一种用于打印碳纤维的3D打印机制造技术

一种用于打印碳纤维的3D打印机，属于熔融堆积快速成型设备技术领域。包括底座，在底座上且位于底座朝向上的一侧设置有载物台；驱动机构，设在底座上；打印机构，设在驱动机构上，特点：打印机构包括打印头、用于向打印头喂送碳纤维丝的送丝装置和用于将由送丝装置送出的碳纤维丝剪断的碳纤维丝剪切装置，打印头设在驱动机构上，送丝装置在对应于打印头的上方的位置设在驱动机构上，碳纤维丝剪切装置伴随于送丝装置且在对应于送丝装置的一侧的位置设在驱动机构上。由送丝装置将作为打印用耗材的碳纤维丝稳定而可靠地向打印头的方向输送并且在输送过程中不会对碳纤维丝造成挤压变形；保障打印头顺利打印；能满足对碳纤维产品的打印要求。

【技术实现步骤摘要】
本申请是名称为：打印碳纤维的3D打印机、申请号为：201510040649.0、申请日为：2015年1月27日的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于熔融堆积快速成型设备
，具体涉及一种用于打印碳纤维的3D打印机。
技术介绍
由于3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸方面的前沿技术知识，使大规格的个性化生产成为可能并且引领着全球制造业经济的重大变革，因而广泛受到人们的关注。打印机构是3D打印的核心设备，其是以数字模型文件为基础运用耗材（耗材如：粉末状金属材料、塑料、陶瓷、砂之类的可粘合材料）通过逐层打印的方式构建物体，即在计算机的控制下根据工件的三维模型直接成形三维实体，无需传统的加工机床之类的装备及其工装模具、工装夹具等。就3D打印机即3D打印设备的种类而言，目前大体上分为三类：一为树脂熔融成型；二为光固化成型；三为缴光金属成型。上面提及的碳纤维是一种含碳量约在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料，由于其具有外柔内刚、质量比金属铝轻但强度却高于钢铁、耐腐蚀性能优异、比热及导电性介于非金属与金属之间、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳、热膨胀系数小且各向异性好、导热性能优异以及电磁屏蔽性好等特点，因而在诸如航空航天、国防、汽车、风力发电、建筑、医疗器械和民用等领域得到了广泛的应用。以日常所见的并且应用于工业和建筑的碳纤维布（也称碳素纤维布）为例，其制造过程是：先将碳纤维浸胶，再逐层铺叠并加以压制，而后引入烘烤装置烘烤成型。该制造过程由于工艺环节多、效率低、能耗大，因而致使产品价格昂贵。尤其是当使用碳纤维制造复杂的零部件时，不仅成本高而且制造效率难以满足工业化放大生产要求。在公开的中国专利文献中可见诸关于3D打印机的技术信息，如专利技术专利申请公布号CN103317726A推荐有“3D打印机的喷头传动机构及具有该机构的3D打印机”，又如授权公告号CN203485190U提供有“一种基于并联机构的3D打印机”，再如专利技术专利申请公布号CN103862679A介绍有“3D打印机”，等等。但是在迄今为止公开的中外专利和非专利文献中均未见诸得以用于打印碳纤维的3D打印机的技术信息。具体而言，如果有一种结构合理的能用于打印碳纤维的3D打印机，那么传统的碳纤维制造方式所存在的诸如前述的工艺烦琐、效率低、对复杂形状及构造的零部件的挑剔性、成本高之类的问题便可消除。从理论上讲，既然已有技术中的3D打印机对于打印PLA、ABS之类的材料并不存在技术障碍，那么将3D打印机打印碳纤维似乎也不会存在困惑。但是，经本申请人的实验表明，由于并非限于以下因素而务必对已有技术中的3D打印机的打印机构加以实质而非形式的改良；其一，作为打印材料的碳纤维是预浸过的碳纤维原丝，与PLA、ABS之类的材料差异较大；其二，在向打印机构的打印头送丝过程中不能出现挤压变形并且需要确保送丝稳定与可靠其三，由于碳纤维具有极高的耐温性例如不会在两三百度的温度下熔化，因而需要有节凑地分断喂入，例如通过剪切部件剪切后逐一喂送给打印头；其四，在打印头打印的同时需对碳纤维施加适度的压力，否则会出现分层现象，影响成型后的产品的整体结合效果，等等。针对上述已有技术，本申请人作了积极而有效的设计，终于形成了下面将要介绍的技术方案，并且在采取了保密措施下进行了模拟试验，结果证明是切实可行的。