技术领域：
本实用新型属于打印设备技术领域，具体涉及一种基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，基于静电纺丝技术和3d打印技术实现精细制品和零件的快速、稳定和精确成型。
背景技术：
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静电纺丝技术是在高压电场作用下，聚合物溶液或者熔体被拉伸，形成泰勒锥，进而进行喷射纺丝形成纤维的一种方法。作为一种特殊的制备纤维的工艺，静电纺丝方法通过采用相对的简易装置即可实现纳米级纤维的连续制备，近年来受到了学术上和商业上的广泛关注。静电纺丝技术适用材料范围广泛，从有机材料到无机材料，从天然到合成聚合物材料，以及有机无机复合材料等。所制纤维具有高比表面积、高孔隙率等优良特性，在生物医学、高效过滤、高效催化以及功能性特殊材料等领域有着巨大的应用潜力。
3d打印技术是一种快速成型技术，以金属粉末、塑料和树脂等粘合剂作为打印材料，以数字模型为基础进行逐层打印。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、军事以及其他领域都有着广泛的应用。目前3d打印技术还存在材料种类单一，打印精度和效率较低等缺点。静电纺丝法能够实现纳米到微米级别的纤维制备。
静电纺丝法能够实现纳米到微米级别的纤维制备，将静电纺丝和3d打印技术相结合，能够促进3d打印技术的发展。例如：中国专利10398383.1公开的一种用于静电纺丝的打印机包括料筒，所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3d打印平台，在3d打印平台下方设置有电极，所述压缩杆采用非金属丝杠，所述压缩电机控制料筒内的压强，配合静电发生装置使喷丝板喷丝顺畅，通过控制料筒内的压强达到控制喷丝的速度和效果，所述料筒的上盖上设置有能开关和密封的原料注入孔；所述3d打印平台下方还设置有第一移动平台和第二移动平台，所述3d打印平台由设置在第二移动平台上的y轴电机带动在水平面y轴向移动，所述第二移动平台由设置在第一移动平台上的x轴电机带动在水平面x轴向移动，同时带动设置在其上方的打印平台同向同距离移动，所述第一移动平台由设置在其下方四角的四个z轴电机带动，能够沿竖直面z轴向上下移动，同时带动设置在其上方的第二移动平台和3d打印平台同向同距离移动；所述保护罩为半椭球形，直径逐渐变小，防止纺丝液在喷出后过快凝固；中国专利11083613.6公开的一种静电纺丝式3d打印机包括：1)机械手臂，2轴以上，其中，机械手臂至少一节连接在转盘盘面，且连接方向垂直盘面，其中机械手臂末端连接喷头系统或可旋转装置；2)喷头系统，包含料筒、喷嘴、环形uv曝光装置，电源e，其中喷头系统连接在机械手臂末端或连接在可旋转装置上，其中环形uv曝光装置包含支架、光源、光路罩，其中光源是指led灯珠、uv光纤或微型led阵列，其中料筒为直通型料筒或静态混合器，其中料筒外侧带有加热控温装置，其中喷嘴为单喷嘴或同轴双喷嘴，其中电源e两极分别连接喷嘴和成型台；3)料液供给系统，包括压力装置、料液输送管道、料液储罐、料液计量控制装置；4)成型台；5)控制系统，包含机械手臂位移控制装置和角度控制装置、环形uv曝光装置控制、成型平台控制装置、电源e控制；通过控制电源电压、喷嘴与成型台距离、料液组分等调节喷丝的直径、内部形态及堆积形态，实现大尺度制作三维纺织品。在此基础上，为了兼顾3d打印的效率和精度，同时解决小孔出料易堵塞的问题，研发设计一种基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，具有社会和经济价值。
技术实现要素：
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本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，多点触发实现多根纤维同时产生以及精确定位沉积，以逐层精细调控快速制备制品。
