一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，涉及3D打印技术领域，其包括加热组件、固定组件和金属毛细管，所述加热组件包括至少两个叠放的加热块，相邻加热块之间设隔热层，加热组件通过固定组件固定成一整体；所述金属毛细管从上至下贯穿加热组件，设金属毛细管的两端分别为上进料端和下出料端，下出料端作为喷嘴伸出加热组件。本发明专利技术将送料通道与成型通道一体化，彻底消除了打印头中的动力学死角。同时，通过将送料通道的尺寸设计为与丝材直径配合，让丝材在运动过程中剥离停留时间较长的树脂和带出可能形成的残渣，实现了自清洁的功能。相对现有技术而言，本发明专利技术有效地解决了现有喷嘴容易被堵塞的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头


[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别是连续纤维增强复合材料的3D打印
，具体地说涉及一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头。

技术介绍

[0002]连续纤维增强复合材料的3D打印主要有两种模式：一是在线浸渍，树脂丝材和纤维干纱从两处进入打印头，在打印头内实现熔融浸渍。二是离线浸渍，预先在浸渍模具内对纤维进行熔融浸渍制备出3D打印专用的预浸丝材，然后直接对预浸丝材进行3D打印。一般认为，采用预浸丝材的打印模式纤维和树脂的浸渍效果更好，界面性能更优。
[0003]目前，对于预浸丝材的3D打印并没有特定的打印头结构设计，常见的打印头仍然是喷嘴与加热块采用螺纹连接的结构，且加热块内部有一个堆积树脂的腔室。这种结构对于3D打印常见的材料，例如PLA、ABS和PA可能没有什么太大的影响，但当把材料换成PPS树脂后，常见的打印头结构就无法满足要求了。这是因为PPS树脂材料有一个非常独有的特性，那就是PPS与金属的粘接性能非常好，在常用的打印头结构中，PPS树脂非常容易粘在打印通道的壁面上。并且预浸丝材的内部不可避免会有一些断纤维，这些碎纤维非常容易与粘性很好的PPS树脂结合，从而留在加热块内部腔室的死角，变成没有流动性的渣滓。随着打印进程，渣滓越积越多，最后积累到一定程度，将导致喷嘴的孔隙被堵塞，进而就会造成打印失败。
[0004]另外，现有技术中还提出了如下关于打印头的技术：
[0005]如公开号为CN105459402A的文献在2016年4月6日公开了一种用于三维打印机的打印头，包括加热块，与加热块固定连接的喉管及喷嘴，还包括与喉管共轴线设置地位于喉管内的铁氟龙管，喷嘴的熔管在靠近喷口段设置为向外扩张状的孔。该打印头在打印时，打印丝材通过铁氟龙管后直接进入喷嘴的熔管，但一旦采用喷嘴与加热块相连的形式，那么在喷嘴出口处就不可避免会有直径变小，通道变窄的结构。对于连续纤维预浸丝材，目前市面上没有直径大于1mm的，而常规喷嘴是M6的螺纹配合，也就是说该打印头所设计的类似圆柱空腔的预浸丝材受热通道直径至少是6mm，但为了保证成型精度，喷嘴出口处通道必须变窄以获得与丝材相适应的成型尺寸，不超过1.5mm，因此，该打印头结构在喷嘴通道变窄的地方依旧存在动力学死角，碎纤维结合树脂形成的残渣易在喷嘴通道变窄处堆积并对在中心运动的丝材产生挤压作用，仍然会形成较大阻力，进而严重影响连续打印进程。
[0006]又如公开号为CN110039765A的文献在2019年7月23日公开了一种3D打印机用新型打印头，其包括依次连接的散热体、喉管、加热组件和喷嘴，所述散热体包括散热基体及设置在散热基体中部的进料通道，所述喉管包括由上至下依次设置的散热段、隔热段和连接段，在隔热段和连接段中部设置有送料通道，所述加热组件包括加热块及贯通加热块顶底设置的安装通道，所述喷嘴包括喷嘴腔；所述散热段镶嵌在所述散热基体内，所述隔热段位于所述散热体与所述加热组件之间，所述连接段连接所述安装通道上部，所述喷嘴连接在所述安装通道下部。该打印头可实现“中温软化区”耗材的充分散热，且喉管的连接强度及
打印头的整体刚度高，可减小喉管隔热段的壁厚，防止耗材提前熔化造成堵塞，提高了3D打印效率。但实际上，该打印头整体的送料通道是由几段圆柱结构组合而成，最下端依旧采用喷嘴与加热组件通过螺纹相连。该结构还是存在着类似问题，即送料通道的尺寸与喷嘴出口的尺寸有明显差异，在喷嘴出口，送料通道急剧变窄以达到打印喷嘴的直径。因此其仍然会导致喷嘴的孔隙被堵塞。
