一种连续纤维增强复合材料的3D打印机制造技术

本实用新型专利技术提供一种连续纤维增强复合材料的3D打印机，包括六轴关节机器人、末端挤出头和两自由度旋转打印底盘，所述末端挤出头与所述六轴关节机器人连接，所述末端挤出头适于在所述六轴关节机器人的带动下在六个自由度方向进行旋转，所述两自由度旋转打印底盘位于所述末端挤出头下方，所述两自由度旋转打印底盘适于在水平方向和垂直方向两个自由度上进行旋转。本实用新型专利技术通过将末端挤出头连接在六轴关节机器人上，能够实现六自由度的运动，通过两自由度旋转打印底盘与六轴关节机器人配合能够实现材料以任意角度和任意运动轨迹进行沉积，并实现无支撑打印，减少材料成本，节省打印和后处理时间，降低增材损坏风险。降低增材损坏风险。降低增材损坏风险。

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强复合材料的3D打印机


[0001]本技术涉及3D打印
，具体而言，涉及一种连续纤维增强复合材料的3D打印机。

技术介绍

[0002]连续纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度大和可设计性强等优点，已广泛应用于航空航天、军工等领域。增材制造技术是基于离散
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堆积原理的新兴成型工艺，由于增材制造技术能够在高效、低成本自由成型复杂零件的同时赋予设计极大自由度，因此被逐渐应用于连续纤维增强材料成型。现有连续纤维增强复合材料的增材制造技术大多基于熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Modeling，简称FDM)、基质材料与纤维共挤出技术，是一种由点到线，再由线到面的顺序凝固方式，通常通过3D打印设备实现。
[0003]常见的3D打印设备能够进行三轴以及三轴以下的自由度运动，目前商用的连续纤维增强复合材料3D打印机的商用设备只有markforge和anisoprint。但是，现有技术中的连续纤维增强复合材料3D打印设备难以进行高自由度下的曲面打印，并且在打印过程中需要额外的支撑结构，容易出现打印模型质量较差，材料成本增加，打印和后处理较长，打印模型容易损坏等问题。

