基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头制造技术

本发明专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，属于3D打印领域，包括打印喷头、内腔壁、纤维喉管、温度传感器、盖帽、加热棒、树脂喷头、树脂喉管、铁氟龙和超声波发生器，可以提高树脂与纤维的粘结效果，防止堵头，便于清理喷头。打印喷头可拆卸连接在纤维喉管下端，盖帽可拆卸连接在内腔壁的上端，盖帽上嵌套着加热棒和温度传感器，纤维喉管上端可拆卸连接在盖帽上，纤维喉管下端可拆卸连接在内腔壁下端；树脂喷头可拆卸连接在树脂喉管下端，树脂喉管可拆卸连接在盖帽上，树脂喉管的内部套有铁氟龙。纤维喉管上设有多个向下倾斜的斜孔，斜孔的轴线与纤维喉管的轴线的夹角小于90度。内腔壁、盖帽、树脂喷头、树脂喉管为金属材质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于3D打印领域，更具体的说，涉及基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头。
技术介绍
3D打印技术是制造业领域内正在快速发展的一项新兴技术，被称为“具有第三次工业革命重要标志意义的制造技术”，各主要发达国家将其列为战略发展的关键技术。目前，3D打印技术依托多个学科领域尖端技术，在航空航天技术、汽车家电制造生产、生物医药、食品加工等领域得到了一定应用。与传统制造技术相比，3D打印三维快速成型制造技术省略了产品模具的加工制造，从而在时间上极大的缩短了产品的研制周期，提高了生产率和降低生产成本。经济效益与前景方面有非常大的发展潜力，根据国际快速制造行业权威报告《WohlersReport2011》发布的调查结果显示，全球3D打印产业产值在1988年到2010年之间以26.2％的年均速度增长。报告预测，3D打印产业未来仍将会保持着较快地增长速度，到2020年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到52亿美元。在2012年的国际新技术发展趋势调查中，3D打印制造技术居首位。目前，现有的增材制造技术还面临着诸多方面的瓶颈和探索，因此，需要进一步深入研究，扩大其应用领域。利用3D打印技术打印出的纤维增强复合材料制品，不仅具备高强度、高刚度、质量轻等特点，而且可以控制纤维的分布方向，从而控制制品的性能。纤维增强复合材料的3D打印技术无论是在民用还是军事上都具有重大的意义。例如，利用碳纤维复合材料制作汽车零部件，提升汽车性能并降低油耗；碳纤维复合材料产品涵盖航天光学遥感器的各个部位，如相机镜筒、相机支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速发展和增材制造技术的日益成熟，基于纤维增强复合材料的3D打印技术将会应用到各行各业，推动制造产业的快速发展。但是目前的连续纤维增强复合材料3D打印技术研究较少，尚处于研发阶段，存在诸多问题。比如，树脂无法充分进入纤维丝带内部，无法将各个纤维丝通过树脂粘结在一起，从而在打印工件内部形成空洞，严重降低了工件的力学性能。此外，连续纤维增强复合材料3D打印容易堵头，从而导致纤维无法出丝或树脂从喷头内部往外溢出。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，可以提高树脂与纤维的粘结效果，防止堵头，而且便于清理喷头。为解决上述技术问题，本专利技术属于3D打印领域，更具体的说，涉及基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，包括打印喷头、内腔壁、纤维喉管、温度传感器、盖帽、加热棒、树脂喷头、树脂喉管、铁氟龙和超声波发生器，可以提高树脂与纤维的粘结效果，防止堵头，而且便于清理喷头。所述打印喷头可拆卸连接在纤维喉管下端，所述盖帽可拆卸连接在内腔壁的上端，所述盖帽上嵌套着加热棒和温度传感器，所述纤维喉管上端可拆卸连接在盖帽上，纤维喉管下端可拆卸连接在内腔壁下端；树脂喷头可拆卸连接在树脂喉管下端，树脂喉管可拆卸连接在盖帽上，树脂喉管的内部套有环状的铁氟龙。所述多个超声波发生器固定连接在内腔壁外壁或内壁上，围绕内腔壁的轴线均匀分布。所述纤维喉管上设有多个贯穿的向下倾斜的斜孔，斜孔的轴线与纤维喉管的轴线的夹角小于90度。所述内腔壁、盖帽、树脂喷头、树脂喉管均为金属材质。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的纤维喉管包括锥形段、竖直段和通孔，锥形段与竖直段相连，并且锥形段位于纤维喉管的上端，锥形段的尖端处设有通孔。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的纤维喉管上的斜孔设在竖直段上并且均位于内腔壁内。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的打印喷头通过螺纹连接方式连接在纤维喉管下端，所述盖帽通过螺纹连接方式连接在内腔壁的上端，所述纤维喉管上端通过螺纹连接方式连接在盖帽上，纤维喉管下端通过螺纹连接方式连接在内腔壁下端；树脂喷头通过螺纹连接方式连接在树脂喉管下端，树脂喉管通过螺纹连接方式连接在盖帽上。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的螺纹均为矩形螺纹或梯形螺纹。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的加热棒有偶数个，对称分布在盖帽上。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的树脂喷头、树脂喉管和铁氟龙均有多个。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的树脂喷头的上端顶着树脂喉管的下端。