[0007]事实上，以上述两篇专利文献为代表的现有技术，虽然在送料通道的结构形式上类似直通圆柱空腔结构，但其依旧是与传统的打印喷嘴进行螺纹配合，换句话说，圆柱空腔结构是预浸丝材的送料通道，而打印喷嘴是预浸丝材的成型通道，其本质上仍然未能摒弃掉传统的打印喷嘴。因此在喷嘴出口处通道急剧变窄，形成动力学死角，长时间停留的树脂结合碎纤维易形成残渣，没有流动性，无法从变窄的喷嘴出口带出，久而久之造成喷嘴出口堵塞，打印失败。
[0008]另外，综合来说，现有的打印头结构是参考纯树脂的3D打印所设计，从某种意义上说，送料通道的尺寸相对于打印喷嘴的直径就是一个储料腔，在设计送料通道的尺寸时并未考虑到打印丝材的直径。因此，即使是圆柱结构的送料通道，丝材也不能在运动过程中有规律地接触壁面，起到剥离壁面树脂和带出残渣的作用，那么就还是无法解决树脂与碎纤维形成的残渣堆积造成打印持续时间有限的问题。
[0009]为此，针对PPS树脂停留时间长，并且结合碎纤维形成残渣、堵塞喷嘴出口的问题，迫切需要开发一种无树脂存储的打印头结构。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，本专利技术将送料通道与成型通道一体化，彻底消除了打印头中的动力学死角。同时，通过将送料通道的尺寸设计为与丝材直径配合，让丝材在运动过程中剥离停留时间较长的树脂和带出可能形成的残渣，实现了自清洁的功能。相对现有技术而言，本专利技术有效地解决了现有喷嘴容易被堵塞的技术问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：包括加热组件、固定组件和金属毛细管，所述加热组件包括至少两个叠放的加热块，相邻加热块之间设隔热层，加热组件通过固定组件固定成一整体；所述金属毛细管从上至下贯穿加热组件，设金属毛细管的两端分别为上进料端和下出料端，下出料端作为喷嘴伸出加热组件。
[0013]所述加热组件中，加热块的加热温度从上至下依次降低。
[0014]所述固定组件对称固定在加热组件两侧。
[0015]所述固定组件包括连接板和用于固定在加热块上的螺钉，连接板通过螺钉固定在加热组件上。
[0016]所述加热组件中部从上至下设有贯穿加热块和隔热层的通孔，金属毛细管通过紧固钉固定在通孔内。
[0017]所述紧固钉从加热组件的侧面进入加热块紧固金属毛细管。
[0018]所述金属毛细管的外径为3mm，内径为预浸丝材直径的1.1
‑
1.5倍。
[0019]所述隔热层为隔热棉。
[0020]采用本专利技术的优点在于：
[0021]1、本专利技术直接使用金属毛细管作为送料通道和成型通道，并直接将金属毛细管的下端作为喷嘴使用。相当于将送料通道与成型通道一体化，彻底消除了打印头中的动力学死角。在打印过程中，预浸丝材在金属毛细管中自上而下运动，由于预浸丝材的直径与金属毛细管直径的配合关系，因此在预浸丝材自上而下运动的过程中，可以带动壁面上粘有的树脂向下运动。又由于金属毛细管从上而下是等径的，没有动力学上的死角。因此丝材在运动过程中能够剥离停留时间较长的树脂和带出可能形成的残渣，从而使得打印头具有自清洁功能。相对现有技术而言，本专利技术有效地解决了现有喷嘴容易被堵塞的技术问题，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：包括加热组件、固定组件和金属毛细管(1)，所述加热组件包括至少两个叠放的加热块(2)，相邻加热块(2)之间设隔热层(3)，加热组件通过固定组件固定成一整体；所述金属毛细管(1)从上至下贯穿加热组件，设金属毛细管(1)的两端分别为上进料端和下出料端，下出料端作为喷嘴伸出加热组件。2.如权利要求1所述的一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述加热组件中，加热块(2)的加热温度从上至下依次降低。3.如权利要求1所述的一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述固定组件对称固定在加热组件两侧。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的一种具有自清洁功能的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述固定组件包括连接板(5)和用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝军，徐奔，杨家操，杨杰，卫志美，张刚，龙盛如，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：