一种4D打印材料的制备方法及装置与流程

一种4d打印材料的制备方法及装置
技术领域
1.本发明涉及4d打印技术领域，尤其涉及一种4d打印材料的制备方法及装置。


背景技术：

2.4d打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状，4d打印的独特之处在于，比3d打印多了一个“d”也就是时间纬度，就是让材料除了在x、y、z轴上辗转腾挪之外，还会因为外部条件的变化，随时间推移而改变形状或功能，由于机械力、温度、膨胀、磁场等作用，4d打印材料可以自我重新配置，从而改变颜色、形状及性能，现有4d打印技术主要材料局限于有机材料，但有机材料的耐高温性较差，因此，本发明提供一种铌钛合金作为4d打印材料，相较于有机材料，具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，同时，在铌钛合金的制备4d打印材料的过程中，提供一种搅拌与过滤的组合装置，对铌钛合金粉末进行过筛，提高4d打印材料制备工作的工作效率。


技术实现要素：

3.为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种4d打印材料的制备方法及装置。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种4d打印材料的制备装置，包括过滤装置，所述过滤装置包括支架一，所述支架一顶部贯穿有在竖直方向移动的竖杆，所述竖杆顶部滑动连接有在水平方向移动的滑座，所述滑座顶部固定连接有过滤箱，所述滑座一侧转动连接有第四连杆，所述竖杆底部固定连接有活动框，所述支架一底部连接有固定板，所述固定板上固定安装有第一电机，所述第一电机的输出轴传动连接有与活动框相适配的凸轮，所述凸轮上转动安装有偏心轴，所述偏心轴外侧套接有第一连杆，所述第一连杆的自由端转动连接有第二连杆，所述第二连杆的自由端和第四连杆的自由端之间转动连接有出穿过支架一的第三连杆，所述支架一上开设有容纳第三连杆的通槽，所述第三连杆和通槽之间通过转轴转动连接。
6.作为上述技术方案的进一步描述：
7.所述过滤箱顶部具有漏斗型内腔，底部具有矩形内腔，漏斗型内腔和矩形内腔通过圆柱形通道连通，所述漏斗型内腔顶部设有过滤网，所述过滤箱顶部两侧固定连接有对称设置的半圆形盖板，所述矩形内腔内部转动安装有螺旋杆，所述过滤箱外侧固定安装有与螺旋杆传动连接的第三电机。
8.作为上述技术方案的进一步描述：
9.所述竖杆顶部固定连接有固定座，所述固定座顶部两侧固定连接有工字型导轨，所述滑座顶部固定连接有与工字型导轨滑动连接的滑块。
10.作为上述技术方案的进一步描述：
11.还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括与支架一固定连接的支架二，所述支架二顶
部固定安装有搅拌箱，所述搅拌箱内部转动安装有搅拌杆，所述搅拌箱顶部固定安装有与搅拌杆传动连接的第二电机。
12.作为上述技术方案的进一步描述：
13.过滤箱顶部两侧的所述半圆形盖板之间设有螺纹孔，所述搅拌箱底部的出料口连通有连接管一，所述连接管一的自由端与螺纹孔螺纹旋合连接。
14.作为上述技术方案的进一步描述：
15.所述支架一顶部设有收集箱，所述收集箱顶部连通有连接管二，所述连接管二的自由端与过滤箱底部的矩形内腔连通。
16.作为上述技术方案的进一步描述：
17.一种4d打印材料的制备方法，包括以下步骤：
18.s1、先将铌、钛原料分别经过熔炼、加工制得片状或棒材，再将它们配制成电极后，在真空自耗电弧炉熔铸两次或两次以上，熔铸得铌钛合金锭；
19.s2、通过机械粉碎的方法将铌钛合金铸锭破碎成10～30mm的小块铸锭；
20.s3、将小块铸锭放置到无接触、无坩埚式的eiga真空气雾化制备4d打印专用的铌钛合金粉末，且铌钛合金金属流以16～20g/s的速度通过漏包进入雾化器中，并向雾化器内通过纯度为99.99％的高纯氩气，从而对铌钛合金粉末进行雾化；
21.s4、将雾化后的铌钛合金粉末通过高压喷头采用加压的形式，使得铌钛合金粉末喷出雾化器，且喷出速率控制在1500～1700m/h，并将喷出的铌钛合金粉末通入到加热箱中，在700～800℃下保温1～2h，用氢气对铌钛合金粉末进行收集，得到粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末；
