连续纤维增强复合材料3D打印头及打印机制造技术

本发明专利技术涉及连续纤维增强复合材料3D打印头，包括打印头本体，所述打印头本体内部设置有送料通道，所述送料通道包括依次连接的圆形通道、渐变通道以及矩形通道，所述圆形通道的断面呈圆形，所述矩形通道的断面呈矩形。还涉及一种连续纤维增强复合材料3D打印机。本发明专利技术将现有圆形的送料通道改为圆形

【技术实现步骤摘要】
连续纤维增强复合材料3D打印头及打印机


[0001]本专利技术属于连续纤维增强复合材料3D打印
，尤其是一种连续纤维增强复合材料3D打印头及打印机。

技术介绍

[0002]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。
[0003]传统的3D打印头其成型过程树脂与连续纤维束经过圆形截面送料通道形成圆形截面复合线材，然后经过打印喷头处的圆形截面成型通道，成型挤出为圆形截面打印丝，冷却固化后，由于圆柱体不能像长方体一样在空间紧密堆积，打印丝堆叠时会产生间隙，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，导致现有的3D打印技术所构造出来的物体结构的致密性较差。虽然有学者或企业在零件的设计过程中采用结构拓扑优化的方式来优化力学性能，终究不能解决打印丝冷却固化后堆叠间隙的问题。
[0004]专利号为201610683124.3的专利技术专利连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印方法及打印头公开了一种纤维束与熔融热塑性树脂旋转共混后旋转挤出的方法，可将展平的大丝束纤维作为3D打印工艺的增强体，紧密缠绕的纤维密实程度高。专利号为201510633569.6的专利技术专利一种连续纤维增强复合材料3d打印的多级送丝打印头，所述的多级送丝打印头结构较为复杂，多种材料的混合使其成型构件具有较好的韧性。但是以上述两篇专利文献为代表的现有技术，均会出现从喷嘴挤出的圆形截面打印丝冷却固化后存在较大的堆积空隙的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种连续纤维增强复合材料3D打印头及打印机，可使打印丝紧密堆积，减小堆积空隙。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：连续纤维增强复合材料3D打印头，包括打印头本体，所述打印头本体内部设置有送料通道，所述送料通道包括依次连接的圆形通道、渐变通道以及矩形通道，所述圆形通道的断面呈圆形，所述矩形通道的断面呈矩形。
[0007]进一步地，所述打印头本体的外壁设置有第一加热套。
[0008]进一步地，所述矩形通道的出口外设置有冷却管。
[0009]进一步地，所述打印头本体包括喷嘴，所述喷嘴的厚度沿物料流动方向逐渐减小，所述矩形通道位于喷嘴内。
[0010]连续纤维增强复合材料3D打印机，包括打印机本体，所述打印机本体采用上述连续纤维增强复合材料3D打印头。
[0011]进一步地，所述打印机本体包括挤出机、树脂容腔和纤维喉管，所述挤出机与树脂容腔连通，所述纤维喉管的一端与树脂容腔连通，另一端伸出树脂容腔，所述树脂容腔上设置有纤维进口，所述纤维进口的中心线与纤维喉管的中心线重合。
[0012]进一步地，所述纤维进口内设置有防漏堵头，所述防漏堵头设置有中心通孔，且所述防漏堵头内端与纤维喉管的进料端之间密封配合，所述纤维喉管的侧壁设置有多个树脂进入孔。
[0013]进一步地，所述树脂容腔侧壁设置有第二加热套。
[0014]进一步地，所述树脂容腔内设置有温度传感器。
[0015]进一步地，所述打印头本体通过螺纹连接纤维喉管的出料端。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术将现有圆形的送料通道改为圆形
‑
渐变
‑
矩形的送料通道，使得打印头喷出的打印丝断面呈矩形，在进行逐层打印时，每一层的相邻两根打印丝之间能够紧密接触，不留缝隙，相邻两层之间也能够紧密接触，不留缝隙，实现致密打印。固化后，产品内部不会产生间隙，可提高产品强度。
附图说明
[0017]图1是本专利技术打印头的示意图；
[0018]图2是本专利技术打印机本体的示意图；
