[发明专利]碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置及方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，其特征在于，包括有底板、支架、X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台、工件支撑板、材料挤出机构，所述支架、X轴滑台、Y轴滑台设置在底板上；

所述工件支撑板通过第一旋转台安装在所述Y轴滑台上，所述第一旋转台带动所述工件支撑板绕Z轴旋转运动，所述Y轴滑台可带动所述工件支撑板和所述旋转台同时沿Y轴方向移动；所述Y轴滑台设置在X轴滑台上，所述X轴滑台可带动所述Y轴滑台沿X轴方向移动；

所述Z轴滑台竖直设置在所述支架上且位于所述工件支撑板上方，所述材料挤出机构通过第二旋转台安装在所述Z轴滑台上，所述第二旋转台带动所述材料挤出机构绕X轴旋转运动，所述Z轴滑台滑动带动所述材料挤出机构同时沿Z轴方向移动。

2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，其特征在于，所述工件支撑板下侧设置有加热装置。

3.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，其特征在于，所述支架采用龙门式框架，所述龙门式框架包括两对称设置的竖板和设置在两竖板上端之间的一横梁，所述横梁平行于Y轴滑台；所述X轴滑台、Y轴滑台设置在两竖板之间，所述Z轴滑台竖直设置在所述横梁上。

4.根据权利要求3所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，其特征在于，所述竖板与所述底板之间设置有加强肋。

5.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，其特征在于，所述材料挤出机构包括有进料口结构和挤出头，所述进料口结构连接导料管，所述挤出头设置在所述进料口结构上，所述进料口结构通过一悬臂安装在第二旋转台上。

6.一种碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型装置，该方法包括以下步骤：

(1)通过计算机控制五自由度3D打印成型装置中的各机构，使X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台、第一旋转台、第二旋转台回零，回到初始位置，再调整工件支撑台使其处于指定位置来使打印区域范围最大；

(2)启动加热装置，使得工件支撑板达到预热温度；

(3)将碳纤维增强复合材料通过导料管输入到材料挤出机构内，材料先在导料管内融化，到达挤出头部位处于熔融状态，随着不断进料，已熔融的材料从挤出头挤出形成熔丝，在工件支撑板上成型；

(4)挤出头根据计算机输出的模型数据信息走出打印运动轨迹；

(5)经过以上过程，完成五自由度3D打印。

7.根据权利要求6所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型方法，其特征在于，碳纤维增强复合材料在供料时，精确的控制丝材被加热温度，保证丝材达到玻璃化温度以上，但未达到熔融状态，保证丝材在折弯处具有较小的弹性能，实现丝材的高精度叠层。

8.根据权利要求6所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型方法，其特征在于，挤出头能够实现五自由度运动，包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三个直线运动和绕X、Z轴旋转两个旋转运动。

9.根据权利要求6所述的碳纤维增强复合材料结构件五自由度3D打印成型方法，其特征在于，通过控制打印过程中的铺层路径来控制纤维复合材料的取向，从而得到不同复杂程度纤维复合材料结构件。