纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法，打印头与打印平台之间可相对移动，打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管、纤维切断器和旋转驱动机构，流动料喷嘴与流动料给料管连通，纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，纤维切断器设于纤维料送料路径上，至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴沿回转中心旋转，流动料喷嘴和纤维料喷嘴能够沿设定打印路径运动。打印方法：生成各层打印路径；喷嘴沿设定层路径移动打印；打印过程中对纤维料进行切断；层打印完成调节打印头与平台间距，重复路径打印至模型完成。本发明专利技术能够实现纤维增强高效打印，提升模型强度和精度，提升设备运行可靠性。

Fiber Reinforced Multi-nozzle Parallel Printing Device and Printing Method

The invention relates to a fiber-reinforced multi-nozzle parallel printing device and a printing method. The printing head can move relatively between the printing head and the printing platform. The printing head includes at least one flowing material nozzle, at least one fibre nozzle, flowing material feeding pipe, fibre feeding pipe, fibre cutter and rotary driving mechanism, the flowing material nozzle is connected with flowing material feeding pipe, and the fibre feeding nozzle is connected with flowing material feeding pipe. The fibre feeding pipe is connected, the fibre cutter is arranged on the fibre feeding path, at least one flowing material nozzle and/or at least one fibre feeding nozzle rotates along the rotary center, and the flowing material nozzle and the fibre feeding nozzle can move along the set printing path. Printing method: generating printing paths of each layer; moving the nozzle along the path of the setting layer; cutting off the fibre material in the printing process; adjusting the distance between the printing head and the platform by layer printing, repeating the path printing to the model. The invention can realize fiber reinforced high efficiency printing, enhance the strength and accuracy of the model, and enhance the reliability of the equipment operation.

【技术实现步骤摘要】
纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法
本专利技术属于3D打印的
，特别是涉及一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法。
技术介绍
3D打印作为一种以数字模型文件为基础、通过逐层打印构造物体的方法，包括SLA、DLP、SLS、SLM、3DP和FFF/FDM等多种方式，其中FFF(FusedFilamentFabrication)或FDM方式是一种基于挤出式工艺的3D打印方法，一般通过喷头(打印头)与平台之间在XY平面内相对运动，使得喷头可以到达平台上方一定区域内的任意位置，喷头在平台上方运动的同时还按适当的速度挤出打印料从而完成一层的打印；在完成一层的打印后打印头与打印平台相互远离一定的间距，如层厚，再继续打印新的一层；逐层堆叠直到形成三维实体。打印材料一般为可熔融的热塑材料，建筑泥浆，陶瓷或金属粉末浆料、食品浆料或生物浆料等。单一材料打印的三维模型强度一般较低，现有技术中存在通过混合纤维的方式提升打印模型的强度：其一，在热塑材料中混合纤维，挤出混合的热塑性丝材进行打印，这种打印方式虽然可以提升一定的模型强度，但由于丝材中主要是离散的短纤维，对强度提升有限；其二，采用一个喷嘴挤出热塑性材料，打印出沟槽或一定的结构后再利用另一个喷嘴在沟槽内填充打印连续的纤维丝材料，一方面分步打印效率低，另一方面打印的热塑性材料存在部分固化问题导致与纤维丝材料结合不充分，造成模型强度增强效果不佳；其三，将连续的纤维材料和热塑材料通过一个管路和喷嘴送出，虽然能够实现纤维材料与热塑材料的同时打印，但存在纤维切断和热塑材料向纤维送料管路输送的泄漏密封等问题，影响打印设备的使用性能。