[发明专利]一种可打印混杂纤维的高度可调节的多打印头装置

说明书

一种可打印混杂纤维的高度可调节的多打印头装置，它涉及复合材料成型技术领域。本发明为解决现有连续纤维增强热塑性复合材料3D打印成型方法工作效率低、构件综合力学性能差及未发挥纤维自身功能的问题。本发明包括打印头框架机构、横移机构、耗材放置机构和多排多打印头机构，打印头框架机构通过横移机构与3D打印机水平滑动连接，耗材放置机构设置在打印头框架机构的上部，多排多打印头机构沿长度方向并列设置在打印头框架机构的下部。本发明用于3D打印机。

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，具体涉及一种可打印混杂纤维的高度可调节的多打印头装置。

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层堆积的方式直接制造出物理实体的技术。其中应用最广泛的熔融沉积成型(FDM)是一种基于挤出式工艺的3D打印方法，喷头(打印头)与打印平台可在XY平面内相对运动，喷头在运动到打印平台内任意位置的同时还按适当的速度挤出打印材料，从而完成一层的打印；之后喷头与打印平台相互远离打印层厚距离以打印新的一层，逐层堆叠直到形成三维实体。这种“自下而上”通过材料逐层堆积的制造方法虽然解决了许多复杂结构零件的成形问题，但也存在着工作效率低的不足。

热塑性树脂是最常用的打印材料，但其综合力学性能较差，为此引入连续纤维作为增强相，但由于纤维类型影响，例如碳纤维打印构件具有较高的弯曲模量，但抗冲击能力差，构件的综合力学性能较差，而混杂纤维增强构件是以多种类型的连续纤维混杂同种基体而形成的复合材料为原料，该方法可使材料兼具各增强纤维的优点，提高打印构件的综合力学性能。在航空航天、军事武器、水下航行体等特殊应用领域，要求3D打印构件兼具良好的综合力学性能与吸波等特殊功能。但传统连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术只考虑了连续纤维对构件力学性能的增强作用，忽略了诸如碳纤维导电性等纤维自身所具有的功能，这些都严重影响3D打印构件的应用范围、成型质量和服役性能。

因此，开发出一种可同时打印多层、可进行混杂纤维打印、可增强构件综合力学特性及可发挥连续纤维自身功能的高度可调节的多打印头装置，对于提升3D打印构件成型质量及成型效率，促进其在高综合力学性能要求、具备特殊功能复杂结构件中的应用具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明为了解决现有连续纤维增强热塑性复合材料3D打印成型方法工作效率低、构件综合力学性能差及未发挥纤维自身功能的问题，进而提出一种可打印混杂纤维的高度可调节的多打印头装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种可打印混杂纤维的高度可调节的多打印头装置包括打印头框架机构、横移机构、耗材放置机构和多排多打印头机构，打印头框架机构通过横移机构与3D打印机水平滑动连接，耗材放置机构设置在打印头框架机构的上部，多排多打印头机构沿长度方向并列设置在打印头框架机构的下部。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

通过将打印头模块化，进而实现根据需要决定单排打印头模块的数量及总排数，通过设置打印头高度调节装置实现单排打印头在高度方向上自由调节，进而避免喷头与已打印层在高度方向上的干涉，同时完成多层打印，提高工作效率。通过人为选择各打印头模块内所使用连续纤维的类型，可实现层内混杂纤维打印、层间混杂纤维打印或层内-层间混杂纤维打印，提高打印构件的综合力学特性，发挥纤维自身的功能。

附图说明

图1是本发明中采用一种形式的多打印头模块整体结构的轴测图；

图2是图1的主视图；

图3是图1中多打印头机构4的轴测图；

图4是图1中第一打印头147的主视图；

图5是图1中第一打印头147的局部爆炸图；

图6是图1中第一喷嘴1477的主视剖视图；