[发明专利]一种用于连续纤维3D打印中提高纤维弹性伸长量的装置和方法

权利要求书

1.一种用于连续纤维3D打印中提高纤维弹性伸长量的装置，其特征在于，包括原纤维供应模块、纤维加螺旋模块和纤维收集与供给模块，所述纤维收集与供给模块收集来自纤维加螺旋模块的加螺旋纤维并输送至3D打印头中；

所述纤维加螺旋模块包括：

纤维夹紧头，用于供来自原纤维供应模块的待加螺旋纤维沿轴向通过并夹持待加螺旋纤维限制待加螺旋纤维绕轴向转动；

加螺旋驱动机构，用于驱动所述纤维夹紧头绕纤维轴向转动；

一对压紧辊轴，两个压紧辊轴之间供已加螺旋纤维通过且压紧纤维以限制纤维绕轴向转动；

所述纤维夹紧头包括一体成型的：

连接部，与所述加螺旋驱动机构的主轴相连；

纤维夹持部，包括两块夹板、位于两块夹板之间的弹性体以及连接两块夹板的夹紧螺栓，弹性体带有供待加螺旋纤维从弹性体中通过的轴孔。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述原纤维供应模块包括：

与所述纤维夹紧头同轴转动的中空原纤维架；

安装在中空原纤维架上可自由转动的原纤维卷筒，原纤维缠绕在该原纤维卷筒上。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述加螺旋驱动机构为双头电机且采用中空主轴，所述中空主轴的一端与所述中空原纤维架同轴固定连接，中空原纤维架带有供纤维自由通过的通孔，所述原纤维卷筒的轴向与所述中空主轴轴向相垂直；所述中空主轴的另一端与纤维夹紧头的连接部同轴固定连接，中空原纤维架和纤维夹紧头均随主轴转动。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述压紧辊轴的表面由弹性软质材料制成，且带有供加螺旋纤维通过且限制加螺旋纤维轴向转动的凹槽。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述纤维收集与供给模块包括：

螺旋纤维卷筒；

将已加螺旋纤维绕置在所述螺旋纤维卷筒上的收纤维驱动电机；

以及将绕置在螺旋纤维卷筒上的已加螺旋纤维输送给3D打印头的供纤维驱动电机。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述螺旋纤维卷筒与供纤维驱动电机的主轴同轴固定；所述收纤维驱动电机的主轴顶端固定用于引导纤维缠绕在螺旋纤维卷筒上的收纤维臂，所述收纤维臂上带有供已加螺旋纤维穿过的小孔。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述收纤维臂包括互成90°连接的两部分，一部分与收纤维驱动电机的主轴固定、另一部分延伸至螺旋纤维卷筒中部外侧且与螺旋纤维卷筒轴向相平行，小孔位于与螺旋纤维卷筒轴向相平行的部分的顶部，且小孔的轴向与螺旋纤维卷筒的轴向相垂直。

8.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述供纤维驱动电机上固定有供纤维架，供纤维架上带有供纤维通过的通孔，该通孔与3D打印头的输入孔之间设置纤维引导管。

9.一种连续纤维3D打印中提高纤维弹性伸长量的方法，其特征在于，利用如权利要求5所述装置完成，包括如下步骤：

(1)原纤维缠绕在原纤维卷筒上，然后引导原纤维依次穿过纤维夹紧头、压紧辊轴、纤维收集与供给模块，最后接入3D打印头中；

(2)采用加螺旋和打印同步模式：此时收纤维驱动电机不转动，供纤维驱动电机与加螺旋驱动机构按一定的速比一起转动，对纤维加螺旋的同时收纤维并送给3D打印头；

或采用加螺旋与打印异步模式：此时供纤维驱动电机不转动，收纤维驱动电机驱动收纤维臂与加螺旋驱动机构按一定速比转动，在加螺旋的同时将纤维收集在螺旋纤维卷筒上。