[发明专利]纤维铺设装置及复合材料增材制造设备及铺丝方法

说明书

本发明提供了一种利用增材制造技术制备纤维增强金属基或陶瓷基复合材料的纤维铺设装置及方法，属于增材制造技术领域，包括用于缠绕纤维的绕丝机构、用于固定纤维外端的夹丝机构、用于将夹丝机构处的纤维从绕丝机构中拉出的拉丝机构以及用于将所述夹丝机构处的纤维切断的切断机构。纤维增强金属基或陶瓷基的复合材料增材制造设备采用了该纤维铺设装置。本发明提供的纤维铺设装置及铺丝方法，能够实现铺丝自动化，高效精确，并能够实现惰性环境下连续制造，省时省力，利于实现纤维增强金属基或陶瓷基复合材料的增材制造。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地说，是涉及一种纤维铺设装置及采用该纤维铺设装置的复合材料增材制造设备及铺丝方法。

背景技术

增材制造(3D打印)技术在个性化、小批量及复杂零件成形过程中具有重要的作用，但其成形材料较为单一。近年来，该技术由单一金属、陶瓷或高分子材料向复合材料和梯度材料成形方向发展。但是现有连续纤维增强金属基或陶瓷基复合材料增材制造设备难以实现非束纤维组成的多根纤维铺丝自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维铺设装置，旨在解决现有复合材料激光熔覆沉积增材制造技术存在的难以实现铺丝自动化的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种纤维铺设装置，包括用于缠绕纤维的绕丝机构、用于固定纤维外端的夹丝机构、用于将夹丝机构处的纤维从绕丝机构中拉出的拉丝机构以及用于将所述夹丝机构处的纤维切断的切断机构。

进一步地，所述绕丝机构包括丝箱壳体、设置在所述壳体内的绕丝辊以及用于固定所述壳体的固定板。

进一步地，所述夹丝机构包括夹丝支架、设置在所述夹丝支架内的第一夹丝板、用于连接所述第一夹丝板和所述夹丝架的第一弹簧以及设置在所述夹丝架上的用于固定所述第一夹丝板的电磁铁。

进一步地，所述拉丝机构包括底座、设置在所述底座上的丝杠、用于带动所述丝杠转动的步进电机、用于和所述丝杠螺纹连接的滑块、设置在所述滑块上的拉丝架、设置在所述拉丝架内的第二夹丝板以及用于连接所述第二夹丝板和所述拉丝架的第二弹簧，所述拉丝架上还设有用于固定所述第二夹丝板的电磁铁，所述滑块与所述底座滑动配合。

进一步地，所述底座上设有用于和所述滑块滑动配合的导轨，所述滑块通过连接板与拉丝架固定连接。

进一步地，所述丝杠通过轴承固定在底座上，与丝杠通过连接套相连的电机也固定在底座上，固定在底座上的两条导轨平行并分居丝杠两侧。

进一步地，所述绕丝机构、所述夹丝机构均固定在底架上，所述底架上还设有可升降的用于熔覆的工作平台，所述纤维位于所述工作平台的上方。

进一步地，所述拉丝机构位于远离所述夹丝机构的预设位置时，所述工作平台位于所述夹丝机构和所述拉丝机构之间。

本发明提供的纤维铺设装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明纤维铺设装置，通过将纤维缠绕固定在绕丝机构中，然后通过夹丝机构将纤维的外端固定，通过拉丝机构的移动以及将夹丝机构处的限位丝固定，然后夹丝机构松开，则可以将纤维从绕丝机构中拉出，然后和夹丝机构共同进行固定，当将纤维进行预设处理后再通过切断机构将纤维从夹丝机构处切断，实现铺丝自动化。与手动铺丝的方式相比，该方式高效精确，并能够实现惰性环境下连续制造，省时省力。与单根纤维植入方式相比，该方式效率高。另外，拉丝机构和夹丝机构共同固定纤维还可以对纤维施加张力，可以解决纤维在熔覆过程中容易出现的纤维上浮问题，利于提高生产纤维增强金属基或陶瓷基复合材料的品质和效率。

本发明还提供一种复合材料增材制造设备，包括任意一项上述的纤维铺设装置，还包括用于将目标材质熔覆在纤维上的熔覆装置。