22.s5、将收集的铌钛合金粉末通过搅拌装置进行混合，且搅拌速率为1600～2000r/min；
23.s6、将混合的铌钛合金粉末通入到过滤装置中，对铌钛合金粉末进行筛分，得到平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末；
24.s7、将平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末进行等离子球化，等离子球化过程中吸氢铌钛合金粉末迅速吸热氢爆碎生成微细球形铌钛合金粉末，其中送粉速率为20～100g
·
min，等离子输出功率为50～90kw，真空度为1
×
10pa，最终得到平均粒径小于40μm的细粒径球形铌钛合金粉末，即为4d打印材料。
25.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
26.1、本发明中，采用真空感应熔炼 无接触、高纯氩气加压 氢化处理 等离子球化技术制备细粒径球形铌钛合金粉末，减少了机械破碎工艺中杂质污染和粉末氧化的问题，有利于氧含量的控制，制备出的铌钛合金粉末具有粒径细小、成分均匀、流动性好、球化率高、氧含量低和生物相容性高等特点，成品粒度完全适用于4d打印成型。
27.2、本发明中，搅拌混合后的粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末通过连接管一进入到过滤箱内，经过过滤后，获得平均粒径小于120μm的铌钛合金粉末，再通过连接管二进入到收集箱内，搅拌装置与过滤装置组合使用，搅拌后的粉末直接进入过滤装置，过滤后的粉末直接进入收集箱，提高工艺连续性，减少工艺步骤，进而提高工作效率。
28.3、本发明中，在铌钛合金粉末在过滤箱内进行筛分的同时，第一电机驱动凸轮转动，凸轮带动活动框上下往复移动，活动框带动竖杆和竖杆上的固定座、工字型导轨、滑块、
滑座和过滤箱上下往复移动，同时，凸轮又带动第一连杆转动，第一连杆带动第二连杆和与第二连杆连接的第三连杆往复转动，第三连杆带动第四连杆往复运动，第四连杆带动滑座和与滑座连接的过滤箱左右往复移动，即过滤箱具有上下左右往复运动的轨迹，加速铌钛合金的过筛速度，提高过筛效。
附图说明
29.图1示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的立体结构示意图；
30.图2示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的正视示意图；
31.图3示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的凸轮和活动框的连接示意图；
32.图4示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的滑块和工字型导轨的连接示意图；
33.图5示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的过滤箱的内部结构示意图；
34.图6示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的搅拌箱的内部结构示意图；
35.图7示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的盖板的结构示意图；
36.图8示出了根据本发明实施例提供的一种4d打印材料的制备装置的第一电机和凸轮的连接示意图。
37.图例说明：
38.1、支架一；2、活动框；3、第一电机；4、凸轮；5、固定板；6、支架二；7、通槽；8、第三连杆；9、第四连杆；10、竖杆；11、过滤箱；12、盖板；13、连接管一；14、第二电机；15、搅拌箱；16、收集箱；17、第一连杆；18、第二连杆；19、偏心轴；20、固定座；21、第三电机；22、滑块；23、工字型导轨；24、滑座；25、连接管二；26、转轴；27、螺旋杆；28、过滤网；29、搅拌杆。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例一
