利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022103142225
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其纺丝装置包括纺丝头机构、平台、曲面接收装置,该纺丝装置还包括有X轴移动机构、Y轴移动机构与Z轴移动机构,所述X轴移动机构上安装所述Y轴移动机构,带动所述Y轴移动机构横向移动;所述Y轴移动机构上安装所述平台,带动所述平台纵向移动,所述平台安装所述曲面接收装置;所述Z轴移动机构安装所述纺丝头机构,带动所述纺丝头机构垂直方向移动,所述纺丝头机构向所述曲面接收装置纺丝,其特征在于包括如下步骤:(1)获取曲面接收装置的空间几何坐标:通过Python对曲面接收装置的表面几何坐标进行计算,获取曲面接收装置的空间几何坐标集;

(2)获取针头的空间轨迹坐标:根据上述步骤(1)生成的坐标信息,并控制针头与曲面接收装置之间的距离,使得针头与曲面接收装置保持恒定距离H;再通过Python计算并获取针头的空间轨迹坐标;

(3)根据曲面接收装置的空间几何坐标集与针头的空间轨迹坐标,生成三轴电机协同执行的针头坐标位移指令;在三轴控制系统中导入针头坐标位移指令,由三轴控制系统按照该针头坐标位移指令控制X轴移动机构、Y轴移动机构与Z轴移动机构;

(4)当纤维沉积高度较大时,随着已沉积纤维高度的增加,需要对针头与顶层纤维之间的高度进行补偿,并采用COMSOL仿真软件对纺丝尖端与接收装置表面之间的电场进行模拟,对电压进行及时调控,保证射流在电场中的受力稳定;

(5)根据所述步骤(3)与步骤(4)执行打印操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述纺丝头机构包括输气管、加热装置、测温装置、隔热筒及注射器,所述隔热筒内安装有测温装置、加热装置与注射器,所述输气管接入到所述注射器中,且所述输气管连接有气压阀门,所述气压阀门上装有数显显示屏,显示所述注射器内部气压大小;所述注射器筒身置于所述加热装置内,所述注射器的针头穿出所述隔热筒,所述针头连接有高压电源。

3.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述X轴移动机构包括X轴电机、X轴丝杠与X轴滑台,所述Y轴移动机构包括Y轴电机、Y轴丝杠与Y轴滑台,所述X轴电机连接所述X轴丝杠、所述X轴丝杠上安装所述X轴滑台,所述X轴滑台安装所述Y轴丝杠,所述Y轴丝杠连接所述Y轴电机,所述Y轴丝杠上安装所述Y轴滑台,所述Y轴滑台安装所述平台;所述Z轴移动机构包括Z轴电机、Z轴丝杠与Z轴滑台,所述Z轴电机连接所述Z轴丝杠,所述Z轴丝杠上安装所述Z轴滑台,所述Z轴滑台通过固定板连接安装所述纺丝头机构。

4.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述步骤(1)的计算过程:先对曲面(x, y, z)三维坐标的y坐标进行提取与分割,获得分割后的所有y坐标集,对y坐标上对应的x坐标进行分割,获得(x, y)所有坐标集,将x、y坐标带入球体方程中,获得对应的z坐标,最终获取曲面接收装置的(x, y, z)空间几何坐标集;所述的球体方程为:

2 2 2  2

x + y + z = r

其中r表示球体的半径。

5.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述步骤(4)中电场仿真模拟:对纺丝装置进行二维几何建模,材料的电导率设置根据实际电导率进行定义;通过已沉积纤维高度变化对针头与曲面接收装置表面之间的电场强度影响进行的物理电场模拟,确定针头在微调后的空间位置上的电场强度,并通过电压控制程序执行对电压大小进行调控。

6.根据权利要求5所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:纺丝打印20层以后,电压以每层恒定的电压增加。

7.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述步骤(5):曲面接收装置结构可通过3D打印制获得,曲面尺寸或几何形状根据实际用途在三维软件中进行设计,以满足不同的应用需求。

8.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述步骤(5):打印前,将聚合物母粒加入到注射器中,先将聚合物母粒预热,预热后排出聚合物熔体内部气泡,获得均匀聚合物熔体;聚合物熔体均匀加热后,由可控气动装置挤出聚合物熔体,控制气压阀,通过输气管给注射器内部供给气压;当注射器针头处开始出现聚合物熔体,开始通过直流电源向针头施加直流电压;电压开启后,聚合物熔体在静电电场中形成稳定的射流并在空中被拉成细丝,最终按照预设路径沉积在曲面接收装置表面。

9.根据权利要求1所述的一种基于熔体近场直写的曲面接收方法,其特征在于:所述步骤(4):打印前,操作X轴移动机构、Y轴移动机构与Z轴移动机构的移动,将针头与曲面接收装置边缘相接触,将Z轴移动机构向上抬高H,此时将Y轴位置坐标设为Y轴的零点;移动X移动机构、Y轴移动机构,将针头坐标位移指令中的零点与预设的空间零点相对应,并执行归零操作。