一种柔性金属丝线及其制备方法

文档序号:1827570 发布日期:2021-11-12 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 一种柔性金属丝线及其制备方法 (Flexible metal wire and preparation method thereof ) 是由 杨武保 于 2020-05-11 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种柔性金属丝线,其特征在于,所述柔性金属丝线由微米级的金属环相互连接而成;本发明还公开了柔性金属丝线的制备方法。本发明的柔性金属丝线,既保持了传统高分子柔性线材所具有的柔顺性,又具有金属材料所特有的耐刺耐割性,解决了传统柔性线材强度、抗冲击、耐热、导电等性能差的问题,为制造具有卓越防御抗刀刺、冲击的衣物等提供强有力的保证。(The invention discloses a flexible metal wire which is characterized in that the flexible metal wire is formed by mutually connecting micron-sized metal rings; the invention also discloses a preparation method of the flexible metal wire. The flexible metal wire disclosed by the invention not only maintains the flexibility of the traditional high-molecular flexible wire, but also has the special puncture and cut resistance of a metal material, solves the problem of poor performances of the traditional flexible wire such as strength, impact resistance, heat resistance, electric conductivity and the like, and provides a powerful guarantee for manufacturing clothes with excellent knife-stab and impact resistance.)

一种柔性金属丝线及其制备方法

技术领域

本发明属于先进制造领域,具体涉及一种柔性金属丝线及其制备方法。

背景技术

柔软的线材是现代制造业、尤其是纺织工业的核心原材料或中间材料,在衣物、被服、包裹、帐篷、面料等的生产、加工、应用方面,是无法替代的关键基础材料。

通常柔软线材基本是有机高分子材料组成的,由棉花、纤维素、有机高分子材料等为原材料加工来的。但是这些有机高分子材料形成的柔性线材,一般材质强度较差、不耐撕扯,在抗冲击、耐热、导电、包括染色等性能方面也存在难以逾越的性能缺陷。

金属如Fe、Cu、Al等通过热拔、冷拔方法,也获得了大规模金属线材并且是建筑、电缆等工业领域的核心用材。但是常规金属变形过程中,必然产生不可逆转的塑性变形,而形状记忆合金类金属,变形后存在巨大反弹应力,无法获得任意形状的改变并保持。

既具有金属材料的强度、导热、耐冲击、耐腐蚀、色泽靓丽等,同时又具有普通高分子柔性线材的柔顺性,是新一代服装、面料及相关行业对先进柔性线材的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性金属丝线及其制备方法,解决传统柔性线材强度、抗冲击、耐热、导电等性能差的问题。

为解决上述问题,本发明一方面提供了一种柔性金属丝线,所述柔性金属丝线由微米级的金属环相互连接而成。

优选地,所述金属环的内径为0.2~200μm,所述柔性金属丝线的丝径为0.4~400μm。

优选地,所述金属环的形状为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形和/或其它多边形。

优选地,每个所述金属环由金属细线形成金属闭环构成,所述金属细线的直径为0.1~100μm。

优选地,所述金属环是首尾完全金属键结合形成和/或机械接触形成。

优选地,构成所述金属环的原材料为单一金属材料和/或不同的金属材料。

优选地,不同金属材料形成的所述金属环之间的连接根据需求任意排列。

优选地,所述柔性金属丝线在加工工艺过程中和/或表面后处理时,加入其它组分的材料。

根据本发明的第二方面,提供了一种柔性金属丝线3D打印的制备方法,所述方法包括如下步骤:

a、采用微纳米金属粉体作为原材料;

b、采用电子束、激光束或等离子体束作为热源;

c、采用计算机辅助设计形成所述柔性金属丝线的图形文件;

d、采用3D打印切片软件,将所述柔性金属丝线的图形文件转化为3D打印文件;

e、启动3D打印软件运行,完成3D打印法制备所述柔性金属丝线。

根据本发明的第三方面,提供了一种柔性金属丝线的制备方法,所述方法包括如下步骤:

a、采用微纳米丝径的常规金属丝线作为原材料;

b、采用微纳级加工能力的折弯、剪切、焊接机械,对所述微纳米丝径的常规金属丝线进行放线、折弯、剪切、焊接;

c、完成所述柔性金属丝线的制备。

优选地,采用粘接工艺替代所述焊接工艺。

本发明相比于现有技术的有益效果在于:本发明的柔性金属丝线,既保持了常规棉花、纤维、人工高分子材料等加工得到的丝线所具有的柔顺性,又具有金属材料所特有的耐刺耐割性,解决了传统柔性线材强度、抗冲击、耐热、导电等性能差的问题,为制造具有卓越防御抗刀刺、冲击的衣物等提供强有力的保证。

附图说明

图1是本发明的柔性金属丝线的结构特征示意图。

附图标号:1.第一金属环;2.第二金属环。

具体实施方式

以下结合附图,对本发明上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。

如图1所示,本发明一方面提供了一种柔性金属丝线,所述柔性金属丝线由微米级的金属环相互连接而成。第一金属环1和第二金属环2相互串联、环环相扣,第一金属环1和第二金属环2可以是相同材料的金属环也可以是不同材料的金属环。