面对现有技术中存在的种种技术问题，有必要开发出一种新的打印装置和打印方法，实现纤维增强的高效打印，提升打印模型的强度和精度，提升设备运行的可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法，实现纤维增强的高效打印，提升打印模型的强度和精度，提升设备运行的可靠性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头、打印平台和控制系统，所述打印头设置于打印平台的上方且打印头与打印平台之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统进行控制，所述打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管、纤维切断器和旋转驱动机构，所述流动料喷嘴与流动料给料管连通，所述纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，所述纤维切断器对应设置于纤维料给料管的送料路径上，至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴通过旋转驱动机构驱动沿竖向的回转中心与打印平台相对旋转，所述流动料喷嘴和纤维料喷嘴在打印头与打印平台之间相对移动和旋转驱动机构驱动至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴与打印平台相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供另外一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头、打印平台和控制系统，所述打印头设置于打印平台的上方且打印头与打印平台之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统进行控制，所述打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管和纤维切断器，所述流动料喷嘴与流动料给料管连通，所述纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，所述纤维切断器对应设置于纤维料给料管的送料路径上，所述打印平台通过旋转驱动装置驱动沿竖向回转中心与打印头相对旋转，所述流动料喷嘴和纤维料喷嘴在打印头与打印平台之间相对移动和相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。所述打印头还包括喷头座和至少一个喷嘴座，所述喷嘴座下端设有流动料喷嘴和/或纤维料喷嘴，所述喷嘴座安装在喷头座上且至少一个喷嘴座可通过旋转驱动机构驱动旋转。所述喷嘴座设置为一个且所述喷嘴座设有至少一个流动料喷嘴和至少一个纤维料喷嘴，所述喷嘴座通过旋转驱动机构驱动旋转。所述喷嘴座设置为两个或两个以上且各喷嘴座设有至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴，至少一个喷嘴座通过旋转驱动机构驱动旋转。所述旋转驱动机构包括电机或者包括电机和与电机连接的传动件，所述传动件为带轮传动机构和齿轮传动机构中的一种或多种。所述打印头中至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴高度可调节。所述纤维切断器对应纤维送料路径设置于纤维料喷嘴的上游位置或者纤维料喷嘴出口位置。所述打印头还包括加热器，所述加热器对应流动料喷嘴和/或纤维料喷嘴设置。所述纤维料喷嘴设置为倒圆角出口结构。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种上述的纤维增强型多喷嘴并行打印装置的打印方法，包括以下步骤：(1)对待打印模型的三维数据进行分析，生成各打印层中流动料喷嘴和纤维料喷嘴的打印路径；(2)打印头与打印平台之间水平相对移动和至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴与打印平台相对旋转，使流动料喷嘴和纤维料喷嘴沿设定的打印路径移动进行层打印；(3)打印过程中，当纤维料的送料长度达到预设长度时纤维切断器动作对纤维料进行切断；(4)层打印完成后，打印头与打印平台之间竖向相对移动至打印下一层设定的间距，重复步骤(2)和(3)直至模型打印完成。所述纤维料的切断长度使得纤维料被包覆于流动料的内部。所述纤维料为导电材料、导热材料或导光材料，打印完成后所述纤维料外露于打印模型表面。在层打印中，所述纤维料喷嘴和流动料喷嘴沿相同的打印路径分别进行纤维料和流动料打印且流动料喷嘴尾随在纤维料喷嘴之后，所述流动料喷嘴在纤维料喷嘴送出的纤维料上挤出流动料并覆盖纤维料实现纤维料与流动料的结合。在层打印中，所述纤维料喷嘴和流动料喷嘴沿相同的打印路径分别进行纤维料和流动料打印且纤维料喷嘴尾随在流动料喷嘴之后，所述纤维料喷嘴将纤维料挤压到流动料喷嘴挤出的未固化的流动料上形成纤维料与流动料结合。有益效果第一，在本专利技术中，流动料与连续的纤维料能够同时进行打印，且能够实现多喷嘴同步打印，一方面有利于纤维料与流动料的结合，能够更好地发挥连续纤维料提升打印模型强度的优势，另一方面打印速度快，有利于实现纤维增强型打印的高效进行。第二，在本专利技术中，流动料喷嘴和纤维料喷嘴同时沿设定的打印路径运动且根据需要对纤维的分布进行准确地控制，有利于更好地发挥纤维增强的功效，不仅适合打印厚壁模型，也适合打印薄壁模型，还适合打印既要求高强度又需要精确细节的模型。