[发明专利]一种用于连续纤维3D打印的丝束压力实施机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连续纤维3D打印过程中对铺放丝束进行压力的实时实施机构，属于增材制造技术领域。

技术背景

3D打印技术用于连续纤维复合材料的三维成型，能够充分发挥3D打印无需模具、一体成型及纤维材料轻质高强的优势，改进了传统纤维铺放或缠绕成型方式对模具依赖性强、模型复杂度受限的不足，在航空航天、汽车工业、零部件制造等领域具有广阔前景。

传统的连续纤维铺放成型方式，采用简单固定式压轮装置对纤维丝束在模具上进行压紧。但对于以层层叠加增材制造为成型方式的3D打印技术，由于不需要模具支持且不受模型复杂性限制，因此需要针对成型件的力学性能需求及纤维连续性与方向性特点，规划合理的打印路径，保证高性能三维成型。一方面在3D打印过程中，需要对所打印丝束实时施加温度与压力，以增加各层之间的致密性；同时，对于复杂模型的空程路径或跳转点，需要能够实时抬起压力装置，提高打印速度和避免对所成型部分的干涉；另一方面，由于路径的复杂性，除了直线路径外，对于折线、曲线等不规则路径，压力装置还需要做到空间位置的实时跟踪和变换，以保证成型效果。因此，对于纤维3D打印的压力装置从压力温度实施、三维空间位置变换等方面提出了要求。

鉴于此，在连续纤维材料3D打印过程中，需要一种适合成型路径跳转、复杂路径空间跟踪能力的压力装置对纤维丝束进行实时压力实施，以提高成型零部件多层间的致密性，提升打印质量。

发明内容

本发明的目的在于针对连续纤维3D打印零部件致密性与性能的要求，提供一种能够对铺放纤维丝束轨迹实时跟踪的压紧机构。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于连续纤维3D打印的丝束压力实施机构，包括压力装置、空间运动机构、连接在压力装置和空间运动机构之间的横向连接支架、固定在空间运动机构下方的喷头装置，用于控制压力装置垂直方向运动和控制空间运动机构运作的控制系统一；

所述压力装置固定在横向连接支架的一端，并在控制系统一的控制下相对于所述横向连接支架垂直方向上下运动，所述压力装置向下运动的最低点低于所述喷头装置最低点；所述空间运动机构固定在横向连接支架的另一端，空间运动机构运作时，带动所述横向连接支架绕空间运动机构旋转运动，同时带动压力装置一起旋转。

进一步的，所述压力装置包括连接柱、普通磁铁支撑块、嵌入在普通磁铁支撑块中的普通磁铁、电磁铁支撑块、嵌入在电磁铁支撑块的电磁铁、连接在普通磁铁支撑块和电磁铁支撑块之间的弹簧、连接在普通磁铁支撑块外侧并向下延伸的支撑杆，还包括压轮和加热棒，所述电磁铁为失电性电磁铁；所述连接柱上端固定在所述横向连接支架的一端，连接柱的下端与电磁铁支撑块固定连接；所述加热棒穿过压轮并固定在支撑杆的下端；所述普通磁铁支撑块、普通磁铁及弹簧依次穿过连接柱并沿连接柱上下滑动，从而带动支撑杆上的压轮上下运动。

进一步的，所述空间运动机构包括大同步轮、小同步轮、连接大同步轮和小同步轮的皮带、电机轴，以及用于控制电机轴的电机，所述大同步轮固定在所述横向连接支架的另一端，小同步轮固定在电机轴上。

进一步的，所述喷头装置包括喷头支架、材料导管、加热铝块和固定在喷头支架下方的打印喷头，所述喷头支架固定在所述电机下方，所述加热铝块固定在打印喷头上，所述材料导管上端固定在横向连接支架上，同时穿过横向连接支架、大同步轮、喷头支架、加热铝块，下端与打印喷头连接。

进一步的，所述控制系统一分别控制压力装置中的电磁铁磁性和和空间运动机构的电机运作，电磁铁带磁性时，与普通磁铁的相互吸引力带动普通磁铁支撑块沿连接柱向下滑动，从而使得支撑杆上的压轮向下运动，压轮向下运动的最低位置低于打印喷头所在水平面；控制系统一控制电磁铁失去磁性时，普通磁铁回位带动普通磁铁支撑块沿连接柱向上滑动，从而使得支撑杆上的压轮向上运动，压轮向上运动的最高位置高于打印喷头所在水平面；控制系统一控制电机运作时，由电机轴带动小同步轮转动，小同步轮通过皮带将旋转角度信息传递给大同步轮，并由大同步轮带动横向连接支架做旋转运动，从而使压力装置旋转。

进一步的，所述压轮向下运动的最低位置低于打印喷头所在水平面0.2mm，压轮向上运动的最高位置高于打印喷头所在水平面0.2mm及以上。

进一步的，所述支撑杆为上部支撑杆、中部隔热块、下部支撑杆三段式一体成型，且支撑杆和普通磁铁支撑块为一体成型结构。