同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统及加工方法技术方案

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，特别涉及一种同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统及加工方法，用于解决工程支撑部件的抗压稳定性及抗弯折的问题。具体该系统部分包括：三维成型制造模块用以按照两个不同的预设旋转方向输出基质材料和交联材料，以使所述基质材料和所述交联材料构造出具有同轴的、且一体成型的第一打印体和第二打印体；以及计算机控制模块和可控气压输出系统。方法部分包括：材料制备，在编程材料进给模块配置基质材料和交联材料，同轴螺旋结构增材制造以及后处理步骤。可实现复合材料内增强相不连续纤维的同轴螺旋排列，进而协同增强材料的抗压和抗弯特性，提升工程应用的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统及加工方法
本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统及加工方法。
技术介绍
现行趋势下，风力发电系统、建筑单元系统等基础建设设施，需要配备的支撑结构在其自身领域的关键要求包括：第一、系统构件的设施重点部位在结构和材料选择上需要具备抗压性和稳定性；第二、系统构件需要具有在预定范围内的抗弯折特性；而既有支撑结构中往往难以有效应对上述要求，可总结为：无法有效应对复杂载荷环境。反观自然界中，生物材料及组织构造有效解决了这一矛盾问题，能够实现抗压、抗弯、抗扭曲、抗剪切的复杂特性的完美结合。在此，以灵长类动物骨骼作为生物材料及组织构造为例，其特点为具有高的强度、能够有效地承受自身重量和外部施力，结合附属组织后还具备较好的韧性；另外，既有树木、竹类植物同属于典型高强高韧生物复合材料，两者均是集成高比强度、比刚度与韧性等优异性能于一体的天然复合材料，可作为抗压及抗弯协同增效材料设计的仿生模本。经过既有技术研究表明，上述典型的生物结构材料具有一些共性：它们都是天然多级复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，包括：/n三维成型制造模块(10)，其用以按照两个不同的预设旋转方向输出基质材料(100)和交联材料(200)，以使所述基质材料(100)和所述交联材料(200)构造出具有同轴的、且一体成型的第一打印体(1)和第二打印体(2)；/n编程材料进给模块(20)，其用以向所述三维成型制造模块(10)分别输送所述基质材料(100)和所述交联材料(200)；/n计算机控制模块(30)，其基于一固化程序用以构建可打印的模型，并将所述可打印的模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至所述三维成型制造模块(10)，以使所述三维成型制造模块(10)能够获得输...

【技术特征摘要】
1.同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，包括：
三维成型制造模块(10)，其用以按照两个不同的预设旋转方向输出基质材料(100)和交联材料(200)，以使所述基质材料(100)和所述交联材料(200)构造出具有同轴的、且一体成型的第一打印体(1)和第二打印体(2)；
编程材料进给模块(20)，其用以向所述三维成型制造模块(10)分别输送所述基质材料(100)和所述交联材料(200)；
计算机控制模块(30)，其基于一固化程序用以构建可打印的模型，并将所述可打印的模型的结构特征以三维运动代码的方式传送至所述三维成型制造模块(10)，以使所述三维成型制造模块(10)能够获得输出所述第一打印体(1)和所述第二打印体(2)的打印轨迹；
可控气压输出系统(40)，其用以提供输出气源以控制在构造所述第一打印体(1)和第二打印体(2)时消耗所述基质材料(100)或者所述交联材料(200)的输出量。


2.根据权利要求1所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，所述三维成型制造模块(10)包括：
料筒部件(101)，其设置在一打印空间内，并相对于该打印空间能够转动；
同步挤出部(110)，设置在所述料筒部件(101)的第二端；
所述同步挤出部(110)包括：
第一挤出部(11)；
第二挤出部(12)，设置在所述第二挤出部(11)的内部，且所述第一挤出部(11)的高度小于所述第二挤出部(12)的高度，以使所述第一挤出部(11)的第二端与所述第二挤出部(12)的第二端连通时，构造出连通区(122)；
所述第一挤出部(11)与所述第二挤出部(12)向所述连通区(122)的方向逐渐缩进，且变化趋势相同。


3.根据权利要求2所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，所述料筒部件(101)包括：
可旋转的交联材料旋转挤出筒(111)和可旋转的基质材料旋转挤出筒(112)；
所述交联材料旋转挤出筒(111)位于所述可旋转的基质材料旋转挤出筒(112)的内部；
所述交联材料旋转挤出筒(111)与所述第一挤出部(11)连接；
所述基质材料旋转挤出筒(112)与所述第二挤出部(12)连接。


4.根据权利要求3所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，所述交联材料旋转挤出筒(111)与所述可旋转的基质材料旋转挤出筒(112)、所述第一挤出部(11)、第二挤出部(12)具有相同的轴线。


5.根据权利要求4所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，还包括有：
基质材料控制旋转部(140)，其第一端连接在一预设的安装位上，并相对于所述预设的安装位，所述基质材料控制旋转部(140)可绕自身轴线顺时针或者逆时针旋转；
所述基质材料控制旋转部(140)与所述基质材料旋转挤出筒(112)的第一端固定连接、且所述基质材料控制旋转部(140)与所述基质材料旋转挤出筒(112)连通；
交联材料控制旋转部(150)，其第一端连接在所述预设的安装位上，并相对于所述预设的安装位，所述交联材料控制旋转部(150)可绕所述基质材料控制旋转部(140)的轴线针旋转或者顺时针逆时；
所述交联材料控制旋转部(150)与所述交联材料旋转挤出筒(111)的第一端固定连接、且所述交联材料控制旋转部(150)与所述交联材料旋转挤出筒(111)连通。


6.根据权利要求5所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，所述基质材料控制旋转部(140)由一在所述预设的安装位上的驱动组件(50)驱动其绕自身轴线转动；
所述交联材料控制旋转部(150)设置在所述基质材料控制旋转部(140)内，且所述交联材料控制旋转部(150)与所述基质材料控制旋转部(140)能够传动连接；
当所述驱动组件(50)驱动控制所述基质材料控制旋转部(140)时，所述交联材料控制旋转部(150)与所述基质材料控制旋转部(140)在转动时能够形成相反的转动方向、且所述交联材料控制旋转部(150)与所述基质材料控制旋转部(140)在两者的第二端部分具有能够保持一预设滑动间隙。


7.根据权利要求4所述的同轴螺旋结构增强复合材料的3D打印系统，其特征在于，所述编程材料进给模块(20)包括：
两组进料单元(230)，分别用以贮存、搅拌基质材料(100)和交联材料(200)；
第一进料部(210)，用以将贮存有基质材料(100)的一组进料单元(230)输送至所述预设的安装位上，以使基质材料(100)可到达所述基质材料控制旋转部(140)；
第二进料部(22...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪莉，刘庆萍，任雷，任露泉，韩志武，宋正义，李冰倩，王振国，吴千，何禹霖，林峰，刘昊，杨新宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22