[发明专利]一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置

说明书

一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置，由连续纤维复材熔覆挤出部分及万向层压部分组成。熔覆挤出部分由机头壳体、导流模芯、喉管、口模、喷嘴等组成。机头壳体、导流模芯和口模三者形成树脂流动的环形通道。从喉管引出的连续纤维在口模处被树脂环形熔覆，最终形成连续纤维复材从喷嘴挤出。万向层压部分由定位环、深沟球轴承、推力球轴承、旋转体、压辊等组成，其装配在口模柱体上，可360度旋转。连续纤维复材沉积到成形平板上，可被喷嘴后方的压辊压实。打印方向改变时，因压辊所受摩擦力方向要始终与喷头运动方向在同一直线，所以压辊机构便会随打印方向绕口模柱体自动旋转，使其始终在喷嘴后方，达到万向压实效果。

技术领域

本发明涉及一种3D打印机机头及其万向层压装置，尤其是涉及一种连续纤维增强3D打印机机头以及可任意旋转的万向层压装置。

背景技术

现有连续纤维复材3D打印机技术主要是将普通FDM 3D打印机的流道侧面开孔，然后将连续纤维从侧面喂料，使其复合到树脂中，最后经喷嘴挤出。首先，普通FDM 3D打印机的材料形式主要为丝材，限制了多种热塑和热固性树脂在连续纤维3D打印技术的应用。其次，连续纤维侧面喂料的方式，使其输送时呈一定角度，这增大了纤维因摩擦力较大而断裂的可能。

连续纤维复材挤出丝在填充直角或圆弧路径时，由于树脂之间以及树脂与基板之间的初始粘接强度较低，喷嘴容易对已沉积的连续纤维复材产生拖动，从而导致拐角处不能准确成形甚至打印失败，因此，压实装置在连续纤维复材3D打印设备中极为重要。压实装置的设置不仅可以固定纤维位置，还可提高打印制品的层间强度。相关学者在喷嘴一侧固定一压辊，在某种程度上能够解决上述问题，但是，上述压辊位置固定，只有当喷嘴沿特定方向填充时才能起到压实作用，改变打印方向后便不能压实。另有学者提出用电驱动的方式控制压辊转动方向，这不但增加了控制部分的难度加大成本，而且还加大了结构的复杂性。

发明内容

针对以上连续纤维复材3D打印技术及层压装置的不足之处，本发明提出一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置，可减小连续纤维在输送过程中的阻力，增加用于连续纤维3D打印树脂的种类，万向层压装置可随喷嘴运动方向的改变自动旋转使其始终保持在喷嘴的后方，起到万向层压作用。本发明主要包括连续纤维复材熔覆挤出部分及万向层压部分。其中，连续纤维复材熔覆挤出部分由挤出机连接法兰、机头壳体、导流模芯、喉管、口模、喷嘴组成。万向层压部分由上定位环、上定位环紧钉销、下定位环、下定位环紧钉销、深沟球轴承、推力球轴承、旋转体、压辊轴芯、压辊轴承、压辊组成。万向层压部分整体通过轴承和定位环装配在纤维复材包裹挤出部分的口模柱体上，可沿口模柱体360度旋转，实现在打印过程中的万向压实功能。

本发明一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置，机头壳体通过挤出机连接法兰固定在挤出机或者其他用于塑化并输送树脂的设备上，且机头壳体上开有可装配加热棒的通孔。加热棒可对机头整体加热，保证树脂的流动性。导流模芯通过螺纹固定在机头壳体内部。导流模芯内部设有通孔，用于装配喉管，喉管材质可为聚四氟乙烯或者其他耐高温、表面光滑的材质。连续纤维通过喉管进入机头流道，可使纤维沿直线输送并减小输送过程中的阻力。口模通过螺纹连接装配在机头壳体下方。机头壳体、导流模芯和口模三者形成锥形环形通道，以实现树脂对连续纤维的环形熔覆。

本发明一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置，喷嘴通过螺纹连接装配在口模的下方，口模出口直径和喷嘴直径规格可按使用要求调整更换，实现用不同尺寸规格的连续纤维对不同尺寸制品的打印。

本发明一种连续纤维复材3D打印机头及其万向层压装置，上定位环、下定位环分别通过上定位环紧钉销和下定位环紧钉销固定在口模柱体上，通过旋拧定位环紧钉销可实现两定位环在轴向的位置移动，从而实现层压装置在z向的移动，进而实现层压装置对打印实体的压实效果。