[发明专利]一种滚压式连续纤维光固化3D打印装置

说明书

本发明提供一种滚压式连续纤维光固化3D打印装置，包括空心连杆、滚轮、扇形纤维汇集槽、纤维导管、纤维和激光器；所述空心连杆内部设有上下贯通的孔洞且下端设置有轴承，滚轮上设置有轮轴，所述轴承和与滚轴相配合；所述扇形纤维汇集槽设置在空心连杆的前端，扇形纤维汇集槽包括底板、垂直设置在底板上的纤维分隔板，还设置有导管固定插槽，所述导管固定插槽设置在纤维分隔板的顶端且与底板固定连接，纤维分隔板的下端设有出丝口；所述出丝口的高度低于或高于轴承；所述纤维导管端部设置有导管固定头，所述导管固定头和导管固定插槽相配合；本发明的滚压式连续纤维光固化3D打印的技术与装置具有打印效率高、纤维不起褶、成品强度好等优点。

技术领域

本发明涉及一种3D打印装置，尤其涉及一种滚压式连续纤维光固化3D打印装置。

背景技术

纤维增强塑料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP),是由增强纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等)和基体材料(环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂等)组成。具备低密度、高强度、高模量等优点。传统工艺制造FRP过程十分复杂并需要大量人力劳动，近几年来发展的3D打印技术使FRP的制造更为精确、便捷。

当前连续纤维增强塑料3D打印技术主要有如下几种：(1)纤维和基体预混合的熔融沉积成型工艺(CN105599302A)，将长纤维预先填充进常规热塑性丝材中制成丝状耗材，然后在打印时将预混合丝材引入打印头中加热，加热后将熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积；(2)纤维和基体分别存放并在打印头中混合的熔融沉积成型工艺(CN104149339A、CN106313496A)，将丝状连续长纤维和丝状热塑性基体材料在打印前分别存放，在打印时于打印头中加热混合后挤出；(3)使用液态光敏树脂浸润的连续纤维(CN207449123U)，将纤维在打印头中与液体光敏树脂混合，从孔洞中牵引出后使用紫外光照射成型；(4)使用滚轮加压的熔融沉积成型工艺(CN107962774A、CN107379539A)，将熔丝从加热的喷嘴挤出后使用滚轮进行压实。

上述技术方案(1)(2)(3)在纤维挤出后没有外部压力作用，纤维不密实，因而成品质量差。技术方案(4)虽然使用滚轮进行加压，在滚轮滚压时纤维能够实现密实，但是热塑性材料需要一定的冷却时间才能成型，滚轮离开后由于材料未能冷却，原本密实的纤维又会变得蓬松。上述的四种连续纤维3D打印技术在同一时刻只能打印一束纤维，打印效率低。此外，如果增加打印头的挤出口直径并增加纤维含量则会由于内外圈弧长不同导致纤维在拐弯处形成大量褶皱。高性能纤维增强塑料对成型压力和固化环境有着很高的要求，压力不足会造成孔隙率变高，出现内部缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种打印效率高、纤维不起褶、成品强度好滚压式连续的纤维光固化3D打印装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种滚压式连续纤维光固化3D打印装置，包括空心连杆、滚轮、扇形纤维汇集槽、纤维导管、纤维和激光器；所述空心连杆内部设有上下贯通的孔洞且下端设置有轴承，滚轮上设置有滚轴，滚轮和滚轴一体成型，所述轴承和与滚轴相配合；所述扇形纤维汇集槽设置在空心连杆的前端，扇形纤维汇集槽包括底板、垂直设置在底板上的纤维分隔板，所述纤维分隔围绕一圆心以扇形方式均匀排列且上宽下窄，还设置有导管固定插槽，所述导管固定插槽设置在纤维分隔板的顶端且与底板固定连接，纤维分隔板的下端设有出丝口；所述出丝口的高度低于或高于轴承；所述纤维导管端部设置有导管固定头，所述导管固定头和导管固定插槽相配合；所述纤维使用光敏树脂预浸且穿过纤维导管和扇形纤维汇集槽被滚轮滚压。

本发明还包括这样一些特征：

1.当出丝口高度低于轴承时，滚轮为透光材料，激光器发射的光源通过孔洞；

2.当出丝口高度高于轴承时，滚轮为不透光材料，激光器发射的光源从滚轮前进方向的后侧照射，纤维与底板不接触；