[发明专利]一种同层连续纤维复合材料3D打印机喷头装置

说明书

本发明属于3D打印机结构设计领域，涉及一种集进给、切断、熔融及冷却功能为一体的同层连续纤维复合材料3D熔融打印机喷头结构。该打印头上部的进给机构通过电机驱动主动轮，带动从动轮，从而带动复合材料纤维丝沿着主从轮的切线方向运动，实现进给功能；进给机构下部是切断机构，该机构通过伺服模块带动四连杆机构，进而带动连杆上面的刀片运动切断复合材料纤维丝；切断机构下部的熔融机构通过加热棒加热使加热块变热，使其里面裹有碳纤维或玻璃纤维的外围高分子热塑材料处于熔融状态后喷出；而冷却机构主要通过安装在风扇壳里的电风扇来实现，风扇壳的特殊设计使得风可以直接吹在喷出的复合材料纤维丝上；整体结构通过钣金外壳包装。

技术领域

本发明属于3D熔融打印机设计、制造领域，一种用于同层连续纤维复合材料3D打印喷头装置，其主要特征为：该喷头是集进给、切断、熔融和冷却功能为一体的复合材料3D打印机喷头。

背景技术

目前国内外市场上的3D成型技术主要为：金属粉末直接激光烧结、选择性激光烧结、三维打印黏结成型、和熔融沉积成型(FDM)。其中应用最广泛的当属熔融沉积成型(FDM)，国内目前用于它的打印材料主要为热塑性材料，如ABS和PLA。由于热塑性材料强度低，往往在使用时不能满足强度要求，因此为了增强这种材料的强度，韧性等，通常向其中加入强化纤维，如玻璃纤维，碳纤维等，使其成为复合材料；复合材料中的纤维形式有短纤维，长纤维及连续纤维3种，其中连续纤维对复合材料的强度、韧性等指标的增强效果远远超过其它两种纤维形式；连续纤维复合材料3D打印过程是这样的：首先打印数层基体高分子热塑性材料(如ABS，PLA，或nylon等)，然后开始打印纤维层，也即将含有纤维(碳纤维或玻璃纤维)的复合材料纤维丝铺设在基体材料层上，由于复合材料纤维丝外层包裹有基体高分子热塑性材料，内部为纤维丝，复合材料纤维丝喷出时外部基体高分子热塑性材料处于熔融高粘度液体状态，因此很容易与已有的基体材料粘结成一体。通常零件的同一层截面内无法全部布满复合材料纤维丝，空隙部分依然由基体材料填充，因此打印过程中需要不断地切换打印头才能完成同层复合材料与基体材料混合铺设。当由连续纤维复合材料的3D打印头切换至基体材料打印头时，必须切断连续复合材料纤维丝，以便于基体打印头进行打印；用于基体高分子热塑性材料打印头，目前市面上已有销售，且技术成熟，然而，目前国内的3D打印机还无法打印连续纤维的复合材料，而在美国，这种打印技术也是刚刚起步，虽然已经有打印复合材料的3D打印机，但是其进给、切断与喷头是分离的系统，导致复合材料纤维丝太长，只能打印大件物品，不能打印小件物品，打印小件物品时无法铺丝；这款集进给、切断、熔融和冷却为一体的3D打印喷头能够解决上述问题；本发明可以广泛用于汽车、航空、航天等领域。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有的技术问题和缺陷，设计一种能够连续喷吐复合材料纤维丝的3D打印机喷头，该喷头集进给、切断、熔融和冷却功能为一体，结构紧凑，方便实用。