为了实现上述目的，本实用新型涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置主体结构包括外壳体、涂覆料筒、升降底座、接收板、驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮、回收料筒、左导向轮、顶针板、导电网、顶针和高压静电发生器；外壳体由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板和后壁板围合构成，上壁板的下表面上设置有涂覆料筒，下壁板的上表面上设置有升降底座，升降底座与接收板连接，后壁板上设置有驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮、回收料筒、左导向轮和顶针板，导电网环绕在驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮的外围并穿过回收料筒，顶针板的下表面上设置有若干个阵列排布的顶针，顶针板通过内部的导线与高压静电发生器电连接；接收板接地，驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮呈四边形分布，回收料筒位于右导向轮的左侧，顶针板和顶针位于驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮构成的四边形的中间。
本实用新型涉及的涂覆料筒的主体结构包括涂覆筒体、加热套、保温壳、上盖体和涂覆辊轮；内空式长方体结构的涂覆筒体的外围设置有加热套，加热套的外围设置有保温壳，涂覆筒体、加热套和保温壳的顶部设置有上盖体，涂覆筒体的底部设置有涂覆辊轮；回收料筒的主体结构包括回收筒体、上挤压辊、下挤压辊和液位传感器；回收筒体的内部设置有圆柱体结构的上挤压辊和下挤压辊，上挤压辊与下挤压辊的结构相同，导电网由回收筒体的左侧穿进后穿过上挤压辊与下挤压辊之间的间隙，由回收筒体的右侧穿出，回收料筒的内壁设置有液位传感器；导电网的主体结构包括纵向帘线、横向连线和网格节点；具有韧性的纵向帘线和横向连线以均匀密度纵横交织构成帘线基面，纵向帘线与横向连线的节点处镶嵌有球状结构的网格节点。
本实用新型涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置通过控制各个顶针的高压静电大小来控制射流直径，以达到分区域控制制品打印精度的目的，高压静电电压高，感应电场大，射流细，打印精度高，相反则射流粗，打印精度较低，在精度要求不高的区域，使用较低的电压，实现制品的快速成型，在精度要求较高的区域，使用较高的电压，产生较细的射流，以提高精度，根据制品各区域实际情况进行精度调节，能够在保证制品精度要求的前提下，提高制品的生产效率；通过控制顶针与网格节点的距离来控制感应电场的大小，以达到调节打印精度的目的，顶针与网格节点的距离近，感应电场强，射流细，精度高，顶针与网格节点的距离远，感应电场弱，射流粗，打印精度低，以此进行制品局部精度的精细调控；通过调节导电网的移动速度来控制熔体/溶液的蘸取厚度，以实现调控制品整体打印精度的目的。
本实用新型与现有技术相比，顶针带电并且向下移动，逐渐靠近导电网，当到达设定距离后，导电网局部感应带电，感应电荷聚集在网格节点处，网格节点处的熔体/溶液在感应电场作用下，形成射流，射流下落到接收板冷却或者溶剂挥发固化后形成制品，多个顶针同时向下移动，网格节点处同时形成射流，实现逐面成型，顶针断电并且向上抬起，感应电场消失，网格节点处的射流消失；其结构和原理简单，操作安全，通过多点触发实现多根纤维同时产生以及精确定位沉积，加快了纤维的产生响应速度，提高了制品的打印效率，将静电纺丝技术与3d打印技术结合，提高了打印精度，通过控制高压静电的大小控制纤维的直径，进而实现3d打印制品的精细等级可调，最终，实现制品的逐层精细调控快速制备。
附图说明：
图1为本实用新型的主体结构原理示意图。
图2为本实用新型涉及的涂覆料筒的主体结构原理示意图。
图3为本实用新型涉及的回收料筒的主体结构原理示意图。
图4为本实用新型涉及的导电网的主体结构原理示意图。
图5为本实用新型的工作状态示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置的主体结构包括外壳体1、涂覆料筒2、升降底座3、接收板4、驱动滚轮5、从动滚轮6、右导向轮7、回收料筒8、左导向轮9、顶针板10、导电网11、顶针12和高压静电发生器13；外壳体1由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板和后壁板围合构成，上壁板的下表面上设置有涂覆料筒2，下壁板的上表面上设置有升降底座3，升降底座3与接收板4连接，接收板4接地，后壁板上设置有驱动滚轮5、从动滚轮6、右导向轮7、回收料筒8、左导向轮9和顶针板10，驱动滚轮5、从动滚轮6、右导向轮7和左导向轮9呈四边形分布，回收料筒8位于右导向轮7的左侧，导电网11环绕在驱动滚轮5、从动滚轮6、右导向轮7和左导向轮9的外围并穿过回收料筒8，顶针板10的下表面上设置有若干个阵列排布的顶针12，顶针板10和顶针12位于驱动滚轮5、从动滚轮6、右导向轮7和左导向轮9构成的四边形的中间，顶针板10通过内部的导线与高压静电发生器13电连接。