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种有助于稳定而可靠地将碳纤维丝向打印头的方向输送并且可避免造成碳纤维丝挤压变形、有利于在打印头打印的过程中将碳纤维丝剪切和有益于在打印头打印的同时对碳纤维丝施加适度压力的用于打印碳纤维的3D打印机。本专利技术的任务是这样来完成的，一种用于打印碳纤维的3D打印机，包括一底座，在该底座上并且位于底座朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台；一驱动机构，该驱动机构设置在所述的底座上；一打印机构，该打印机构设置在所述的驱动机构上，特征在于：所述的打印机构包括打印头、用于向打印头喂送碳纤维丝的送丝装置和用于将由送丝装置送出的碳纤维丝剪断的碳纤维丝剪切装置，打印头设置在所述的驱动机构上，送丝装置在对应于打印头的上方的位置设置在驱动机构上，碳纤维丝剪切装置伴随于送丝装置并且在对应于送丝装置的一侧的位置设置在驱动机构上。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述的驱动机构包括直线电机座、直线电机、旋转电机座、近端旋转电机、近端旋转臂、远端旋转电机和远端旋转臂，直线电机座以纵向状态固定在所述底座上，直线电机设置在直线电机座朝向近端旋转臂的一侧，旋转电机座固定在直线电机上，近端旋转电机固定在旋转电机座上，并且该近端旋转电机的近端旋转电机轴与近端旋转臂左端固定连接，远端旋转电机与近端旋转臂的右端固定，并且该远端旋转电机的远端旋转电机轴与远端旋转臂的左端固定连接，而远端旋转臂的右端以水平悬臂状态对应于所述载物台的上方，所述的打印机构的打印头设置在所述远端旋转臂的右端朝向下的一侧，而所述的送丝装置以及碳纤维丝剪切装置设置在远端旋转臂的右端朝向上的一侧。在本专利技术的另一个具体的实施例中，所述的直线电机包括一组直线电机定子、直线电机动子和一对直线电机导轨，一组直线电机定子沿着所述直线电机座的高度方向自上而下间隔固定于直线电机座朝向所述近端旋转臂的一侧，直线电机动子在与所述的一组直线电机定子相配合的状态下与一对直线电机导轨滑动配合，而一对直线电机导轨彼此纵向并行并且在分别对应于一组直线电机定子的两侧的位置与所述直线电机座固定，所述的旋转电机座与直线电机动子朝向所述近端旋转臂的一侧固定。在本专利技术的又一个具体的实施例中，在所述的直线电机动子上并且在对应于所述的一对直线电机导轨的位置固定有直线电机动子滑块，该直线电机动子滑块与一对直线电机导轨滑动配合；所述的一组直线电机定子为磁铁。在本专利技术的再一个具体的实施例中，在所述远端旋转臂的右端并且在对应于所述打印机构的打印头的位置开设有一打印头固定柱孔，所述的打印头包括压轮架、压轮、加热器固定座、加热器和风扇，压轮通过压力轮轴转动地支承在压轮架上，在该压轮的长度方向的居中位置并且围绕压轮的圆周方向构成有一凹陷于压轮的表面的碳纤维丝槽，加热器固定座固定在压轮架朝向所述远端旋转臂的一侧，在该加热器固定座的上端以窄缩状态构成有一直径小于加热器固定座的直径的打印头固定柱，藉由该打印头固定柱探入所述打印头固定柱孔内而将压轮架与所述远端旋转臂的右端朝向下的一侧固定，在打印头固定柱的轴向中央开设有一碳纤维导引孔，该碳纤维导引孔途经开设在加热器固定座的轴向中央的孔与压轮架的压轮架腔相通，藉由该碳纤维导引孔将由所述送丝装置送出的并且由所述碳纤维剪切装置剪断的碳纤维丝引入所述的压轮，加热器的中央位置构成有一加热器固定孔，该加热器固定孔套置在所述加热器固定座上，风扇固定在远端旋转臂的右端朝向下的一侧，并且该风扇的风扇出风口与所述压轮的侧面相对应，所述的送丝装置与所述打印头固定柱孔的上方相对应，而所述的碳纤维丝剪切装置对应于打印头固定柱孔的左侧。在本专利技术的还有一个具体的实施例中，在所述的加热器上配设有一根或以上的加热棒和一温度信号采集器；所述的风扇为压电喷射风扇。在本专利技术的更而一个具体的实施例中，所述的温度信号采集器为温度传感器。