[发明专利]一种用于多边形柱结构整体成型的连续纤维3D打印装置

说明书

一种用于多边形柱结构整体成型的连续纤维3D打印装置，包括三轴3D打印机框架、多边形柱模具、夹持机构和圆柱平移旋转机构，多边形柱模具和圆柱平移旋转机构连接，圆柱平移旋转机构连接在三轴3D打印机框架上；多边形柱模具通过夹持机构夹持，夹持机构连接在三轴3D打印机框架上；圆柱平移旋转机构包括内圆柱、端面带花键的外圆环柱、外部限位块，内圆柱与电机相连，电机固定在三轴3D打印机框架的Y向铝型材上；内圆柱上的曲线凹槽与外圆环柱上的凸块相配合，外圆环柱的一端有花键，花键插入到多边形柱模具端面的棱角上，实现对多边形柱模具的转动；本发明实现多边形柱结构的连续纤维打印和整体成型。

技术领域

本发明涉及连续纤维3D打印技术领域，具体涉及一种用于多边形柱结构整体成型的连续纤维3D打印装置。

背景技术

熔融沉积成型技术(FDM)，由于成型材料广泛、原材料利用率高并且几乎不产生污染、后处理过程比较简单等优点，在快速成型工艺中有着广泛的应用。纤维增强树脂基复合材料的出现，特别是采用热塑性丝材和连续纤维进行复合的技术，大大提高了打印件的强度，进一步增大了FDM技术的应用范围。

但连续纤维的加入也进一步带来了3D打印的难度。一方面，由于FDM挤出的丝材需要在熔融状态下进行层层堆积，造成打印件厚度方向上强度较弱，从而造成在柱状结构零件，如吸能管、蜂窝夹层等，需要轴线方向上承受主要载荷时，连续纤维无法起到增强作用，极大限制了打印件的应用范围；另一方面，由于连续纤维的加入，打印喷头无法进行空程的移动，因为在移动时会造成纤维拉出，影响零件的打印，因此难以实现复杂形面结构的整体打印。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于多边形柱结构整体成型的连续纤维3D打印装置，实现多边形柱结构的连续纤维打印和整体成型，实现对多边形柱的轴向结构的设计和轴向性能的增强，为打印的应用提供更多的可能性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于多边形柱结构整体成型的连续纤维3D打印装置，包括三轴3D打印机框架1、多边形柱模具2、夹持机构3和圆柱平移旋转机构4，多边形柱模具2和圆柱平移旋转机构4连接，圆柱平移旋转机构4连接在三轴3D打印机框架1上；多边形柱模具2通过夹持机构3夹持，夹持机构3连接在三轴3D打印机框架1上。

所述的多边形柱模具2为任意多边形，且多边形尺寸可选，设置在三轴3D打印机框架1的打印平台部分，两端面有对应多边形状的突出部分。

所述的夹持机构3由夹具301和电缸302组成，两端的电缸302分别固定在三轴3D打印机框架1两个X向铝型材中间，夹具301固定在电缸推杆上，实现多边形柱模具2的Y轴方向移动。

所述的圆柱平移旋转机构4包括内圆柱401、端面带花键的外圆环柱402、外部限位块403，内圆柱401与电机404相连，电机404固定在三轴3D打印机框架1的Y向铝型材上；内圆柱401上的曲线凹槽411与外圆环柱402上的凸块421相配合，外圆环柱402的一端有花键424，花键424插入到多边形柱模具2端面的棱角上，实现对多边形柱模具2的转动。

所述外圆环柱402上有轴向凹槽422和周向凹槽423，轴向凹槽422、周向凹槽423和外部限位块403配合实现限位，外部限位块403固定在三轴3D打印机框架1上，轴向凹槽422限制外圆环柱402只能平移，周向凹槽423限制外圆环柱402只能旋转，从而实现外圆环柱402端面上花键424平移进入多边形柱模具2的花键槽，然后带动多边形柱模具2以侧棱为轴旋转的过程。

所述的多边形柱模具2两端面的每个内角顶点处设置有花键槽，多边形柱模具2两个端面的中心处有对应多边形的凸出部分。

所述的花键槽应尽量靠近内角顶点，长度为多边形柱的1/3，且所有的花键槽为一致方向。