[发明专利]一种集成结构的连续纤维增强复合材料3D打印机喷头装置

说明书

本发明属于3D打印机结构设计领域，涉及一种集成结构的连续纤维增强复合材料3D打印机喷头装置。该装置由基体/支撑材料打印装置与纤维打印装置集成打印事先处理好的复合材料纤维丝，复合材料纤维丝由纤维丝(如玻璃纤维、碳纤维等)外围包裹热塑性材料(如PLA、ABS和尼龙等)制成，其中基体/支撑材料打印装置承担基体和支撑材料的打印任务，纤维打印装置承担复合材料纤维丝的打印任务，在整个打印任务中基体/支撑材料打印装置与纤维打印装置按规划交替打印，直至完成打印。

技术领域

本发明属于3D熔融打印机设计、制造领域，一种集成结构的连续纤维增强复合材料3D打印机喷头装置，其主要特征为：该装置由基体/支撑材料打印装置与纤维打印装置集成打印事先处理好的复合材料纤维丝(以下均以此命名)，复合材料纤维丝由纤维丝(如玻璃纤维、碳纤维等)外围包裹热塑性材料(如PLA、ABS和尼龙等)制成，其中基体/支撑材料打印装置由远程挤出头构成，纤维打印装置由进给、加热、夹持和切断部分组成。

背景技术

目前国内外市场上的3D成型技术主要为：金属粉末直接激光烧结、选择性激光烧结、三维打印黏结成型和熔融沉积成型(FDM)。其中应用最广泛的当属熔融沉积成型(FDM)，国内目前用于它的打印材料主要为热塑材料，如ABS和PLA。由于热塑材料强度低，往往在使用时不能满足强度要求，因此为了增强这种材料的强度，韧性等，通常向其中加入强化纤维，如玻璃纤维，碳纤维等，使其成为复合材料。目前，国内的3D打印机还未见能打印复合材料的详细报告；而在美国虽然已经有打印复合材料的3D打印机，但是其打印喷头较大较重，且由于其切断与打印装置为分离结构，因此只能打印较大物件。这款集基体/支撑材料和纤维材料打印装置的3D打印喷头装置能够解决上述问题。本发明可以广泛用于汽车、航天等领域。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有的技术问题和缺陷，设计一种能够集成基体/支撑材料和纤维材料打印装置为一体的3D打印喷头装置，将其安装在打印平台上来实现连续纤维增强复合材料3D打印。

本发明属于3D打印机结构设计领域，涉及一种3D熔融打印机喷头装置，特别涉及一种具有集成结构的连续纤维增强复合材料3D打印机喷头装置。本发明所采用的技术方案是：设计一种集成结构的3D熔融打印机喷头装置。此装置集成有基体/支撑材料打印装置和能够打印连续复合纤维丝的纤维材料的打印装置。基体/支撑材料打印装置采用远程送丝装置；纤维材料打印装置具有进给、熔融、夹持和切断机构。纤维材料打印装置最上部是复合纤维丝的进给机构，进给机构通过步进电机提供动力，通过纤维挤出轮(从动轮为橡胶轮)将复合纤维丝沿主从轮的切线方向运动，完成复合纤维丝的进给功能；进给机构下方是夹持与切断机构，夹持机构由电磁铁的通断电驱动主压紧块和从压紧块实现对复合材料纤维丝的夹持，切断机构由舵机驱动四连杆机构实现刀片对复合材料纤维丝的切断；夹持机构下面是熔融机构，熔融机构通过固定在加热块上的加热棒来对其加热，从而传递热量至喷嘴，使其通过的复合材料纤维丝的外围高分子热塑材料处于熔融状态后喷出。基体/支撑材料打印装置和纤维材料打印装置由中定位板和加热块定位板集成。散热风扇装配在基体/支撑材料打印装置的散热片上，达到整体散热目的。集成后的喷头装置通过两块连接板与中定位板和直线轴承架连接，从而将其安装在打印平台上完成打印工作。

附图说明

图1、图5为整体装配图，图2为基体/支撑材料打印装置的装配图，图3、图4为纤维材料打印装置的装配图。

图中件号说明：