第三，纤维料与流动料分别经过独立的料管和喷嘴送出，不同特性的流动料和纤维料可以被分别独立的处理和控制，有利于提升设备运行的可靠性，同时能够更加方便地根据打印需要对设备作出匹配性调整，例如纤维增强打印与非纤维增强打印的切换、不同纤维料的切换以及多种纤维料的混合打印等，有利于提高设备的适用性，实现多种模型性能，如导电、导热或导光等。附图说明图1为本专利技术一种打印装置的结构示意图。图2为图1打印装置的剖面结构示意图。图3为本专利技术另一种打印装置的剖面示意图。图4为一个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿同一打印路径层叠重合打印的示意图。图5为图4中打印头运动到不同位置状态的示意图。图6为两个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径层叠重合打印的示意图。图7为两个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径另一种层叠重合打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头(1)、打印平台(2)和控制系统(3)，所述打印头(1)设置于打印平台(2)的上方且打印头(1)与打印平台(2)之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统(3)进行控制，其特征在于：所述打印头(1)包括至少一个流动料喷嘴(11)、至少一个纤维料喷嘴(12)、流动料给料管(13)、纤维料给料管(14)、纤维切断器(15)和旋转驱动机构，所述流动料喷嘴(11)与流动料给料管(13)连通，所述纤维料喷嘴(12)与纤维料给料管(14)连通，所述纤维切断器(15)对应设置于纤维料给料管(14)的送料路径上，至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)通过旋转驱动机构驱动沿竖向的回转中心与打印平台(2)相对旋转，所述流动料喷嘴(11)和纤维料喷嘴(12)在打印头(1)与打印平台(2)之间相对移动和旋转驱动机构驱动至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)与打印平台(2)相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头(1)、打印平台(2)和控制系统(3)，所述打印头(1)设置于打印平台(2)的上方且打印头(1)与打印平台(2)之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统(3)进行控制，其特征在于：所述打印头(1)包括至少一个流动料喷嘴(11)、至少一个纤维料喷嘴(12)、流动料给料管(13)、纤维料给料管(14)、纤维切断器(15)和旋转驱动机构，所述流动料喷嘴(11)与流动料给料管(13)连通，所述纤维料喷嘴(12)与纤维料给料管(14)连通，所述纤维切断器(15)对应设置于纤维料给料管(14)的送料路径上，至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)通过旋转驱动机构驱动沿竖向的回转中心与打印平台(2)相对旋转，所述流动料喷嘴(11)和纤维料喷嘴(12)在打印头(1)与打印平台(2)之间相对移动和旋转驱动机构驱动至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)与打印平台(2)相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。2.一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头(1)、打印平台(2)和控制系统(3)，所述打印头(1)设置于打印平台(2)的上方且打印头(1)与打印平台(2)之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统(3)进行控制，其特征在于：所述打印头(1)包括至少一个流动料喷嘴(11)、至少一个纤维料喷嘴(12)、流动料给料管(13)、纤维料给料管(14)和纤维切断器(15)，所述流动料喷嘴(11)与流动料给料管(13)连通，所述纤维料喷嘴(12)与纤维料给料管(14)连通，所述纤维切断器(15)对应设置于纤维料给料管(14)的送料路径上，所述打印平台(2)通过旋转驱动装置(8)驱动沿竖向回转中心与打印头(1)相对旋转，所述流动料喷嘴(11)和纤维料喷嘴(12)在打印头(1)与打印平台(2)之间相对移动和相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述打印头(1)还包括喷头座(16)和至少一个喷嘴座(17)，所述喷嘴座(17)下端设有流动料喷嘴(11)和/或纤维料喷嘴(12)，所述喷嘴座(17)安装在喷头座(16)上且至少一个喷嘴座(17)可通过旋转驱动机构驱动旋转。4.根据权利要求3所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述喷嘴座(17)设置为一个且所述喷嘴座(17)设有至少一个流动料喷嘴(11)和至少一个纤维料喷嘴(12)，所述喷嘴座(17)通过旋转驱动机构驱动旋转。5.根据权利要求3所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述喷嘴座(17)设置为两个或两个以上且各喷嘴座(17)设有至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)，至少一个喷嘴座(17)通过旋转驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：季鹏凯，
申请(专利权)人：源秩科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31