在本专利技术的进而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于打印碳纤维的3D打印机，包括一底座(1)，在该底座(1)上并且位于底座(1)朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台(11)；一驱动机构(2)，该驱动机构(2)设置在所述的底座(1)上；一打印机构(3)，该打印机构(3)设置在所述的驱动机构(2)上，其特征在于：所述的打印机构(3)包括打印头(31)、用于向打印头(31)喂送碳纤维丝的送丝装置(32)和用于将由送丝装置(32)送出的碳纤维丝剪断的碳纤维丝剪切装置(33)，打印头(31)设置在所述的驱动机构(2)上，送丝装置(32)在对应于打印头(31)的上方的位置设置在驱动机构(2)上，碳纤维丝剪切装置(33)伴随于送丝装置(32)并且在对应于送丝装置(32)的一侧的位置设置在驱动机构(2)上；所述的驱动机构(2)包括直线电机座(21)、直线电机(22)、旋转电机座(23)、近端旋转电机(24)、近端旋转臂(25)、远端旋转电机(26)和远端旋转臂(27)，直线电机座(21)以纵向状态固定在所述底座(1)上，直线电机(22)设置在直线电机座(21)朝向近端旋转臂(25)的一侧，旋转电机座(23)固定在直线电机(22)上，近端旋转电机(24)固定在旋转电机座(23)上，并且该近端旋转电机(24)的近端旋转电机轴(241)与近端旋转臂(25)左端固定连接，远端旋转电机(26)与近端旋转臂(25)的右端固定，并且该远端旋转电机(26)的远端旋转电机轴(261)与远端旋转臂(27)的左端固定连接，而远端旋转臂(27)的右端以水平悬臂状态对应于所述载物台(11)的上方，所述的打印机构(3)的打印头(31)设置在所述远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧，而所述的送丝装置(32)以及碳纤维丝剪切装置(33)设置在远端旋转臂(27)的右端朝向上的一侧；所述远端旋转臂(27)的右端并且在对应于所述打印机构(3)的打印头(31)的位置开设有一打印头固定柱孔(271)，所述的打印头(31)包括压轮架(311)、压轮(312)、加热器固定座(313)、加热器(314)和风扇(315)，压轮(312)通过压力轮轴(3121)转动地支承在压轮架(311)上，在该压轮(312)的长度方向的居中位置并且围绕压轮(312)的圆周方向构成有一凹陷于压轮(312)的表面的碳纤维丝槽(3122)，加热器固定座(313)固定在压轮架(311)朝向所述远端旋转臂(27)的一侧，在该加热器固定座(313)的上端以窄缩状态构成有一直径小于加热器固定座(313)的直径的打印头固定柱(3131)，藉由该打印头固定柱(3131)探入所述打印头固定柱孔(271)内而将压轮架(311)与所述远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧固定，在打印头固定柱(3131)的轴向中央开设有一碳纤维导引孔(31311)，该碳纤维导引孔(31311)途经开设在加热器固定座(313)的轴向中央的孔与压轮架(311)的压轮架腔(3111)相通，藉由该碳纤维导引孔(31311)将由所述送丝装置(32)送出的并且由所述碳纤维剪切装置(33)剪断的碳纤维丝引入所述的压轮(312)，加热器(314)的中央位置构成有一加热器固定孔(3141)，该加热器固定孔(3141)套置在所述加热器固定座(313)上，风扇(315)固定在远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧，并且该风扇(315)的风扇出风口(3151)与所述压轮(312)的侧面相对应，所述的送丝装置(32)与所述打印头固定柱孔(271)的上方相对应，而所述的碳纤维丝剪切装置(33)对应于打印头固定柱孔(271)的左侧；所述的加热器(314)上配设有一根或以上的加热棒(3142)和一温度信号采集器(3143)；所述的风扇(315)为压电喷射风扇；所述的温度信号采集器(3143)为温度传感器；所述的送丝装置(32)包括基座(321)、压电陶瓷固定座架(322)、上限位压电陶瓷(323)、驱动压电陶瓷(324)、下限位压电陶瓷(325)、碳纤维丝导向柱(326)、定位套(327)和弹簧(328)，基座(321)固定在所述远端旋转臂(27)的右端朝向上的一侧，并且同时对应于所述打印头固定柱孔(271)的右侧，压电陶瓷固定座架(322)固定在基座(321)的顶部，在该压电陶瓷固定座架(322)朝向所述碳纤维丝剪切装置(33)的一侧自上而下以水平悬臂状态依次固定有一上限位压电陶瓷支承臂(3221)、一第一柔性铰链(3222)和一第二柔性铰链(3223)，该上限位压电陶瓷支承臂(3221)、第一柔性铰链(3222)和第二柔性铰链(3223)彼此处于同一纵轴线上，上限位压电陶瓷(323)设置在上限位压电陶瓷支承臂(3221)上，驱动压电陶瓷(324)在对应于上限位压电陶瓷(323)的下方的位置设在第一柔性铰链(3222)...

