴頭。如US7261542聲明的三維打印機可以使用尼龍粉末作為原料，對其進行選擇性燒結打印成為三維結構體，CN103192612聲明的磁流調控成型的三維打印機，也可使用尼龍粉末為墨水原料。
[0004]己內酰胺陰離子聚合反應是合成尼龍6材料的基本反應，反應原料為己內酰胺單體，己內酰胺鈉鹽，雙酰化內酰胺-1，6-己二胺。反應前需要對原料進行去水處理，反應中需要隔絕空氣。其反應速度快、原料成本低、合成材料性能好，適合結構件快速成型。因此將此反應應用到三維加工領域中，需要設計滿足其反應條件的三維打印機。
[0005]盡管有許多三維打印機使用尼龍為打印原料，但是較少有由單體材料直接合成尼龍高聚物，進行結構成型的三維打印機。并且傳統三維打印機產品的強度、韌性和界面性能等綜合表現較差。因此亟需開發一種新型三維打印機，從基本單體材料直接加工成型結構件,繼而縮短加工工序、節省生產時間、降低生產成本、提高產品性能。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，該打印機具有縮短結構件生產時間，減少尼龍6材料加工工序，降低人工和加工成本等優勢。
[0007]本發明的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，原料儲存盒與反應混合裝置和成型噴頭依次相連；承接板位于成型噴頭下方；加熱控溫元件A\B\C分別調控原料儲存盒、反應混合裝置、成型噴頭的溫度；成型噴頭和承接板分別由三維軌跡驅動裝置控制三維坐標點；智能控制終端控制三維軌跡驅動裝置的驅動軌跡。[0008]所述原料儲存盒分別儲存質量比50:2.5-4的己內酰胺單體和己內酰胺鈉鹽以及質量比50:2.5-4的己內酰胺單體和雙酰化內酰胺-1，6-己二胺。原料儲存盒均配有加壓
裝直。
[0009]所述成型噴頭升高至230°C清潔噴頭。
[0010]所述加熱控溫元件A的溫度保持為105-110°C，加熱控溫元件B的溫度保持為105-110°C，加熱控溫元件C的溫度保持為130-140°C。溫度范圍設計依據是:儲存原料時選擇超過水沸點的儲存溫度，可以避免水分子再次進入原料，影響合成反應；當兩種原料相互接觸時，在130-140°C范圍內，反應速度較慢，可以在此時進行充分混合；當擠到噴頭，混合液體達到反應溫度150-160°C，會迅速反應為尼龍6材料，然后被擠出噴頭，成型結構件。
[0011]所述智能控制終端包括人機互動操作界面和信號轉換卡。
[0012]所述打印機內部為隔絕空氣和水汽環境。
[0013]所述三維驅動裝置由智能控制終端控制，將設計方案由終端輸入，經過信號轉換，控制驅動裝置進行三維立體運動。
[0014]所述三維軌跡驅動裝置分兩個驅動區域，一個區域控制噴頭上下運動，一個區域控制承接成型面板在平面內運動。
[0015]所述結構件成型時間，是自兩種組分相互混合至材料噴出成型結構件的時間，約為 3-7sο
[0016]所述三維打印機噴頭處具有自清潔功能，通過控溫元件，將噴頭加熱到230°C左右，阻塞尼龍6材料會融化流出，達到清潔噴頭效果。
[0017]有益.效果
[0018](I)本發明的三維打印機具有減少尼龍6材料加工工序，縮短結構件生產時間，降低人工和加工成本等優勢；
[0019](2)本發明的三維打印機具有自清潔效果，可以有效防止材料阻塞造成噴頭更換和磨損。
[0020](3)本發明的三維打印機使用原料成本較低，操作簡單，制造產品生產效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的三維打印機原理圖；
[0022]圖2為本發明的三維打印機示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0024]實施例1
[0025]圖2顯示本發明三維打印機的示意圖。其原料儲存盒1，原料儲存盒2的溫度是由加熱控溫元件3調控。原料儲存盒I中加入配比為50:2.5的己內酰胺單體和雙酰化內酰胺-1，6-己二胺，原料儲存盒2中加入配比為50:2.5的己內酰胺單體和己內酰胺鈉鹽。將兩者溫度控制為110°c。
[0026]將原料儲存盒開關打開，使兩種混合液注入反應混合裝置4，此處溫度由加熱控溫元件5調控。此時三種原料配比為100:2.5:2.5。混合加熱溫度為130°C。開始混合的時間點即為材料成型階段開始時間。此段時間約為l_2s。
[0027]將三種原料混合液輸入到成型噴頭6中，此處溫度由加熱控溫元件7調控。此時成型噴頭6的加熱溫度為己內酰胺陰離子聚合反應的反應溫度150°C，此時混合液發生化學反應，合成半流體狀尼龍6溶液，再通過成型噴頭6加壓噴出，并在承接板8上成型三維結構件。
[0028]在尼龍6擠出噴頭時，成型噴頭6和承接板8分別由三維軌跡驅動裝置9和10控制三維坐標點，在兩者運動相結合下，尼龍6材料按照三維空間軌跡進行運動，成型結構件。結構件設計方案是在智能控制終端12上的專業設計軟件進行數據輸入和模型建立，此智能控制終端12除了包括人機互動操作界面以外，還包括信號轉換卡11。這個信號轉換卡11將計算機語言轉換為運動信號輸出到三維軌跡驅動裝置9和10，繼而進行三維空間軌跡運動。
[0029]當材料成型完畢，為防止尼龍6材料阻塞噴頭，將原料儲存盒開關關閉后，調節噴頭加熱控溫元件7至230°C，使尼龍6材料充分熔融流出，達到保持噴頭清潔狀態。
【權利要求】
1.一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:原料儲存盒⑴、⑵與反應混合裝置⑷和成型噴頭(6)依次相連；承接板⑶位于成型噴頭(6)下方；加熱控溫元件(3)、(5)、(7)分別調控原料儲存盒(I)、(2)、反應混合裝置(4)、成型噴頭出)的溫度；成型噴頭(6)和承接板(8)分別由三維軌跡驅動裝置(9)和(10)控制三維坐標點；智能控制終端(12)控制三維軌跡驅動裝置(9)和(10)的驅動軌跡。
2.根據權利要求1所述的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:所述原料儲存盒⑴、⑵分別儲存質量比50:2.5-4的己內酰胺單體和己內酰胺鈉鹽以及質量比50:2.5-4的己內酰胺單體和雙酰化內酰胺-1，6-己二胺。
3.根據權利要求1所述的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:所述成型噴頭(6)升高至230°C清潔噴頭。
4.根據權利要求1所述的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:所述加熱控溫元件(3)的溫度保持為105-110°C，加熱控溫元件(5)的溫度保持為130-140°C，加熱控溫元件(7)的溫度保持為150-160°C。
5.根據權利要求1所述的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:所述智能控制終端(12)包括人機互動操作界面和信號轉換卡(11)。
6.根據權利要求1所述的一種基于陰離子聚合反應合成尼龍6材料的三維快速成型打印機，其特征在于:所述打印機內部為隔絕空氣和水汽環境。
【文檔編號】B29C67/00GK103991219SQ201410234139
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】孫寶忠, 欒坤, 房曉萌, 章倩, 周炳振, 王海樓, 趙翌臣, 趙志翔 申請人:東華大學