[0019]附图标记：1—连续纤维；2—防漏堵头；3—树脂容腔；4—第二加热套；5—温度传感器；6—纤维喉管；7—挤出机；8—树脂；9—挤出口；10—圆形截面复合线材；11—打印头本体；12—第一加热套；13—圆形通道；14—渐变通道；15—矩形通道；16—冷却管；17—喷嘴；18—矩形截面复合线材。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0021]本专利技术的连续纤维增强复合材料3D打印头，在实际使用过程中能够挤出致密堆积的连续纤维增强复合材料线材，如图1所示，包括打印头本体11，打印头本体11可以采用金属材料，如不锈钢等。所述打印头本体11内部设置有送料通道，所述送料通道包括依次连接的圆形通道13、渐变通道14以及矩形通道15，所述圆形通道13的断面呈圆形，所述矩形通道15的断面呈矩形。
[0022]打印头本体11的进料端为圆形通道13，与传统打印机的通道形状一致，可直接用于现有的3D打印机。渐变通道14从圆形渐变为矩形，在打印时，可以使打印丝的断面由圆形逐渐变为矩形。当打印丝的断面呈矩形时，相邻两根打印丝之间能够紧密接触，消除缝隙，在逐层打印过程中，每一层材料的相邻两打印丝之间不会出现间隙，相邻两层材料的打印丝之间也不会出现间隙，从而实现致密打印，减少产品的内部缺陷，提高产品的质量。
[0023]所述打印头本体11的外壁设置有第一加热套12，第一加热套12用于对打印头本体11进行保温，保证打印丝的流动性。第一加热套12为多个，在打印丝的前进方向上，各个第一加热套12的加热温度逐渐降低，保证一定的塑化质量，有利于连续打印。
[0024]所述矩形通道15的出口外设置有冷却管16，冷却管16成对设置，在打印的过程中可以将高速冷却气流吹向打印丝，使得打印丝快速固化。
[0025]所述打印头本体11包括喷嘴17，所述矩形通道15位于喷嘴17内。喷嘴17作为打印丝的出口，所述喷嘴17的厚度或者外径沿打印丝流动方向逐渐减小，减小喷嘴17的体积，在特殊情况下可以打印结构更加复杂的零件。
[0026]连续纤维增强复合材料3D打印机，包括打印机本体，打印机本体可采用现有的各种用于连续纤维增强复合材料打印的3D打印机，将本专利技术的打印头安装在常规3D打印机的X
‑
Y运动控制机构上，就能够实现打印头在X
‑
Y方向上的精密运动。3D打印机的底板可以实现Z方向的运动，接触到喷嘴17，即可在底板上打印零件。
[0027]作为本专利技术优选的实施方式：所述打印机本体包括挤出机7、树脂容腔3和纤维喉管6，所述挤出机7与树脂容腔3连通，所述纤维喉管6的一端与树脂容腔3连通，另一端伸出树脂容腔3，所述树脂容腔3上设置有纤维进口，所述纤维进口的中心线与纤维喉管6的中心线重合。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.连续纤维增强复合材料3D打印头，包括打印头本体(11)，所述打印头本体(11)内部设置有送料通道，其特征在于：所述送料通道包括依次连接的圆形通道(13)、渐变通道(14)以及矩形通道(15)，所述圆形通道(13)的断面呈圆形，所述矩形通道(15)的断面呈矩形。2.如权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述打印头本体(11)的外壁设置有第一加热套(12)。3.如权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述矩形通道(15)的出口外设置有冷却管(16)。4.如权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印头，其特征在于：所述打印头本体(11)包括喷嘴(17)，所述喷嘴(17)的厚度沿物料流动方向逐渐减小，所述矩形通道(15)位于喷嘴(17)内。5.连续纤维增强复合材料3D打印机，包括打印机本体，其特征在于：所述打印机本体采用如权利要求1、2、3或4所述的连续纤维增强复合材料3D打印头。6.如权利要求5所述的连续纤维增强复合材料3D打...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家操，冷怀森，王孝军，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：