[发明专利]3D打印过程中预浸丝输送与剪断功能集成装置及运行方法

说明书

本发明涉及连续纤维增强复合材料3D打印领域，具体涉及一种3D打印过程中预浸丝输送与剪断功能集成装置。内容为在连续纤维增强树脂基复合材料3D打印装置中，将剪丝、止丝、送丝等功能集成在一个单元模块中，并做到不同功能的稳定切换，有效减小打印头尺寸，减轻系统重量。本发明提出的用于3D打印过程中预浸丝输送/剪断功能集成装置用一个功能组件替代传统打印头中控制预浸丝剪、止、送的三个组件，使打印头内部空间利用率大大提升，且本发明提出的功能组件未采用传统气动元件，降低了由于气动元件作动时间引起的打印误差，有利于提高打印精度并实现高速打印。

技术领域

本发明涉及连续纤维增强复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印过程中预浸丝输送与剪断功能集成装置及运行方法。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)是以连续纤维作为增强材料，以热塑性树脂为基体制备的复合材料。连续纤维增强热塑性复合材料构件具有质量轻、高强度、力学性能优异等诸多优点，目前已经在航空航天、国防军工、交通运输、能源等众多领域得到广泛的应用，并向民用领域不断扩展。

连续纤维增强复合材料3D打印是一种新型增材制造技术，它是通过连续纤维预浸丝在喷头内部熔融挤出并随着3D打印喷头的运动层层堆叠形成整体结构。与传统复合材料成形工艺相比，3D打印具有无需模具、成本低、一体化成形等优势，随着连续纤维增强复合材料3D打印技术的发展，降低了连续纤维增强复合材料的制造成本，进一步扩展了复合材料的应用领域。然而在连续纤维的3D打印过程中涉及到连续纤维预浸丝的剪断与重送过程，这一过程会对复合材料制件的成形精度有很大影响。

当前连续纤维增强复合材料3D打印设备中的预浸丝剪、止、送机构大多采用分离式设计，不同功能模块间相互独立，多个功能模块的存在使打印头结构体积增大，且打印头上的大荷载严重限制了打印速度的提升。而目前连续纤维增强复合材料3D打印设备中的预浸丝剪、止、送机构大多采用气动元件控制，气动元件作动距离长且触点数量较多，故障率高，同时气动元件的作动时间会导致较大的成形误差，导致最终制件成形精度较差。为简化连续纤维打印头结构尺寸，目前缺乏一种3D打印过程中预浸丝输送/剪断功能集成装置，用一个组件代替传统预浸丝剪、止、送构型的多个电机和复杂的行星传动链结构，减轻打印系统重量，提高打印速度与精度。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种3D打印过程中预浸丝输送与剪断功能集成装置，用一个组件代替传统预浸丝剪、止、送构型的多个电机和复杂的行星传动链结构，同时减少组件中气动元件的使用，减轻打印系统重量，提高打印速度与精度。

一种3D打印过程中预浸丝输送与剪断功能集成装置，包括辅助轮组件和多功能集成动作环组件组成，所述多功能集成动作环组件包括多功能集成动作环，其中多功能集成动作环上依次集成设有预浸丝导向通道、送丝机构、止丝机构与剪丝机构；所述辅助轮组件包括辅助轮和舵机，其中舵机的输出轴与辅助轮连接；辅助轮组件起到辅助送丝、剪丝、止丝的作用。通过多功能集成动作环的旋转与辅助轮配合实现送丝、剪丝、止丝功能。

所述多功能集成动作环内部固定有第二电磁铁，多功能集成动作环外圆周面依次设有刀槽，过丝道，送丝轮槽与止丝轮槽，送丝轮槽内有送丝轮，止丝轮槽内有止丝轮，其中送丝轮与止丝轮的内部分别固定有第一电磁铁与第三电磁铁。

本发明进一步改进在于：通过调整第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁上上的电流大小与方向来控制送丝轮与止丝轮在送丝轮槽与止丝轮槽中的位置。

本发明进一步改进在于：所述刀槽的刀口与动作环切平面间的角度的角度范围为10°-30°，利于顺利完成预浸丝的剪断动作。

所述多功能集成动作环上的刀槽的刀口呈一定角度，利于顺利完成预浸丝的剪断动作。

所述的功能集成装置采用电磁铁替代传统气动元件控制预浸丝的剪、止、送动作，降低了由于气动元件作动时间引起的打印误差，提高了打印精度。