[发明专利]打印碳纤维的3D打印机

说明书

技术领域

本发明属于熔融堆积快速成型设备技术领域，具体涉及一种打印碳纤维的3D打印机。

背景技术

由于3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸方面的前沿技术知识，使大规格的个性化生产成为可能并且引领着全球制造业经济的重大变革，因而广泛受到人们的关注。打印机构是3D打印的核心设备，其是以数字模型文件为基础运用耗材（耗材如：粉末状金属材料、塑料、陶瓷、砂之类的可粘合材料）通过逐层打印的方式构建物体，即在计算机的控制下根据工件的三维模型直接成形三维实体，无需传统的加工机床之类的装备及其工装模具、工装夹具等。就3D打印机即3D打印设备的种类而言，目前大体上分为三类：一为树脂熔融成型；二为光固化成型；三为缴光金属成型。

上面提及的碳纤维是一种含碳量约在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料，由于其具有外柔内刚、质量比金属铝轻但强度却高于钢铁、耐腐蚀性能优异、比热及导电性介于非金属与金属之间、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳、热膨胀系数小且各向异性好、导热性能优异以及电磁屏蔽性好等特点，因而在诸如航空航天、国防、汽车、风力发电、建筑、医疗器械和民用等领域得到了广泛的应用。以日常所见的并且应用于工业和建筑的碳纤维布（也称碳素纤维布）为例，其制造过程是：先将碳纤维浸胶，再逐层铺叠并加以压制，而后引入烘烤装置烘烤成型。该制造过程由于工艺环节多、效率低、能耗大，因而致使产品价格昂贵。尤其是当使用碳纤维制造复杂的零部件时，不仅成本高而且制造效率难以满足工业化放大生产要求。

在公开的中国专利文献中可见诸关于3D打印机的技术信息，如发明专利申请公布号CN103317726A推荐有“3D打印机的喷头传动机构及具有该机构的3D打印机”，又如授权公告号CN203485190U提供有“一种基于并联机构的3D打印机”，再如发明专利申请公布号CN103862679A介绍有“3D打印机”，等等。但是在迄今为止公开的中外专利和非专利文献中均未见诸得以打印碳纤维的3D打印机的技术信息。具体而言，如果有一种结构合理的能打印碳纤维的3D打印机，那么传统的碳纤维制造方式所存在的诸如前述的工艺烦琐、效率低、对复杂形状及构造的零部件的挑剔性、成本高之类的问题便可消除。从理论上讲，既然已有技术中的3D打印机对于打印PLA、ABS之类的材料并不存在技术障碍，那么将3D打印机打印碳纤维似乎也不会存在困惑。但是，经本申请人的实验表明，由于并非限于以下因素而务必对已有技术中的3D打印机的打印机构加以实质而非形式的改良；其一，作为打印材料的碳纤维是预浸过的碳纤维原丝，与PLA、ABS之类的材料差异较大；其二，在向打印机构的打印头送丝过程中不能出现挤压变形并且需要确保送丝稳定与可靠其三，由于碳纤维具有极高的耐温性例如不会在两三百度的温度下熔化，因而需要有节凑地分断喂入，例如通过剪切部件剪切后逐一喂送给打印头；其四，在打印头打印的同时需对碳纤维施加适度的压力，否则会出现分层现象，影响成型后的产品的整体结合效果，等等。

针对上述已有技术，本申请人作了积极而有效的设计，终于形成了下面将要介绍的技术方案，并且在采取了保密措施下进行了模拟试验，结果证明是切实可行的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于稳定而可靠地将碳纤维丝向打印头的方向输送并且可避免造成碳纤维丝挤压变形、有利于在打印头打印的过程中将碳纤维丝剪切和有益于在打印头打印的同时对碳纤维丝施加适度压力的打印碳纤维的3D打印机。

本发明的任务是这样来完成的，一种打印碳纤维的3D打印机，包括一底座，在该底座上并且位于底座朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台；一驱动机构，该驱动机构设置在所述的底座上；一打印机构，该打印机构设置在所述的驱动机构上，特征在于：所述的打印机构包括打印头、用于向打印头喂送碳纤维丝的送丝装置和用于将由送丝装置送出的碳纤维丝剪断的碳纤维丝剪切装置，打印头设置在所述的驱动机构上，送丝装置在对应于打印头的上方的位置设置在驱动机构上，碳纤维丝剪切装置伴随于送丝装置并且在对应于送丝装置的一侧的位置设置在驱动机构上。