[发明专利]加捻连续纤维熔融沉积3D打印送丝装置及应用

说明书

本发明公开了一种加捻连续纤维熔融沉积3D打印送丝装置及应用，所述的打印送丝装置，包括顶部设有主进料口的料桶和打印送丝头，打印送丝头设在料桶的底部，与动力装置相连接，打印送丝头包括：碗状的送丝头主体、设置在送丝头主体内壁的凹槽和设置在送丝头主体外壁的被动转动构件，喷丝口设置在所述的送丝头主体的端部，被动转动构件与动力装置相连接；本发明可用于纤维加捻，制备层层堆积形成的连续纤维增强复合材料的3D产品的坯型。本发明工艺简单，效率高，既适合单件或小批量生产，也适合大量打印机同时进行大批量3D打印生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种加捻连续纤维熔融沉积3D打印送丝装置。

背景技术

3D打印，也称为增材制造，是根据预先设计的三维CAD的数据，通 过3D打印设备，逐层增加材料来制造三维产品的技术。

与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中 去除大量的材料，也不必通过复杂的铸造、锻造、焊接工艺就可以得到最 终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。

目前，3D打印技术常用于新产品开发、快速原型、单件及小批量零件 制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料 的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。3D打印这种基于材 料堆积法的高新制造技术受到了国内外越来越广泛的关注，将促成一种新 型的生产方式，具有广阔的发展前景。

3D打印技术有3DP技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版 印刷技术、SLS选区激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技 术，技术不同所用材料则完全不同。

其中，熔融沉积(Fused Deposition Modeling,FDM)成型的机械结构最简 单，设计也最容易，制造成本和维护成本也最低，因此FDM已成为当今世 界上使用最广泛的3D打印技术。目前，应用于FDM工艺的材料基本上是 聚合物，成型材料一般为PLA、PCL、PHA、PBS、PA、ABS、PC、PS、 POM、PVC、PP等。

与短纤维、长纤维增强复合材料相比，连续纤维增强复合材料由于具 有优异的力学、物理、防腐耐磨和抗疲劳等性能，在航天航空、国防军事、 汽车赛车、机器人和医疗等领域显示出巨大的应用前景。但传统方法采用 铺放技术将连续纤维制成复合材料制品，需要预浸渍、浸渍、模塑成型、 后处理等工序，工艺过程繁杂、成本高，且不适合复杂结构零件的制造， 不能很好地满足工业化生产要求。

专利CN105172144A公开了连续纤维增强复合材料3D打印的多级送 丝打印头，包括固定于一级加热块上表面(正中心)的纤维导管，纤维导 管内孔道形成纤维通道，一级喉管固定于一级加热块两侧，一级喉管内孔 道形成一级内孔道，高分子材料从一级内孔道穿过进入一级加热块熔融腔 内；一级加热块固定于二级加热块上方，二级喉管固定于二级加热块两侧， 二级喉管内孔道形成二级内孔道，高性能热塑性材料从二级内孔道穿过进 入二级加热块熔融腔内；以此相同的结构类推，最终所有的加热块固定于 末级加热块上面，喷嘴固定于末级加热块下表面，采用多级送丝打印头， 很好地将连续纤维用基体材料进行多级包覆，得到具有良好综合性能的连 续纤维增强复合材料零件。

美中不足，由于实现多级包覆，纤维导管设计在正中心，因此每次只 能进一束连续纤维：1)如果采用不同的纤维，由于纤维的浸渍性差异，在 多种纤维复合时可能受到一定限制；2)同种纤维，当纤维用量较大时，考 虑到打印速度，浸渍效果可能要打一定折扣。