[实用新型]同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，用于解决工程支撑部件的抗压稳定性及抗弯折的问题，具体该系统部分包括：三维成型制造模块用以按照两个不同的预设旋转方向输出基质材料和交联材料，以使所述基质材料和所述交联材料构造出具有同轴的、且一体成型的第一打印体和第二打印体；以及计算机控制模块和可控气压输出系统，使用方法包括：材料制备，在编程材料进给模块配置基质材料和交联材料，同轴螺旋结构增材制造以及后处理步骤，可实现复合材料内增强相不连续纤维的同轴螺旋排列，进而协同增强材料的抗压和抗弯特性，提升工程应用的适用范围。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统。

背景技术

现行趋势下，风力发电系统、建筑单元系统等基础建设设施，需要配备的支撑结构在其自身领域的关键要求包括：第一、系统构件的设施重点部位在结构和材料选择上需要具备抗压性和稳定性；第二、系统构件需要具有在预定范围内的抗弯折特性；而既有支撑结构中往往难以有效应对上述要求，可总结为：无法有效应对复杂载荷环境。

反观自然界中，生物材料及组织构造有效解决了这一矛盾问题，能够实现抗压、抗弯、抗扭曲、抗剪切的复杂特性的完美结合。在此，以灵长类动物骨骼作为生物材料及组织构造为例，其特点为具有高的强度、能够有效地承受自身重量和外部施力，结合附属组织后还具备较好的韧性；另外，既有树木、竹类植物同属于典型高强高韧生物复合材料，两者均是集成高比强度、比刚度与韧性等优异性能于一体的天然复合材料，可作为抗压及抗弯协同增效材料设计的仿生模本。经过既有技术研究表明，上述典型的生物结构材料具有一些共性：它们都是天然多级复合材料，高度有序的增强相纤维以一种同轴螺旋结构有效包裹在矿化或有机物基质中，在此可概括为同轴螺旋结构增强复合材料。

现有技术中，即使自然界的同轴螺旋结构材料为新型材料的设计提供新思路，但受到设计手段与制造工艺的限制，导致面向抗压与抗弯特性协同优化的材料结构创新与制造技术长期处于探索阶段，不能进行实际的工程应用。

发明内容

针对现有技术中缺乏将生物启发抗压抗弯仿生复合材料工程化的技术手段，本发明提供了一种同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，包括：

三维成型制造模块，其用以按照两个不同的预设旋转方向输出基质材料和交联材料，以使所述基质材料和所述交联材料构造出具有同轴的、且一体成型的第一打印体和第二打印体；

编程材料进给模块，其用以向所述三维成型制造模块分别输送所述基质材料和所述交联材料；

计算机控制模块，其基于一固化程序用以构建可打印的模型，并将所述可打印的模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至所述三维成型制造模块，以使所述三维成型制造模块能够获得输出所述第一打印体和所述第二打印体的打印轨迹；

可控气压输出系统，其用以提供输出气源以控制在构造所述第一打印体和第二打印体时消耗所述基质材料或者所述交联材料的输出量。

进一步地，所述三维成型制造模块包括：

料筒部件，其设置在一打印空间内，并相对于该打印空间能够转动；

同步挤出部，设置在所述料筒部件的第二端；

所述同步挤出部包括：

第一挤出部；

第二挤出部，设置在所述第二挤出部的内部，且所述第一挤出部的高度小于所述第二挤出部的高度，以使所述第一挤出部的第二端与所述第二挤出部的第二端连通时，构造出连通区；