【技术特征摘要】
1.一种用于打印碳纤维的3D打印机，包括一底座(1)，在该底座(1)上并且位于底座(1)朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台(11)；一驱动机构(2)，该驱动机构(2)设置在所述的底座(1)上；一打印机构(3)，该打印机构(3)设置在所述的驱动机构(2)上，其特征在于：所述的打印机构(3)包括打印头(31)、用于向打印头(31)喂送碳纤维丝的送丝装置(32)和用于将由送丝装置(32)送出的碳纤维丝剪断的碳纤维丝剪切装置(33)，打印头(31)设置在所述的驱动机构(2)上，送丝装置(32)在对应于打印头(31)的上方的位置设置在驱动机构(2)上，碳纤维丝剪切装置(33)伴随于送丝装置(32)并且在对应于送丝装置(32)的一侧的位置设置在驱动机构(2)上；所述的驱动机构(2)包括直线电机座(21)、直线电机(22)、旋转电机座(23)、近端旋转电机(24)、近端旋转臂(25)、远端旋转电机(26)和远端旋转臂(27)，直线电机座(21)以纵向状态固定在所述底座(1)上，直线电机(22)设置在直线电机座(21)朝向近端旋转臂(25)的一侧，旋转电机座(23)固定在直线电机(22)上，近端旋转电机(24)固定在旋转电机座(23)上，并且该近端旋转电机(24)的近端旋转电机轴(241)与近端旋转臂(25)左端固定连接，远端旋转电机(26)与近端旋转臂(25)的右端固定，并且该远端旋转电机(26)的远端旋转电机轴(261)与远端旋转臂(27)的左端固定连接，而远端旋转臂(27)的右端以水平悬臂状态对应于所述载物台(11)的上方，所述的打印机构(3)的打印头(31)设置在所述远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧，而所述的送丝装置(32)以及碳纤维丝剪切装置(33)设置在远端旋转臂(27)的右端朝向上的一侧；所述远端旋转臂(27)的右端并且在对应于所述打印机构(3)的打印头(31)的位置开设有一打印头固定柱孔(271)，所述的打印头(31)包括压轮架(311)、压轮(312)、加热器固定座(313)、加热器(314)和风扇(315)，压轮(312)通过压力轮轴(3121)转动地支承在压轮架(311)上，在该压轮(312)的长度方向的居中位置并且围绕压轮(312)的圆周方向构成有一凹陷于压轮(312)的表面的碳纤维丝槽(3122)，加热器固定座(313)固定在压轮架(311)朝向所述远端旋转臂(27)的一侧，在该加热器固定座(313)的上端以窄缩状态构成有一直径小于加热器固定座(313)的直径的打印头固定柱(3131)，藉由该打印头固定柱(3131)探入所述打印头固定柱孔(271)内而将压轮架(311)与所述远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧固定，在打印头固定柱(3131)的轴向中央开设有一碳纤维导引孔(31311)，该碳纤维导引孔(31311)途经开设在加热器固定座(313)的轴向中央的孔与压轮架(311)的压轮架腔(3111)相通，藉由该碳纤维导引孔(31311)将由所述送丝装置(32)送出的并且由所述碳纤维剪切装置(33)剪断的碳纤维丝引入所述的压轮(312)，加热器(314)的中央位置构成有一加热器固定孔(3141)，该加热器固定孔(3141)套置在所述加热器固定座(313)上，风扇(315)固定在远端旋转臂(27)的右端朝向下的一侧，并且该风扇(315)的风扇出风口(3151)与所述压轮(312)的侧面相对应，所述的送丝装置(32)与所述打印头固定柱孔(271)的上方相对应，而所述的碳纤维丝剪切装置(33)对应于打印头固定柱孔(271)的左侧；所述的加热器(314)上配设有一根或以上的加热棒(3142)和一温度信号采集器(3143)；所述的风扇(315)为压电喷射风扇；所述的温度信号采集器(3143)为温度传感器；所述的送丝装置(32)包括基座(321)、压电陶瓷固定座架(322)、上限位压...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘祥生，王肇，
申请(专利权)人：苏州高精特专信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32