本实施例涉及的涂覆料筒2的主体结构包括涂覆筒体20、加热套21、保温壳22、上盖体23和涂覆辊轮24；内空式长方体结构的涂覆筒体20的外围设置有加热套21，加热套21的外围设置有保温壳22，涂覆筒体20、加热套21和保温壳22的顶部设置有上盖体23，涂覆筒体20的底部设置有涂覆辊轮24。
本实施例涉及的回收料筒8的主体结构包括回收筒体80、上挤压辊81、下挤压辊82和液位传感器83；回收筒体80的内部设置有圆柱体结构的上挤压辊81和下挤压辊82，上挤压辊81与下挤压辊82的结构相同，导电网11由回收筒体80的左侧穿进后穿过上挤压辊81与下挤压辊82之间的间隙，由回收筒体80的右侧穿出，回收料筒8的内壁设置有液位传感器83。
本实施例涉及的导电网11的主体结构包括纵向帘线111、横向连线112和网格节点113；具有韧性的纵向帘线111和横向连线112以均匀密度纵横交织构成帘线基面，纵向帘线111与横向连线112的节点处镶嵌有球状结构的网格节点113。
本实施例涉及的外壳体1具有绝缘和保温功能；顶针12为上下两段插接式的中空结构，上段针体为绝缘材质，下段针尖为导电材质，内部穿设有导线，下段针体通过导线与顶针板10电连接，进而通过顶针板10与高压静电发生器13电连接，顶针12能够被顶针板10分别独立控制进行上下移动，每一排顶针12的下段针尖与导电网11的网格节点113对应布置；高压静电发生器13能够独立控制和调节每个顶针12的通断和带电电压大小；涂覆筒体20的长度与导电网11的宽度相同；加热套21为不锈钢云母电热片，具有加热作用，将涂覆筒体20内的熔体/溶液维持在设定温度；涂覆辊轮24在导电网11带动下旋转将涂覆筒体20内的熔体/溶液带出并涂覆在导电网11上；网格节点113为良导体材料，包括金属，能够快速形成感应电荷，并增大纵向帘线111与横向连线112的节点处的感应电场强度。
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置使用时，首先，将装置与计算机连接，将驱动滚轮5与能够调速转动的外接电机连接，计算机将制品的三维模型转化为多层二维平面，再将二维平面转化为网格节点113对应的点集信息，并且依据各区域打印精度转化为网格节点113对应的顶针12的电压信息或位置信息，计算机将生成的数据指令传递到顶针板10上，并通过顶针板10控制相应的顶针12下降和抬起，实现纵向帘线111与横向连线112的节点处射流的产生和消失，从而控制射流沉积的位置，射流冷却或者溶剂挥发固化，实现面成型，完成一面后，接收板4向下移动，逐层打印，最终成型整个制品。
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置打印时，向涂覆料筒2投入聚合物粒料或粉料，加热熔融成熔体，或直接投入配好的溶液，加热套21能够维持涂覆料筒2内熔体/溶液温度，外接电机带动驱动滚轮5旋转，驱动滚轮5通过导电网11的连接带动从动滚轮6、右导向轮7和左导向轮9逆时针旋转，导电网11经过涂覆料筒2下方时，涂覆辊轮24将熔体/溶液均匀涂覆在导电网11的外表面，且主要涂覆于网格节点113的外表面，通过升降底座3调节接收板4的高度，顶针板10驱动与制品成型面对应的多个顶针12向下移动，并且根据区域精度通过高压静电发生器13调节各个顶针12的带电电压大小或通过调节顶针12与导电网11的距离调节感应电压的大小，当顶针12移动到与导电网11设定距离后，导电网11局部感应带电，感应电荷聚集在纵向帘线111与横向连线112的节点处，纵向帘线111和横向连线112的节点处的熔体/溶液在感应电场作用下，形成射流，射流下落到接收板4冷却或者溶剂挥发，粘接固化后形成制品的一面，升降底座3驱动接收板4下降设定的高度，继续成型制品的下一个面，多个顶针12同时向下移动，对应的纵向帘线111与横向连线112的节点处同时形成射流，实现逐面成型，最终成型整个制品；制品打印的同时，导电网11外表面剩余未使用的熔体/溶液进入回收料筒8后，在上挤压辊81与下挤压辊82的旋转挤压作用下，下落回收到回收筒体80内，当回收筒体80内熔体/溶液超过设定值，液位传感器83报警，提示及时清理；顶针12断电并且向上抬起，感应电场消失，纵向帘线111与横向连线112的节点处的射流消失，停止打印。
