[发明专利]一种连续纤维增强复合材料回转式3D打印机

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强3D打印技术领域，具体涉及一种连续纤维增强复合材料回转式3D打印机。

背景技术

纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀和抗老化性等优点，被广泛应用于航天航空、汽车、机器人和国防军事等领域。纤维增强复合材料根据纤维的长度尺寸可以分为短切纤维增强复合材料、长切纤维增强复合材料以及连续纤维增强复合材料。纤维增强复合材料制造技术发展迅速，其中短切纤维增强复合材料和长切纤维增强复合材料的制造技术较为成熟，但其纤维对制件力学性能的提升非常有限，难以满足工业对高性能纤维复合材料的需求，为此，连续纤维增强复合材料受到了越来越多的关注。目前连续纤维增强复合材料的制造工艺主要有缠绕成型工艺、自动铺放工艺和编织工艺等，这些传统的连续纤维增强复合材料制造工艺大多需要模具，工艺过程复杂，生产成本高，生产周期长，难以实现具有三维复杂结构复合材料制件的制造，大大阻碍了连续纤维增强复合材料的应用。而随着连续纤维增强复合材料3D打印工艺的出现，使得连续纤维增强复合材料的低成本、快速制造成为可能。

但是，目前连续纤维增强复合材料3D打印工艺均采用层层平面叠加的制造原理进行复合材料制件的制造，制件在分层方向上的力学性能明显低于其它方向，呈现出各向异性。另外，连续纤维增强复合材料的性能取决于纤维的方向及排布模式，传统3D打印工艺使连续纤维仅可以在二维平面内进行设计，使得回转型制件(如整流罩、承力筒等)的结构性能较差，纤维性能的利用率较低，大大限制了连续纤维增强复合材料3D打印工艺在回转类制件上的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强复合材料回转式3D打印机，实现连续纤维增强复合材料回转类制件的高性能快速制造，提高连续纤维的可设计性以及连续纤维性能的利用效率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种连续纤维增强复合材料回转式3D打印机，包括复合材料打印头8，复合材料打印头8安装在移动导轨5上，复合材料打印头8和调节装置6配合，通过调节装置6调整复合材料打印头8在移动导轨5上的位置，移动导轨5装在移动装置4上，复合材料打印头8下方设有工作台9，工作台9上面装有旋转装置10，旋转装置10上安装有支撑11，工作台9和升降装置7连接，工作台9的左右放置增强纤维2的纤维筒3和树脂丝材14的料盘15，增强纤维2经过张紧装置1进入复合材料打印头8，树脂丝材14通过送丝装置13、导丝管12进入复合材料打印头8中。

所述的复合材料打印头8包括打印喷嘴18，打印喷嘴18安装在加热块23上，加热块23上装有温度传感装置16和加热装置17，加热块23与散热管21相连，散热管21外部与散热装置20、冷却装置22连接，树脂丝材14经过导丝管12进入散热管21，然后进入加热块23，经过加热装置17加热后熔融，增强纤维2进入加热块23与树脂丝材14浸渍，然后从打印喷嘴18挤出，打印喷嘴18外设有剪切装置24。

一种连续纤维增强复合材料回转式3D打印机的打印方法，包括以下步骤：

1)将支撑11安装在旋转装置10上，作为制件的附着对象；

2)增强纤维2从纤维筒3中出发，经过张紧装置1进入复合材料打印头8，增强纤维2穿过复合材料打印头8的加热块23，到达打印喷嘴18；

3)树脂丝材14从料盘15出发，经过送丝装置13进入导丝管12，穿过导丝管12进入散热块21，经过加热装置17加热熔融后进入打印喷嘴18；

4)当进行制件3D打印时，程序控制移动装置4带动复合材料打印头8移动，同时程序控制旋转装置10带动支撑11做旋转动作，按照当前层打印路径数据运动；同时，程序控制送丝装置13将树脂丝材14输送至导丝管12，经过散热管21和加热块23，向打印喷嘴18挤出，中间处散热装置20保证散热管21中的树脂丝材14处于固相状态，加热装置17和温度传感装置16保证加热块23中的树脂丝材14处于熔融状态；

5)树脂丝材14和增强纤维2在加热块23处相互浸渍复合形成复合丝材19，并且从打印喷嘴18出口被挤出，复合材料丝材19在支撑11上冷却沉积，增强纤维2随着复合材料打印头8与支撑11的相对运动而不断从纤维筒3中被拉出；

6)当完成模型当前圆周层的打印后，升降装置7带着旋转装置10一起下降一个分层厚度；

7)重复步骤4)～步骤6)，直至零件完成。