[发明专利]一种螺杆挤出连续纤维复合材料3D打印装置及方法

摘要

一种螺杆挤出连续纤维复合材料3D打印装置及方法，直接利用单螺杆挤出热塑性粒料或丝材作为复合材料基体，以连续纤维作为增强体，通过层层堆积成形复合材料样件，基体材料可以突破传统3D打印丝材的限制，既可以采用传统的3D打印丝材，又可以采用粒料实现基体材料的任意组合，扩展基体材料体系，采用螺杆挤出的方式能同时通过加热以及螺杆剪切作用改善熔融树脂的流变特性，另外螺杆挤出时内部会产生较高的压力，因此可通过以上方式优化树脂浸渍纤维束的程度，获得良好的界面结合性能实现高性能复合材料的制造，该发明既继承了目前连续纤维3D打印工艺的优点，同时又推动了该新兴工艺真正走向工业化应用的进程，对于促进复合材料的长远发展具有重要意义。

主权项

一种螺杆挤出连续纤维复合材料3D打印装置，包括步进电机(16)，其特征在于：步进电机(16)的输出轴通过依次减速器(15)、联轴器(14)与螺杆(1)输入轴端连接，减速器(15)通过一个支架(17)固定在Z轴升降台(18)的一端，螺杆(1)输入轴通过角接触球轴承(11)和螺筒(2)连接，角接触球轴承(11)通过轴承螺帽(12)紧固在螺杆(1)上，轴承螺帽(12)外侧设有轴承端盖(13)，轴承端盖(13)和螺筒(2)端头连接，螺杆(1)从输入端起，依次由送料段(28)、压缩段(29)、计量段(30)组成，送料段(28)对应的螺筒(2)的正下方设有散热扇(32)，送料段(28)对应的螺筒(2)通过另一个支架(17)固定在Z轴升降台(18)的另一端，压缩段(29)、计量段(30)对应的螺筒(2)外圈固定有压缩段弹簧加热圈(3)、计量段弹簧加热圈(4)，压缩段(29)、计量段(30)对应的螺筒(2)内固定有第一温度传感器(5)、第二温度传感器(6)，螺筒(2)末端和纤维浸渍机头(19)的树脂输入端通过螺纹连接，纤维浸渍机头(19)的纤维输入端和纤维导管(20)连接，纤维浸渍机头(19)的输出端和3D打印头(23)连接，纤维浸渍机头(19)通过螺纹连接有测量纤维浸渍机头(19)内部压力的压力传感器(25)；送料段(28)对应的螺筒(2)设有粒料输入口(31)和丝材输入口(35)，当采用粒料进行打印时，粒料输入口(31)上表面和料斗支架(8)连接，料斗支架(8)和料斗(7)连接，此时丝材输入口(35)利用第三螺栓(34)封死；当采用丝材进行打印时，粒料输入口(31)利用挡板(36)封死，第三螺栓(34)拧出打开丝材输入口(35)。