[发明专利]一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构

说明书

本发明公开了一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构；包括依次设置的打印机构和超声机构；所述打印机构包括挤出装置、挤出电机、喉管、加热块和挤出喷嘴；所述喉管的顶端与所述挤出装置的底端连接，所述喉管的底端与所述挤出喷嘴的顶端通过所述加热块连接；超声组件，包括气缸，电磁换向阀，连接杆，超声波换能器和压头；所述压头通过所述连接杆与所述气缸的滑台相连，所述超声波换能器的底端连接所述压头，超声信号发生器为所述超声波换能器提供激励信号并置于所述打印机构的外部；本发明通过对打印材料进行层间超声气动压实使得纤维与基体材料以及打印层间结合地更加紧密，提高增材制造成形件的层间结合性能。

技术领域

本发明涉及短纤维/连续纤维增材制造技术领域，尤其涉及一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构。

背景技术

近年来，科研领域的发展速度逐步增加，各个领域对复合材料的需求也随之提高。纤维增强复合材料因其比强度高、比模量高、力学性能设计性强和耐腐蚀性强等优良特征被广泛地应用在航空航天、轨道交通、先进船舶和风力发电等领域。

纤维增材制造技术是一种将短纤维/连续纤维增强复合材料加热挤出成形的方法，是增材制造技术的一种。但在纤维增材制造过程中，容易存在基体与纤维浸渍不充分，相邻丝材结合不紧密，存在缝隙，层间结合粘结颈大等问题，严重影响成形件的力学性能质量，尤其对于连续纤维增强复合材料而言，很容易存在基体材料包裹连续纤维不均匀、浸渍不充分的情况，使得丝材沉积过程中，相邻丝材及层间粘结力差等情况，导致成形件整体力学性能无法达到预期标准。

因此亟需用于短纤维/连续纤维增材制造的层间超声气动压实机构以解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构，将增材制造原理与超声焊接原理相结合，增加基体与纤维、相邻丝材以及层间的结合，缩小粘结颈，提高多界面结合强度。

一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构，包括依次设置的打印机构和超声机构；所述打印机构包括打印支座，挤出装置，挤出电机，喉管，加热块和挤出喷嘴；所述挤出装置与所述挤出电机通过所述打印支座连接，所述喉管的顶端与所述挤出装置的底端连接，所述喉管的底端与所述挤出喷嘴的顶端通过所述加热块连接；超声组件，包括超声支座，气缸，电磁换向阀，连接杆，超声波换能器和压头；所述气缸安置于所述超声支座上，所述压头通过所述连接杆与所述气缸的滑台相连，所述超声波换能器的底端连接所述压头，超声信号发生器为所述超声波换能器提供激励信号并置于所述打印机构的外部。

本发明进一步改进在于：所述气缸经电磁换向阀、调压阀与气源相接，所述电磁换向阀和调压阀与气源外置。，所述调压阀可以准确调控所述气源经所述气缸提供到所述压头的压力，从而使得所述压头给予成形件的压力是可控可调整的，以便处理不同性质的材料，所述电磁换向阀可以控制所述气缸滑台的收缩与伸张。

本发明进一步改进在于：所述打印组件与所述超声组件并排设置；所述打印支座和超声支座共同安装在同一横梁滑块上。

本发明进一步改进在于：所述打印组件与所述超声组件之间始终保持一定的距离，避免超声振动传递到打印组件。

本发明进一步改进在于：所述喉管应足够长以保证所述气缸处于未启动的收缩状态时，所述压头不会接触到打印面，以避免剐蹭损伤打印面。

本发明的有益效果为：

1、本发明将增材制造原理与超声焊接原理相结合，提供一种用于纤维增材制造的层间超声气动压实机构，可以在打印完一层以后立刻对已经完成的打印层进行超声气动压实处理，增加基体与纤维、相邻丝材以及层间的结合，缩小粘结颈，提高多界面结合强度。

2、与普通压实相比，本发明所提供的超声气动压实可以在压力与超声振动的双重作用下，利用机械效应与超声空化效应减少原本存在于制件中的气泡、孔隙等，提高成形件的力学性能。