[发明专利]一种连续纤维增强复合材料3D打印机

说明书

本发明属于增材制造领域，涉及一种连续纤维增强复合材料3D打印机，可以有效杜绝纤维丝堵死喷头和防止熔融的树脂材料溢出。打印喷头固定在二维运动平台上，打印喷头的下方设置有工作台，工作台固定在一维运动平台上，控制装置控制装置的工作状态。打印喷头由挤丝装置、送料管道、加热装置、测温装置、送丝管道、齿轮和动力装置组成。送料管道的内部设置有容纳树脂材料的腔体；挤丝装置用于将树脂材料送入腔体内并挤出；加热装置用于加热树脂材料，测温装置用于测量树脂材料的温度；送丝管道内部设置有穿纤维丝的丝材腔体，送丝管道固定在齿轮上，齿轮转动连接在送料管道上；送丝管道的出口端位于送料管道的出口端；动力装置用于驱动齿轮旋转。

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体的说，涉及一种连续纤维增强复合材料3D打印机。

背景技术

增材制造技术是制造业领域内正在快速发展的一项新兴技术，被称为“具有第三次工业革命重要标志意义的制造技术”，各主要发达国家将其列为战略发展的关键技术。目前，增材制造技术依托多个学科领域尖端技术，在航空航天技术、汽车家电制造生产、生物医药、食品加工等领域得到了一定应用。与传统制造技术相比，增材制造三维快速成型制造技术省略了产品模具的加工制造，从而在时间上极大的缩短了产品的研制周期，提高了生产率和降低生产成本。经济效益与前景方面有非常大的发展潜力，根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果显示，全球3D打印产业产值在1988年到2010年之间以26.2％的年均速度增长。报告预测，3D打印产业未来仍将会保持着较快地增长速度，到2020年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到52亿美元。在2012年的国际新技术发展趋势调查中，3D打印制造技术居首位。目前，现有的增材制造技术还面临着诸多方面的瓶颈和探索，因此，需要进一步深入研究，扩大其应用领域。

利用增材制造技术打印出的纤维增强复合材料制品，不仅具备高强度、高刚度、质量轻等特点，而且可以控制纤维的分布方向，从而控制制品的性能。纤维增强复合材料的增材制造技术无论是在民用还是军事上都具有重大的意义。例如，利用碳纤维复合材料制作汽车零部件，提升汽车性能并降低油耗；碳纤维复合材料产品涵盖航天光学遥感器的各个部位，如相机镜筒、相机支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速发展和增材制造技术的日益成熟，基于纤维增强复合材料的增材制造技术将会应用到各行各业，推动制造产业的快速发展。

但是目前的连续纤维增强复合材料增材制造技术研究较少，尚处于研发阶段，存在诸多问题。比如，树脂无法充分进入纤维丝带内部，无法将各个纤维丝通过树脂粘结在一起，从而在打印工件内部形成空洞，严重降低了工件的力学性能。此外，连续纤维增强复合材料增材制造容易堵头，从而导致纤维无法出丝或树脂从喷头内部往外溢出。

专利号为201611004458.X的发明专利一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头和专利号为201611026706.0的发明专利一种适用于连续纤维增强复合材料3D打印的喷头均公开了一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头，但是均容易出现纤维丝堵死喷头的现象。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种连续纤维增强复合材料3D打印机，可以有效杜绝纤维丝堵死喷头的现象；此外，还可以防止熔融的树脂材料溢出。

为解决上述技术问题，本发明属于增材制造领域，更具体的说，涉及一种连续纤维增强复合材料3D打印机，由打印喷头、二维运动平台、一维运动平台、工作台和控制装置组成，可以有效杜绝纤维丝堵死喷头的现象，还可以防止熔融的树脂材料溢出。

打印喷头固定安装在二维运动平台上并跟随二维运动平台运动，打印喷头的下方设置有工作台，工作台固定安装在一维运动平台上并跟随一维运动平台运动，控制装置控制二维运动平台、一维运动平台和打印喷头的工作状态。

所述打印喷头由挤丝装置、两端开口的送料管道、加热装置、测温装置、送丝管道、齿轮和动力装置组成，