41.请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种4d打印材料的制备装置，包括过滤装置，过滤装置包括支架一1，支架一1顶部贯穿有在竖直方向移动的竖杆10，竖杆10顶部滑动连接有在水平方向移动的滑座24，竖杆10顶部固定连接有固定座20，固定座20顶部两侧固定连接有工字型导轨23，滑座24顶部固定连接有与工字型导轨23滑动连接的滑块22，滑座24顶部固定连接有过滤箱11，过滤箱11顶部具有漏斗型内腔，底部具有矩形内腔，漏斗型内腔和矩形内腔通过圆柱形通道连通，漏斗型内腔顶部设有过滤网28，过滤箱11顶部两侧
固定连接有对称设置的半圆形盖板12，矩形内腔内部转动安装有螺旋杆27，过滤箱11外侧固定安装有与螺旋杆27传动连接的第三电机21；
42.滑座24一侧转动连接有第四连杆9，竖杆10底部固定连接有活动框2，支架一1底部连接有固定板5，固定板5上固定安装有第一电机3，第一电机3的输出轴传动连接有与活动框2相适配的凸轮4，第一电机3的输出轴和凸轮4偏心设置，凸轮4上转动安装有偏心轴19，偏心轴19外侧套接有第一连杆17，第一连杆17的自由端转动连接有第二连杆18，第二连杆18的自由端和第四连杆9的自由端之间转动连接有出穿过支架一1的第三连杆8，支架一1上开设有容纳第三连杆8的通槽7，第三连杆8和通槽7之间通过转轴26转动连接；
43.首先，将混合的铌钛合金粉末通入到过滤箱11内，通过过滤网28对铌钛合金粉末进行过筛，粒径小于120μm的铌钛合金粉末通过过滤网28进入矩形内腔，第三电机21驱动螺旋杆27转动，将矩形内腔内的铌钛合金粉末通过连接管二25送入收集箱16内，其次，在铌钛合金粉末筛分的同时，第一电机3驱动凸轮4转动，凸轮4带动活动框2上下往复移动，活动框2带动竖杆10和竖杆10上的固定座20、工字型导轨23、滑块22、滑座24和过滤箱11上下往复移动，同时，凸轮4又带动第一连杆17转动，第一连杆17带动第二连杆18和与第二连杆18连接的第三连杆8往复转动，第三连杆8带动第四连杆9往复运动，第四连杆9带动滑座24和与滑座24连接的过滤箱11左右往复移动，即过滤箱11具有上下左右往复运动的轨迹，加速铌钛合金的过筛速度，提高过筛效率。
44.请参阅图1、图2和图6，还包括搅拌装置，搅拌装置包括与支架一1固定连接的支架二6，支架二6顶部固定安装有搅拌箱15，搅拌箱15内部转动安装有搅拌杆29，搅拌箱15顶部固定安装有与搅拌杆29传动连接的第二电机14，搅拌箱15顶部设有进料口，粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末送入到搅拌箱15内，第二电机14驱动搅拌杆29转动，对粉末进行搅拌混合。
45.请参阅图5和图7，过滤箱11顶部两侧的半圆形盖板12之间设有螺纹孔，搅拌箱15底部的出料口连通有连接管一13，连接管一13的自由端与螺纹孔螺纹旋合连接，支架一1顶部设有收集箱16，收集箱16顶部连通有连接管二25，连接管二25的自由端与过滤箱11底部的矩形内腔连通，搅拌混合后的粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末通过连接管一13进入到过滤箱11内，经过过滤后，获得平均粒径小于120μm的铌钛合金粉末，再通过连接管二25进入到收集箱16内，搅拌装置与过滤装置组合使用，搅拌后的粉末直接进入过滤装置，过滤后的粉末直接进入收集箱16，提高工艺连续性，减少工艺步骤，进而提高工作效率。
46.具体的，一种4d打印材料的制备方法，包括以下步骤：
47.s1、先将铌、钛原料分别经过熔炼、加工制得片状或棒材，再将它们配制成电极后，在真空自耗电弧炉熔铸两次或两次以上，熔铸得铌钛合金锭；
48.s2、通过机械粉碎的方法将铌钛合金铸锭破碎成10～30mm的小块铸锭；
49.s3、将小块铸锭放置到无接触、无坩埚式的eiga真空气雾化制备4d打印专用的铌钛合金粉末，且铌钛合金金属流以16～20g/s的速度通过漏包进入雾化器中，并向雾化器内通过纯度为99.99％的高纯氩气，从而对铌钛合金粉末进行雾化；
50.s4、将雾化后的铌钛合金粉末通过高压喷头采用加压的形式，使得铌钛合金粉末喷出雾化器，且喷出速率控制在1500～1700m/h，并将喷出的铌钛合金粉末通入到加热箱中，在700～800℃下保温1～2h，用氢气对铌钛合金粉末进行收集，得到粒径为50～300μm的
吸氢铌钛合金粉末；
51.s5、将收集的铌钛合金粉末通过搅拌装置进行混合，且搅拌速率为1600～2000r/min；