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的打印喷头、内腔壁、纤维喉管和盖帽的轴线均共线。作为本技术方案的进一步优化，本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头所述的超声波发生器为超声波换能器或压电陶瓷。本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头的有益效果为：本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，能够增强熔融树脂与纤维的粘结效果，从而提高打印质量；此外，喷头结构通过可拆卸连接，在发生堵丝情况时，能够拆卸后快速清理。附图说明下面结合附图和具体实施方法对本专利技术做进一步详细的说明。图1为本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头的结构示意图。图2为本专利技术基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头的另一种结构示意图。图3为图1的局部放大图。图中：打印喷头1；内腔壁2；纤维喉管3；锥形段3-1；竖直段3-2；通孔3-3；温度传感器4；盖帽5；加热棒6；纤维束7；树脂8；树脂喷头9；树脂喉管10；铁氟龙11；超声波发生器12。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1、2、3说明本实施方式，本专利技术属于3D打印领域，更具体的说，涉及基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，包括打印喷头1、内腔壁2、纤维喉管3、温度传感器4、盖帽5、加热棒6、树脂喷头9、树脂喉管10和铁氟龙11，可以提高树脂与纤维的粘结效果，防止堵头，而且便于清理喷头。所述打印喷头1可拆卸连接在纤维喉管3下端，所述盖帽5可拆卸连接在内腔壁2的上端，所述盖帽5上嵌套着加热棒6和温度传感器4，所述纤维喉管3上端可拆卸连接在盖帽5上，纤维喉管3下端可拆卸连接在内腔壁2下端；树脂喷头9可拆卸连接在树脂喉管10下端，树脂喉管10可拆卸连接在盖帽5上，树脂喉管10的内部套有环状的铁氟龙11；上述可拆卸连接方式可以是螺纹连接或者过盈配合或者其他可拆卸连接方式，使用可拆卸连接方式，主要用于在发生堵丝现象时可以快速拆卸，别于清理。此外，将喷头分成多个零件组合而成，也有利于零件的加工制造，有利于降低成本。盖帽5上嵌套着的加热棒6用于产生热量，从而加热盖帽5，盖帽5将热量传递给树脂喷头9和内腔壁2。变热后的树脂喷头9使得树脂8融化，并在挤丝机构的作用下挤入内腔壁2与盖帽5形成的树脂容腔内。变热后的内腔壁2会保持树脂容腔内的树脂保持熔融状态。所述多个超声波发生器(12)固定连接在内腔壁(2)外壁或内壁上，围绕内腔壁(2)的轴线均匀分布。超声波发生器(12)可以通过胶水粘结或者焊接等方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，包括打印喷头(1)、内腔壁(2)、纤维喉管(3)、温度传感器(4)、盖帽(5)、加热棒(6)、树脂喷头(9)、树脂喉管(10)、铁氟龙(11)和超声波发生器(12)，其特征在于：所述打印喷头(1)可拆卸连接在纤维喉管(3)下端，所述盖帽(5)可拆卸连接在内腔壁(2)的上端，所述盖帽(5)上嵌套着加热棒(6)和温度传感器(4)，所述纤维喉管(3)上端可拆卸连接在盖帽(5)上，纤维喉管(3)下端可拆卸连接在内腔壁(2)下端；树脂喷头(9)可拆卸连接在树脂喉管(10)下端，树脂喉管(10)可拆卸连接在盖帽(5)上，树脂喉管(10)的内部套有环状的铁氟龙(11)；所述多个超声波发生器(12)固定连接在内腔壁(2)外壁或内壁上，围绕内腔壁(2)的轴线均匀分布；所述纤维喉管(3)上设有多个贯穿的向下倾斜的斜孔，斜孔的轴线与纤维喉管(3)的轴线的夹角小于90度；所述内腔壁(2)、盖帽(5)、树脂喷头(9)、树脂喉管(10)均为金属材质。

【技术特征摘要】
1.基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，包括打印喷头(1)、内腔壁(2)、纤维喉管(3)、温度传感器(4)、盖帽(5)、加热棒(6)、树脂喷头(9)、树脂喉管(10)、铁氟龙(11)和超声波发生器(12)，其特征在于：所述打印喷头(1)可拆卸连接在纤维喉管(3)下端，所述盖帽(5)可拆卸连接在内腔壁(2)的上端，所述盖帽(5)上嵌套着加热棒(6)和温度传感器(4)，所述纤维喉管(3)上端可拆卸连接在盖帽(5)上，纤维喉管(3)下端可拆卸连接在内腔壁(2)下端；树脂喷头(9)可拆卸连接在树脂喉管(10)下端，树脂喉管(10)可拆卸连接在盖帽(5)上，树脂喉管(10)的内部套有环状的铁氟龙(11)；所述多个超声波发生器(12)固定连接在内腔壁(2)外壁或内壁上，围绕内腔壁(2)的轴线均匀分布；所述纤维喉管(3)上设有多个贯穿的向下倾斜的斜孔，斜孔的轴线与纤维喉管(3)的轴线的夹角小于90度；所述内腔壁(2)、盖帽(5)、树脂喷头(9)、树脂喉管(10)均为金属材质。2.根据权利要求1所述的基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，其特征在于：所述纤维喉管(3)包括锥形段(3-1)、竖直段(3-2)和通孔(3-3)，锥形段(3-1)与竖直段(3-2)相连，并且锥形段(3-1)位于纤维喉管(3)的上端，锥形段(3-1)的尖端处设有通孔(3-3)。3.根据权利要求1所述的基于超声增强的连续纤维增强复合材料3D打印的喷头，其特征在于：所述纤维喉管(3)上的斜孔设在竖直段(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李隆球，邵广斌，夏正付，周德开，宋文平，张广玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23