[实用新型]一种可控连续纤维复合材料三维打印喷头

说明书

技术领域

本实用新型涉及连续纤维复合材料三维打印领域，特别涉及一种可控连续纤维复合材料三维打印喷头。

背景技术

连续纤维复合材料具有高强度、高刚度、低比重、高冲击韧性好、抗疲劳性好、耐高温老化、耐化学腐蚀、抗蠕变、耐磨擦磨损、可循环回收使用等优异特性，在汽车、航空航天、轨道交通等领域具有重要的应用前景。但传统连续纤维复合材料加工工艺依然面临着三个难以突破的问题：高昂的成本、严苛的技能要求和匹配的专业器械。

近年来新兴的三维打印技术有望解决上述难题，该技术可快速而精密地直接制造出任意复杂形状的零件，实现“自由制造”。和传统连续纤维复合材料成型与制备工艺相比，3D打印技术具有工艺简单、加工成本低、原材料利用率高、生产技术绿色环保、降低制件的制造成本等特点，同时实现复合材料制件的结构设计与制造一体化完成、无需再开模具制造、可反复数字化修模与打印制件验证，可加快开发周期、节约开发成本，可作为一种低成本快速成形制造的一种有效技术方案。有望解决许多过去连续纤维复合材料复杂结构零件的成形问题，并大大减少加工工序，缩短加工周期。

将3D打印技术应用于连续纤维复合材料结构成形在国内外已经成为一种快速发展的连续纤维复合材料制备的数字化、智能化、自动化的高科技新技术，已经为国内外很多研究机构和3D打印企业所重视。例如授权公告号为CN104097326B的专利文献公开了一种纤维增强复合材料多自由度3D打印机及其打印方法，采用6自由度工作平台实现三维自由空间的3D打印，可以实现材料以任意角度和任意运动轨迹进行沉积实现3D 打印制造。再如授权公告号为CN104119339B的专利文献公开了一种连续长纤维增强复合材料3D打印机及其打印方法，利用3D打印技术，结合复合材料纤维铺放技术，实现了树脂基连续长纤维增强复合材料的3D打印。

纵观现有连续纤维复合材料三维打印技术，尚缺乏有效的连续纤维剪切手段，大多数采用外部剪切装置对连续纤维进行剪断，装置结构占据空间大，需要配合复杂的控制运动算法。因此，建立一种能够简单可控连续纤维复合材料三维打印喷头，对于解决连续纤维复合材料三维打印过程连续纤维剪切问题具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可控连续纤维复合材料三维打印喷头，解决连续纤维在三维打印过程中的自动剪断问题，可实现连续无中断打印，具有结构紧凑，控制简单方便，易于更换等特点。

一种可控连续纤维复合材料三维打印喷头，包括与热塑性材料导管连接的喷头模块、纤维导丝模块和剪切模块，所述喷头模块包括：

第一喷腔，一端连通所述热塑性材料导管；

第二喷腔，与所述第一喷腔的另一端套接连通且两者之间通过第一弹性件连接限位，远离所述第一喷腔的一端设有第一喷口；

所述纤维导丝模块包括：

纤维导管，出丝口伸入所述第一喷腔且延伸至或靠近第二喷腔；

顶推所述第二喷腔上升使所述出丝口靠近或者伸出所述第一喷口。

本实用新型将纤维出丝的模块集成到打印喷头内部，从而可实现连续无中断打印，具有结构紧凑，控制简单方便，易于更换等特点。使用时，只要顶推所述第二喷腔上升使所述出丝口靠近或者伸出所述第一喷口，即可以通过纤维导管将纤维的端部粘到打印件上，待凝固后移动打印喷头即可实现连续纤维打印。

本实用新型适用于多种类型的连续纤维复合材料三维打印，例如碳纤维、玻璃纤维、劳伦纤维等连续纤维以及PLA、ABS等热塑性材料。本实用新型可实现连续纤维和热塑性材料可选可控打印，可同时打印连续纤维和热塑性材料复合结构，也可单独打印热塑性材料以及单独打印连续纤维，且能够自动剪断连续纤维而无需中断打印过程。

为实现热塑性材料的融化，所述第一喷腔上还设有加热装置和温度检测装置，优选的采用加热棒和温敏电阻；

为防止材料泄露，进一步优选的，所述第二喷腔和第一喷腔之间设有密封圈。

为了方便断丝和出丝，简化整体结构，优选的，所述喷头模块还包括：

第三喷腔，与所述第二喷腔的第一喷口端套接连通且两者之间通过第二弹性件连接限位，远离所述第二喷腔的一端设有与所述第一喷口相对的第二喷口；

所述剪切模块包括：

第一剪切刀架和第二剪切刀架，对称布置在所述第三喷腔的外壁和所述第二喷腔的内壁之间且与所述第二喷腔的内壁固定连接；