[发明专利]连续纤维嵌入材料的一体化打印装置及打印方法

权利要求书

1.一种连续纤维嵌入材料的一体化打印装置，其特征在于：包括推动机构（1）、成丝机构（2）、测量剪切机构（3）、进给机构（4）、打印头部件（5）、连接架（6）及控制器（7），所述推动机构（1）位于成丝机构（2）上方，成丝机构（2）固定在连接架（6）上；测量剪切机构（3）位于成丝机构（2）下方并与连接架（6）固定连接，进给机构（4）位于测量剪切机构（3）下方并固定在连接架（6）的下部，打印头部件（5）位于进给机构（4）下方，控制器（7）分别与推动机构（1）、测量剪切机构（3）、进给机构（4）、打印头部件（5）相连，并能控制其动作和温度；

所述的成丝机构（2）是：三个弹簧（22）圆周方向均匀分布在成丝筒（21）内表面，弹簧（22）轴线指向成丝筒（21）轴线，且与成丝筒（21）轴线相互垂直，通过定位突起（211）固定在成丝筒（21）内表面；三个压块（23）与弹簧（22）分布相同，压块（23）的一面与弹簧（22）相接，通过弹簧（22）与成丝筒（21）连接，另一面与成丝棒（101）相接，可以实现夹紧和定心；成丝筒（21）的内侧设有一级加热区（24）、二级加热区（25）、三级加热区（26）；

所述的测量剪切机构（3）是：外径测量仪（35）的测量孔（351）轴线与成丝筒（21）轴线重合；固定刃（31）安装在外径测量仪（35）下表面，其一端有固定刃连接孔和固定刃凸起（311），中部有两个安装孔（312）；点动刃（33）位于固定刃（31）下方，其一端有点动刃连接孔和点动刃凸起（331）；锅钉（34）穿过固定刃连接孔和点动刃连接孔，将固定刃（31）与点动刃（33）相连在一起；弹簧（32）两端分别由固定刃凸起（311）和点动刃凸起（331）定位；

所述的推动机构（1）是：推进杆（11）下表面与成丝棒（101）上面相接触，给成丝棒（101）提供推动力；止推环（12）固定安装在推进杆（11）上，止推环（12）下表面贴有传感片（13）；

所述的进给机构（4）是：主动进丝轮（41）提供匀速转动运动，从动进丝轮（42）绕轴自由转动，主动进丝轮（41）与从动进丝轮（42）之间紧压着成型丝材（103），主动进丝轮（41）转动，带动成型丝材（103）匀速向上或向下运动。

2.一种连续纤维嵌入材料的一体化打印方法，其特征在于：预制带孔的聚合物圆柱体成丝棒，并将连续纤维穿过成丝棒的孔，成丝棒夹紧在成丝筒中心，推进杆不断将成丝棒向下推送，成丝棒经过加热区，熔融的聚合物向下流动包裹在连续纤维表面，最终从成丝筒底部出来成型丝材，成型丝材经过测量剪切机构，当所测量的成型丝材直径不符合要求时，按下点动刃，将成型丝材剪断，当成型丝材直径符合要求时，直接进入下方的进给机构，成型丝材被夹紧在主动进丝轮和从动进丝轮之间，并不断向下进给，进入打印头部件，最终实现内嵌连续纤维聚合物的打印；包括如下步骤：

步骤一、在一根钢制杆表面包裹聚合物材料薄膜，在聚合物熔融温度下加热2h，冷却后除去钢制杆，形成成丝棒（101）；所述钢制杆直径为5mm，所述形成的成丝棒（101）直径为3~4cm，轴向有5mm通孔；

步骤二、推进杆（11）向上抬起，将成丝棒（101）放入成丝筒（21）中夹紧并定心，推进杆（11）向下运动压紧成丝棒（101），将连续纤维（102）穿过成丝棒（101）通孔；

步骤三、推进杆（11）向下运动，与成丝棒（101）顶端相抵并压紧，连续纤维（102）穿过成丝棒（101）通孔，连续纤维（102）上端缠绕在转轮上，下端超出成丝棒（101）底端5cm，松弛下垂；通过控制推进杆（11）的推进速度或改变成丝棒（101）直径，可改变成型丝材（103）的直径；成型丝材（103）通过测量剪切机构（3）测量，直径符合要求的成型丝材（103）直进入进给机构（4），在进给机构（4）的推动下进入打印头部件（5），打印出含连续纤维的聚合物材料；

步骤四、一级加热区（24）、二级加热区（25）和三级加热区（26）开始加热，加热温度为聚合物的熔融温度，温度达到指定温度后推进杆（11）开始推动成丝棒（101）向下运动，成丝棒（101）逐步通过成丝筒（21）内一、二、三级加热区，当成丝棒（101）底端通过三级加热区（26）时熔融成丝。