[发明专利]用于连续纤维打印的可换喷嘴打印头及打印方法

说明书

本发明提供一种用于连续纤维打印的可换喷嘴打印头及打印方法;本发明包括固定支架、位于结构上部的送丝模块、上导向管、位于结构中部的剪断模块、下导向管、散热套管、喉管、加热线圈以及位于结构底部的喷嘴模块；其中连续纤维增强热塑性树脂基预浸复合丝材在打印头另一侧自上而下同轴贯穿送进打印。中通过设置带有刻度指示的调节槽，标准化调整不同规格预浸复合丝材夹紧送进状态；通过设置上导向管和半包式下导向管提升预浸丝材的可剪断性及断丝的后续送入性；实现制件高效高质成形，并可实现具有特定应用需求制件的异质多层成形打印。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，尤其涉及一种用于连续纤维打印的可换喷嘴打印头及打印方法。

背景技术

连续纤维增强树脂基复合材料由纤维材料与基体材料构成，具有重量轻、强度高、成形方便、耐腐蚀等优点，主要应用于航空航天、轨道交通、汽车船舶等领域。相比传统的纤维铺放或缠绕制造技术，基于熔融挤出原理的3D打印制造技术凭借更易成形复杂结构，且不需模具，工艺相对简单实现等特性，已成为未来重点的发展趋势。

采用预浸复合丝材打印是连续纤维增强热塑性树脂基复合材料打印重要的一种工艺方式，其打印出丝方式分为主动送丝和被动送丝两种。目前针对其打印头的相关结构专利多见于各式主动送丝和剪切装置的加入。主动送丝结构类似于纯树脂送丝机构，以弹簧为阻尼器，通过螺栓拧入或松紧压入连杆结构，实现送进位置对丝材夹紧状态调节。这种方式多依赖于经验手感，夹紧状态的调节没有明确的记号提示。而剪切装置多见于电动连杆结构剪切或气动直推切断两种作业方式，无论哪种在剪断时易导致丝材断裂位置受挤压变形导致后续丝材难以送入。特别的，由于连续纤维增强体的存在，预浸丝材的打印易对喷嘴造成磨损，间接增大层厚距离，特别是大型构件需连续长时间增材成形制造时更加明显，因此需及时更换喷嘴以保证成形质量，而停机更换喷嘴需设备重新归零，严重限制成形效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于连续纤维打印的可换喷嘴打印头及打印方法，目的是针对大尺寸目标制件成形时为避免连续纤维增强树脂基复合预浸丝材长时间打印造成喷嘴磨损而影响制件成形质量，提供一种喷嘴在线更换的打印头结构及打印方法，以实现制件高效高质成形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于连续纤维增强复合材料增材制造的可换喷嘴打印头，包括固定支架、位于结构上部的送丝模块、上导向管、位于结构中部的剪断模块、下导向管、散热套管、喉管、加热线圈以及位于结构底部的喷嘴模块，打印头通过固定支架顶部孔位安装在打印装备的运动装置上。

进一步的，送丝模块、剪断模块及喷嘴模块的动力电机均安装在固定支架顶部孔位一侧，连续纤维增强热塑性树脂基预浸复合丝材在打印头另一侧自上而下同轴贯穿送进打印。

进一步的，上导向管、下导向管、喉管均通过螺纹安装在固定支架上，其中半包式的下导向管一端为半球状缺口，当剪断模块进行切断作业时，切刀片可从下导向管缺口处贴合切入至下导向管内壁；散热套管通过螺纹安装在喉管上端；加热线圈安装在喉管下端。

进一步的，送丝模块主要由送进电机、啮合齿轮、U型槽轴承、固定螺栓和固定螺母构成，U型槽轴承通过固定螺栓搭配固定螺母安装在支架上部的调节槽内，调节槽及固定螺栓头部标有刻度记号，可调节U型槽轴承与啮合齿轮的间隙，以配合预浸复合丝材不同直径规格或满足对丝材不同的夹紧送进状态要求。

进一步的，剪断模块主要由剪断电机、凸轮、推刀架、切刀片、复位弹簧和轨道套筒架构成，切刀片通过螺钉固定在推刀架上，套过复位弹簧，送入轨道套筒架的套筒中组成剪切组件，其中轨道套筒架套筒一侧孔径大于另一侧，复位弹簧限位于小孔径一侧，凸轮通过键固定在剪断电机轴上，凸轮配合复位弹簧在剪断电机带动下往复推动推刀架带动切刀片实现水平向的切断操作。