[发明专利]连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机

说明书

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体的说，涉及一种连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机。

背景技术

增材制造技术是制造业领域内正在快速发展的一项新兴技术，被称为“具有第三次工业革命重要标志意义的制造技术”，各主要发达国家将其列为战略发展的关键技术。目前，增材制造技术依托多个学科领域尖端技术，在航空航天技术、汽车家电制造生产、生物医药、食品加工等领域得到了一定应用。与传统制造技术相比，增材制造三维快速成型制造技术省略了产品模具的加工制造，从而在时间上极大的缩短了产品的研制周期，提高了生产率和降低生产成本。经济效益与前景方面有非常大的发展潜力，根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果显示，全球3D打印产业产值在1988年到2010年之间以26.2％的年均速度增长。报告预测，3D打印产业未来仍将会保持着较快地增长速度，到2020年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到52亿美元。在2012年的国际新技术发展趋势调查中，3D打印制造技术居首位。目前，现有的增材制造技术还面临着诸多方面的瓶颈和探索，因此，需要进一步深入研究，扩大其应用领域。

利用增材制造技术打印出的纤维增强复合材料制品，不仅具备高强度、高刚度、质量轻等特点，而且可以控制纤维的分布方向，从而控制制品的性能。纤维增强复合材料的增材制造技术无论是在民用还是军事上都具有重大的意义。例如，利用碳纤维复合材料制作汽车零部件，提升汽车性能并降低油耗；碳纤维复合材料产品涵盖航天光学遥感器的各个部位，如相机镜筒、相机支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速发展和增材制造技术的日益成熟，基于纤维增强复合材料的增材制造技术将会应用到各行各业，推动制造产业的快速发展。

但是目前的连续纤维增强复合材料增材制造技术研究较少，尚处于研发阶段，存在诸多问题。比如，树脂无法充分进入纤维丝带内部，无法将各个纤维丝通过树脂粘结在一起，从而在打印工件内部形成空洞，严重降低了工件的力学性能。此外，连续纤维增强复合材料增材制造容易堵头，从而导致纤维无法出丝或树脂从喷头内部往外溢出。

专利号为201611004458.X的发明专利一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头和专利号为201611026706.0的发明专利一种适用于连续纤维增强复合材料3D打印的喷头均公开了一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头，但是喷头的结构比较复杂，导致喷头尺寸较大，容纳树脂材料的腔体体积较大，此外内头出口与外头出口之间的距离无法调节，无法控制纤维复合材料的对中性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机，喷头结构简单，尺寸较小，可以提高成型精度；此外，内喷头的出口与外喷头的出口之间的竖直距离可调，可以控制纤维复合材料的对中性，改善成型质量。

为解决上述技术问题，本发明属于增材制造领域，更具体的说，涉及一种连续纤维增强复合材料增材制造喷头，由外喷头和内喷头组成，喷头结构简单，尺寸较小，可以提高成型精度；此外，内喷头的出口与外喷头的出口之间的竖直距离可调，可以控制纤维复合材料的对中性，改善成型质量。

所述内喷头螺纹连接在外喷头的内部，所述内喷头的内部设有用于穿纤维丝的内腔Ⅱ，所述外喷头的内部设有容纳树脂材料的内腔Ⅰ，所述内腔Ⅰ与内腔Ⅱ同轴，所述外喷头上还设有连通内腔Ⅰ的连接孔，所述连接孔位于外喷头的侧面。

作为本技术方案的进一步优化，本发明连续纤维增强复合材料增材制造喷头所述外喷头的上端为圆柱体，下端为圆锥体，所述圆柱体上对称设有两个平面，所述连接孔位于其中一个平面上，另一个平面上设有定位孔，所述定位孔为螺纹盲孔。

作为本技术方案的进一步优化，本发明连续纤维增强复合材料增材制造喷头所述内喷头为圆柱体，内喷头的上端直径大于下端直径，内喷头的上端设有拧紧头，所述拧紧头的下端设置有挡块，所述内腔Ⅱ贯穿内喷头并与内喷头同轴，所述内腔Ⅱ为两个圆柱形腔体组成，上端圆柱形腔体的直径大于下端圆柱形腔体的直径，两个圆柱形腔体的连接处为弧形过渡。

作为本技术方案的进一步优化，本发明连续纤维增强复合材料增材制造喷头所述内喷头由上喷头和下喷头组成，所述上喷头和下喷头螺纹连接，所述上喷头的内部设有贯穿上喷头的圆柱通孔Ⅰ，所述圆柱通孔Ⅰ与上喷头同轴，所述下喷头的内部设有贯穿下喷头的圆柱通孔Ⅱ，所述圆柱通孔Ⅱ与下喷头同轴，所述圆柱通孔Ⅰ与圆柱通孔Ⅱ同轴，所述圆柱通孔Ⅰ的直径大于圆柱通孔Ⅱ的直径。