第一金属环1和/或第二金属环2的内径为0.2~200μm,外径为0.4~400μm。第一金属环1和第二金属环2顺序相互连接形成整体丝径0.4~400μm的柔性金属丝线。极端需求下,柔性金属丝线的丝径可以更粗或更细。柔性金属丝线的线长,可以是任意值,一般最短也在1cm以上。柔性金属丝线具有宏观上任意弯曲、且能够任意恢复原状的柔性特征。

第一金属环1和/或第二金属环2是由金属细线形成闭环构成,金属细线的直径为0.1~100μm。金属闭环可以是首尾完全金属键结合形成的闭环,也可以是非金属键结合,仅仅是机械接触,甚至有微空隙的非致密结合闭环。第一金属环1和/或第二金属环2的形状可以为亚微米到亚毫米尺度的圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形和/或其它多边形。

任何常温下固态的金属或合金材料,均可以作为柔性金属丝线的主体原材料,如Fe、Cu、Al、Ti、Al-Mg合金、Fe-Si合金等。构成柔性金属丝线中金属环的金属原材料,可以全部是某单一金属材料,也可以是不同的金属环为不同的金属材料。在不同金属材料构成金属环再形成柔性金属丝线时,其不同金属材料形成的金属环之间的连接方式,可以根据需求任意排列。在柔性金属丝线加工工艺过程中,或者表面后处理时,加入其它组分的材料,构成金属丝线材质的一部分。

根据本发明的第二方面,提供了一种柔性金属丝线3D打印的制备方法,所述方法包括如下步骤:

a、采用微纳米金属粉体作为原材料;

b、采用电子束、激光束或等离子体束作为热源;

c、采用计算机辅助设计形成所述柔性金属丝线的图形文件;

d、采用3D打印切片软件,将所述柔性金属丝线的图形文件转化为3D打印文件;

e、启动3D打印软件运行,完成3D打印法制备所述柔性金属丝线。

其中原材料为粒径0.01~100μm的金属粉体。

根据本发明的第三方面,提供了一种柔性金属丝线的制备方法,所述方法包括如下步骤:

a、采用微纳米丝径的常规金属丝线作为原材料;

b、采用微纳级加工能力的折弯、剪切、焊接机械,对所述微纳米丝径的常规金属丝线进行放线、折弯、剪切、焊接;

c、完成所述柔性金属丝线的制备。

其中原材料为丝径0.1~100μm的金属细线。

替代微纳机械加工中的焊接工艺,可以单纯的是折弯形成的在外力撕拉下容易开环的封闭金属环环环相扣得到柔性金属丝线;或者采用粘接工艺替代焊接工艺,形成胶粘型闭环柔性金属丝线。

实施例一:

原材料为粒径5μm的W18Cr4V不锈钢粉体,采用安世亚太自主研制的激光熔融型金属制品3D打印机,有效打印面积为200mm×200mm,设置其应用于柔性金属丝线的3D打印工艺过程为:

a、在平面基板打印高度0.1mm、直径20μm、间距0.5mm的柱状棒为支撑体。

b、设置柔性金属丝线的圆环为:

i、相邻圆环分别为水平和竖直方向相互穿过,形成任意长度柔性金属丝线;

ii、圆环的内径为40μm,组成圆环的线的直径为40μm;

iii、在200mm×200mm的平面上,以回字形布满柔性金属丝线,两条相邻线之间间隙为1mm,总线条数为100根,所得到的柔性金属丝线总长度为20m(100×200mm);

iv、对柔性金属丝线进行3D打印点拆分,分解为待打印的平面上的点。

c、在3D打印工艺软件驱动下,完成柔性金属丝线打印。

实施例二:

原材料为冷拔不锈钢丝,丝径为20μm,裁切为长度为130μm的基本材料单元10000根。采用安世亚太自主研制的基本材料单元激光束金属制品3D打印机,设置其应用于柔性金属丝线的3D打印工艺过程为:

a、将基本材料单元弯曲为圆环;

b、将圆环首尾激光焊接为闭环;

c、取第二根基本材料单元,穿过第一个圆环并弯曲为圆环,并激光焊接为闭环;

d、取第三根基本材料单元,穿过第二个圆环、弯曲、焊接;

e、重复上述依次穿过、弯曲、焊接过程,最终获得由10000个圆环组成的柔性金属丝线。

整个过程全部计算机设置、控制。

实施例三:

原材料为冷拔不锈钢丝,丝径为20μm.采用安世亚太自主研制的柔性金属丝线加工机,其性能特征为:从成卷放线出来的金属丝,首先弯曲为圆环,然后首尾激光焊接在一起,从焊点将金属丝剪断,金属丝从圆环穿过,接着继续折弯成为圆环、再焊接、剪断,循环往复,形成柔性金属丝线;整个过程全部计算机设置、控制。

将丝径20μm的不锈钢丝卷材,置入到柔性金属丝线加工机中,设置性能参数为:圆环内径40μm,单线长度为1000m;启动自动运行,最后获得不锈钢丝为原材料,线材直径80μm,长度1000m的柔性不锈钢金属丝线。

本发明的柔性金属丝线,既保持了常规棉花、纤维、人工高分子材料等加工得到的丝线所具有的柔顺性,又具有金属材料所特有的耐刺耐割性,解决了传统柔性线材强度、抗冲击、耐热、导电等性能差的问题,为制造具有卓越防御抗刀刺、冲击的衣物等提供强有力的保证。

以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述的仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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