[发明专利]一种连续碳纤维3D打印装置、控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种连续碳纤维3D打印装置、控制系统及控制方法，装置包括机架、打印平台、打印装置本体以及移动机构，打印装置本体包括转动牵引机构以及打印机构，所述打印机构包括加热块，所述加热块包括碳纤维丝进料口、基体材料进料口、物料浸润通道以及与物料浸润通道连通的喷嘴，所述碳纤维丝进料口、物料浸润通道以及喷嘴位于同一条倾斜直线上，所述转动牵引机构根据打印装置本体的水平移动方向来带动打印机构发生转动，使喷嘴的出料方向与打印装置本体的水平移动方向之间形成的角度θ始终为钝角，这样就能够避免碳纤维丝发生折断，从而起到保护碳纤维丝的效果，该种方法还从源头上提高了碳纤维打印的速度。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种连续碳纤维3D打印装置、控制系统及控制方法。

背景技术

连续碳纤维增强复合材料制造的零件具有强度高、模量大的特点，其材料性能具有可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好等优点，连续碳纤维增强复合材料制造的零件已经成为现代工业，尤其是航天航空、国防军事、汽车赛车、机器人和医疗领域的一种重要的结构用材，其发展十分迅速。目前先进的连续碳纤维增强复合材料零件制造的方式多采用复合材料纤维铺放技术，即按零件结构所确定的铺层方向和铺层厚度要求，采用多自由度的铺放头将多组纤维预浸纱束或窄带自动铺放在模具表面。而智能纤维的出现，更为纤维增强复合材料增加了智能特性。智能纤维是指能够感知环境的变化或刺激，如机械、热、化学、光、湿度、电和磁等，并能够做出判断并进行适当处理的，本身具有可执行能力的纤维，它主要包含传感器、执行器和可能含有的中央处理器，从而使它具有传感、执行、调节适应的功能。

3D打印技术是指打印头在程序控制下，按照当前层的截面信息进行材料填充制造，然后再通过层层累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意复杂零件以及拥有较好的打印自由度，在工业生产及日常生活中越来越具有实际应用价值。

现有技术中的连续碳纤维3D打印装置，其出料机构与打印平台之间呈垂直结构，从喷嘴挤出的物料从打印平台的垂直方向上抵达到打印平台上，由于在打印过程中，喷嘴是来回移动的状态，物料从喷嘴垂直向下抵达打印平台的过程中，同时受到一个水平方向上的拉力，这样就会出现碳纤维丝在垂直下料的过程中会受到水平拉扯，出现受损、折断的情况，影响3D打印的品质；目前为了避免碳纤维丝在这个过程中发生折断，一般是采取降低打印速度的手段来避免这种情况，但是采用降速的方式并不能从源头上来解决问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够避免碳纤维丝发生折断，从而保护碳纤维丝，且提高打印速度的连续碳纤维3D打印装置、控制系统及控制方法。

本发明所采用的技术方案是，一种连续碳纤维3D打印装置，包括机架、打印平台、打印装置本体以及安装在机架上带动打印装置本体进行水平移动的移动机构，打印装置本体包括转动牵引机构以及与转动牵引机构连接的打印机构，所述打印机构包括加热块，所述加热块包括碳纤维丝进料口、基体材料进料口、物料浸润通道以及与物料浸润通道连通的喷嘴，所述碳纤维丝进料口和基体材料进料口均与物料浸润通道连通，所述碳纤维丝进料口、物料浸润通道以及喷嘴位于同一条倾斜直线上，所述转动牵引机构根据打印装置本体的水平移动方向来带动打印机构发生转动，使喷嘴的出料方向与打印装置本体的水平移动方向之间形成的角度θ始终为钝角。

本发明的有益效果是：采用上述结构的连续碳纤维3D打印装置，该装置中，将基体材料通过基体材料进料口进入加热块内经过加热变成了液体，在物料浸润通道内基体材料浸润碳纤维丝，经过浸润的碳纤维丝通过喷嘴喷出，由于碳纤维丝进料口、物料浸润通道以及喷嘴位于同一条倾斜的直线上，且喷嘴的出料方向与打印装置本体的水平移动方向之间形成的角度θ为钝角，由于喷嘴喷出的物料的出料方向与打印装置本体的水平移动方向之间构成钝角，即喷嘴的倾斜方向为朝向打印装置本体的水平移动方向倾斜，那么就避免了现有技术中物料从喷嘴垂直向下抵达打印平台的情况，一旦喷嘴喷出的物料的出料方向就与打印装置本体的移动方向之间构成钝角，那么就不存在垂直下料受水平力拉扯的现象，这样就能够避免碳纤维丝发生折断，从而起到保护碳纤维丝的效果，该种方法还从源头上提高了碳纤维打印的速度。