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置通过控制各个顶针12的高压静电大小来控制射流直径，以达到分区域控制制品打印精度的目的，高压静电电压高，感应电场大，射流细，打印精度高，相反则射流粗，打印精度较低，在精度要求不高的区域，使用较低的电压，实现制品的快速成型，在精度要求较高的区域，使用较高的电压，产生较细的射流，以提高精度，根据制品各区域实际情况进行精度调节，能够在保证制品精度要求的前提下，提高制品的生产效率。
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置通过控制顶针12与网格节点113的距离来控制感应电场的大小，以达到调节打印精度的目的，顶针12与网格节点113的距离近，感应电场强，射流细，精度高，顶针12与网格节点113的距离远，感应电场弱，射流粗，打印精度低，以此进行制品局部精度的精细调控。
本实施例涉及的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置通过调节导电网11的移动速度来控制熔体/溶液的蘸取厚度，以实现调控制品整体打印精度的目的。
技术特征：
1.一种基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，其特征在于主体结构包括外壳体、涂覆料筒、升降底座、接收板、驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮、回收料筒、左导向轮、顶针板、导电网、顶针和高压静电发生器；外壳体由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板和后壁板围合构成，上壁板的下表面上设置有涂覆料筒，下壁板的上表面上设置有升降底座，升降底座与接收板连接，后壁板上设置有驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮、回收料筒、左导向轮和顶针板，导电网环绕在驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮的外围并穿过回收料筒，顶针板的下表面上设置有若干个阵列排布的顶针，顶针板通过内部的导线与高压静电发生器电连接；接收板接地，驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮呈四边形分布，回收料筒位于右导向轮的左侧，顶针板和顶针位于驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮和左导向轮构成的四边形的中间。
2.根据权利要求1所述的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，其特征在于涂覆料筒的主体结构包括涂覆筒体、加热套、保温壳、上盖体和涂覆辊轮；内空式长方体结构的涂覆筒体的外围设置有加热套，加热套的外围设置有保温壳，涂覆筒体、加热套和保温壳的顶部设置有上盖体，涂覆筒体的底部设置有涂覆辊轮。
3.根据权利要求1所述的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，其特征在于回收料筒的主体结构包括回收筒体、上挤压辊、下挤压辊和液位传感器；回收筒体的内部设置有圆柱体结构的上挤压辊和下挤压辊，上挤压辊与下挤压辊的结构相同，导电网由回收筒体的左侧穿进后穿过上挤压辊与下挤压辊之间的间隙，由回收筒体的右侧穿出，回收料筒的内壁设置有液位传感器。
4.根据权利要求1所述的基于网格交点触发式静电纺丝法的3d打印装置，其特征在于导电网的主体结构包括纵向帘线、横向连线和网格节点；具有韧性的纵向帘线和横向连线以均匀密度纵横交织构成帘线基面，纵向帘线与横向连线的节点处镶嵌有球状结构的网格节点。
技术总结
本实用新型属于打印设备技术领域，涉及一种基于网格交点触发式静电纺丝法的3D打印装置，主体结构包括外壳体、涂覆料筒、升降底座、接收板、驱动滚轮、从动滚轮、右导向轮、回收料筒、左导向轮、顶针板、导电网、顶针和高压静电发生器，顶针带电并且向下移动，逐渐靠近导电网，当到达设定距离后，导电网局部感应带电，感应电荷聚集在网格节点处，网格节点处的熔体/溶液在感应电场作用下，形成射流，射流下落到接收板冷却或者溶剂挥发固化后形成制品，多个顶针同时向下移动，网格节点处同时形成射流，实现逐面成型，顶针断电并且向上抬起，感应电场消失，网格节点处的射流消失；其加快了纤维的产生响应速度，提高了制品的打印效率和精度。
技术研发人员：陈宏波;周怡宏;韩雯雯;汪传生;杨卫民;焦冬梅;刘海超
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：.06.28
技术公布日：.02.21
