[实用新型]一种熔体静电纺丝直写装置

说明书

本实用新型公开了一种熔体静电纺丝直写装置。装置中加热方式采用了电磁加热圈加热的形式，提高了加热效率，从根本上解决了传统的熔体静电纺丝直写装置中，电热片、电阻加热圈、水浴加热等加热方式通过热传导的形式加热高聚物的热损失大、热效率低下的问题。本实用新型提出了一种新的加载电压装置，由于加热装置不接触金属料筒，纺丝针头可直接加载正电压和负电压，与接收板形成高压静电场。打印一定层数后，通过软件设定交替改变纺丝针头和接收板上加载的电压极性，有效地中和打印过程中已沉积纤维中的电荷积累，减小对下落纤维的排斥，从而增加熔体静电纺丝直写的打印层数。这有利于熔体静电纺丝直写装置打印的微纳制品进一步应用。

技术领域

本实用新型属于静电纺丝领域，具体涉及一种熔体静电纺丝直写装置。

背景技术

熔体静电纺丝直写技术是一种新兴的增材制造技术，它的原理是利用静电力来拉伸聚合物熔体通过三维移动平台诱导沉积来制备高度有序的微/纳米纤维结构。该方法可以制备各种特定图案和排列样式的微/纳米纤维。与溶液静电纺丝直写技术相比，这种方法不需要有毒溶剂，最终制得的制品无毒，并且纺丝过程中不存在溶剂挥发，可以有效提高材料的利用率。与普通的3D打印技术相比，这种方法的制品分辨率更高，可以达到微米甚至纳米级。所以广泛应用在组织工程、微机电、柔性电子等领域。

在熔体静电纺丝直写装置中，因为要将高分子材料加热熔融，所以加热装置至关重要。现有的熔体静电纺丝直写装置中，加热方式主要有：加热套加热(CN201310011120.7)，水浴加热(Ristovski N,Bock N,Liao S,et al.Improvedfabrication of melt electrospun tissue engineering scaffolds using directwriting and advanced electric field control[J].Biointerphases,2015,10(1):011006.)、两级加热(Wunner F M,Florczak S,Mieszczanek P,et al.5.13Electrospinning With Polymer Melts–State of the Art and Future Perspectives[J].Comprehensive Biomaterials II,2017:217-235.)等。对于加热套加热来说：纺丝针头的热量只能靠热传递来获取，这种方法热能损耗大，同时要使针尖温度达到熔融温度，料筒内温度过高，时间长易出现高聚物降解的问题。同时，如果没有绝缘材料保护，不能在纺丝针头端直接加载正电压或负电压。对于水浴加热来说：加热温度最高只能达到100℃，这无疑限制了可加工聚合物的种类。同时还有学者提出两级加热的方式，通过在纺丝针头和料筒中间增加绝缘材料，使料筒区和纺丝针头区分别加热。这种加热方式可以更精确地控制纺丝针头的温度，但同时也增加了装置的复杂性，增加制造成本的同时也增加了其他的不可控因素。

同时，在熔体静电纺丝直写装置中，由于电荷的积累和排斥作用，使得新打印射流的落点受到已沉积纤维电荷排斥的影响，从而造成打印精度不稳定，层高有限的问题(Brown T D,Dalton P D,Hutmacher D W.Direct Writing By Way of MeltElectrospinning[J].Advanced materials(Deerfield Beach,Fla.),2011,23(47):5651-5657)。发明专利“电纺直写闭环控制方法”(ZL201710620100.8)提出利用视觉检测技术根据射流行为以及微纳结构形貌位置做出实时判断，并分别调控电压和运动平台速度，来提高直写射流稳定性、微纳结构均匀性和沉积精度。该方法一定程度上可以提高沉积精度并增加打印高度，但同时也增加了控制系统的复杂性，同时没有解决已沉积纤维中电荷积累对下落射流的静电排斥问题。

所以，有必要建立一个高效、简单、节能的加热装置，使得料筒加热装置简单、安全可靠，并且希望通过灵活的加载电压方式来减少电荷积累，从而优化熔体静电纺丝直写打印装置，提高沉积精度和打印高度，使其应用更加广泛。

实用新型内容