52.s6、将混合的铌钛合金粉末通入到过滤装置中，对铌钛合金粉末进行筛分，得到平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末；
53.s7、将平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末进行等离子球化，等离子球化过程中吸氢铌钛合金粉末迅速吸热氢爆碎生成微细球形铌钛合金粉末，其中送粉速率为20～100g
·
min，等离子输出功率为50～90kw，真空度为1
×
10pa，最终得到平均粒径小于40μm的细粒径球形铌钛合金粉末，即为4d打印材料；
54.本发明采用真空感应熔炼 无接触、高纯氩气加压 氢化处理 等离子球化技术制备细粒径球形铌钛合金粉末，减少了机械破碎工艺中杂质污染和粉末氧化的问题，有利于氧含量的控制，制备出的铌钛合金粉末具有粒径细小、成分均匀、流动性好、球化率高、氧含量低和生物相容性高等特点，成品粒度完全适用于4d打印成型。
55.工作原理：使用时，s1、先将铌、钛原料分别经过熔炼、加工制得片状或棒材，再将它们配制成电极后，在真空自耗电弧炉熔铸两次或两次以上，熔铸得铌钛合金锭；
56.s2、通过机械粉碎的方法将铌钛合金铸锭破碎成10～30mm的小块铸锭；
57.s3、将小块铸锭放置到无接触、无坩埚式的eiga真空气雾化制备4d打印专用的铌钛合金粉末，且铌钛合金金属流以16～20g/s的速度通过漏包进入雾化器中，并向雾化器内通过纯度为99.99％的高纯氩气，从而对铌钛合金粉末进行雾化；
58.s4、将雾化后的铌钛合金粉末通过高压喷头采用加压的形式，使得铌钛合金粉末喷出雾化器，且喷出速率控制在1500～1700m/h，并将喷出的铌钛合金粉末通入到加热箱中，在700～800℃下保温1～2h，用氢气对铌钛合金粉末进行收集，得到粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末；
59.s5、将收集的铌钛合金粉末通过搅拌装置进行混合，且搅拌速率为1600～2000r/min，将混合的铌钛合金粉末通入到过滤装置中，对铌钛合金粉末进行筛分，得到平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末；
60.具体的，粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末送入到搅拌箱15内，第二电机14驱动搅拌杆29转动，对粉末进行搅拌混合，搅拌混合后的粒径为50～300μm的吸氢铌钛合金粉末通过连接管一13进入到过滤箱11内，通过过滤网28对铌钛合金粉末进行过筛，粒径小于120μm的铌钛合金粉末通过过滤网28进入矩形内腔，第三电机21驱动螺旋杆27转动，将矩形内腔内的铌钛合金粉末通过连接管二25送入收集箱16内，其次，在铌钛合金粉末筛分的同时，第一电机3驱动凸轮4转动，凸轮4带动活动框2上下往复移动，活动框2带动竖杆10和竖杆10上的固定座20、工字型导轨23、滑块22、滑座24和过滤箱11上下往复移动，同时，凸轮4又带动第一连杆17转动，第一连杆17带动第二连杆18和与第二连杆18连接的第三连杆8往复转动，第三连杆8带动第四连杆9往复运动，第四连杆9带动滑座24和与滑座24连接的过滤箱11左右往复移动，即过滤箱11具有上下左右往复运动的轨迹，加速铌钛合金的过筛速度，提高过筛效率，搅拌装置与过滤装置组合使用，搅拌后的粉末直接进入过滤装置，过滤后的粉末直接进入收集箱16，提高工艺连续性，减少工艺步骤，进一步提高工作效率；
61.s6、将平均粒径小于120μm的吸氢铌钛合金粉末进行等离子球化，等离子球化过程
中吸氢铌钛合金粉末迅速吸热氢爆碎生成微细球形铌钛合金粉末，其中送粉速率为20～100g
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min，等离子输出功率为50～90kw，真空度为1
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10pa，最终得到平均粒径小于40μm的细粒径球形铌钛合金粉末，即为4d打印材料。
62.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。