技术实现思路

[0004]本技术解决的问题是如何提供一种能够在高自由度下进行连续纤维增强材料3D打印的装置，并且打印过程中不需要额外的打印支撑结构。
[0005]为解决上述问题中的至少一个方面，本技术提供一种连续纤维增强复合材料的3D打印机，包括六轴关节机器人、末端挤出头和两自由度旋转打印底盘，所述末端挤出头与所述六轴关节机器人连接，所述末端挤出头适于在所述六轴关节机器人的带动下在六个自由度方向进行旋转，所述两自由度旋转打印底盘位于所述末端挤出头下方，所述两自由度旋转打印底盘适于在水平方向和垂直方向两个自由度上进行旋转。
[0006]优选地，所述末端挤出头包括第一挤出装置、第二挤出装置和共挤出装置，所述第一挤出装置用于挤出第一材料，所述第二挤出装置用于挤出第二材料，所述共挤出装置的进料包括所述第一材料和所述第二材料，所述共挤出装置用于对所述第一材料和所述第二材料共同挤出得到复合材料。
[0007]优选地，所述共挤出装置包括熔化室、共挤出喷嘴、第一物流传送装置和第一步进电机，所述熔化室用于加热熔化所述第一材料和所述第二材料，所述共挤出喷嘴用于挤出所述第一材料和所述第二材料复合材料，所述第一步进电机用于驱动所述第一物料传送装置，所述第一物料传送装置用于对所述第一材料和所述第二材料进行传送。
[0008]优选地，所述第一挤出装置包括第二步进电机和第二物料传送装置，所述第二挤出装置包括第三步进电机和第三物料传送装置，所述第二步进电机用于驱动所述第二物料传送装置以对所述第一材料进行传送，所述第三步进电机用于驱动所述第三物料传送装置
以对所述第二材料进行传送。
[0009]优选地，所述两自由度旋转打印底盘包括第一旋转平台、第二旋转平台和打印底盘，所述第一旋转平台适于沿水平方向旋转，所述第二旋转平台活动设置在所述第一旋转平台上，且所述第二旋转平台适于沿垂直方向旋转，所述打印底盘固定设置于所述第二旋转平台上。
[0010]优选地，该连续纤维增强复合材料的3D打印机还包括激光扫描仪，所述激光扫描仪用于分析所述末端挤出头的挤出量。
[0011]优选地，该连续纤维增强复合材料的3D打印机还包括三轴移动平台，所述激光扫描仪与所述三轴移动平台连接。
[0012]优选地，所述三轴移动平台包括相互连接的第一传动结构、第二传动结构和第三传动结构，所述第二传动结构与所述激光扫描仪连接，所述第一传动结构适于使所述激光扫描仪在X轴方向进行移动，所述第二传动结构适于使所述激光扫描仪在Y轴方向进行移动，所述第三传动结构适于使所述激光扫描仪在Z轴方向移动。
[0013]优选地，该连续纤维增强复合材料的3D打印机还包括总控箱，所述六轴关节机器人、所述末端挤出头和所述两自由度旋转打印底盘与所述总控箱电连接。
[0014]优选地，该连续纤维增强复合材料的3D打印机还包括底座和耗材架，所述六轴关节机器人、所述两自由度旋转打印底盘和所述耗材架位于所述底座上。
[0015]本技术通过将末端挤出头连接在六轴关节机器人上，能够实现六自由度的运动，从而实现了在多个方向进行连续纤维增强材料的打印，在打印过程中能够实现多自由度的打印，提高打印增材的表面质量，保证打印增材的力学性能；两自由度旋转打印底盘能够在水平和垂直两个方向进行旋转，与六轴关节机器人配合能够实现材料以任意角度和任意运动轨迹进行沉积，通过六轴关节机器人和两自由度旋转打印底盘相互配合，能够避免在打印过程中出现悬空部分角度过大的问题，即在打印过程中避免了对悬空部分角度过大区域进行支撑的过程，从而实现无支撑打印，减少材料成本，节省打印和后处理时间，降低增材损坏风险。
附图说明
[0016]图1为本技术实施例中连续纤维增强复合材料的3D打印机的结构示意图；
[0017]图2为本技术实施例中末端挤出头的结构示意图一；
[0018]图3为本技术实施例中末端挤出头的结构示意图二；
[0019]图4为本技术实施例中两自由度旋转打印底盘的结构示意图；
[0020]图5为本技术实施例中激光扫描仪连接在三轴移动平台上的结构示意图。
[0021]附图标记说明：
[0022]1、六轴关节机器人；2、末端挤出头；21、第一挤出装置；211、第二步进电机；22、第二挤出装置；221、第三步进电机；23、共挤出装置；231、熔化室；232、共挤出喷嘴；233、第一步进电机；3、两自由度旋转打印底盘；31、第一旋转平台；311、第一旋转轴；32、第二旋转平台；321、第二旋转轴；322、第二电机；33、打印底盘；4、激光扫描仪；5、三轴移动平台；51、第一传动结构；52、第二传动结构；53、第三传动结构；531、第三电机；532、第三丝杆；533、第三移动平台；534、第二连接件；6、总控箱；7、电脑；8、底座；9、耗材架。
具体实施方式
[0023]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施例做详细的说明。
[0024]需要说明的是，本文提供的坐标系XYZ中，X轴的正向代表左方，X轴的反向代表右方，Y轴的正向代表前方，Y轴的反向代表后方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0025]现有技术中，3自由度连续纤维增强复合材料的模型打印过程中，支撑结构是必不可少的组成部分。打印模型添加支撑结构的主要目的是为了防止打本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强复合材料的3D打印机，其特征在于，包括六轴关节机器人(1)、末端挤出头(2)和两自由度旋转打印底盘(3)，所述末端挤出头(2)与所述六轴关节机器人(1)连接，所述末端挤出头(2)适于在所述六轴关节机器人(1)的带动下在六个自由度方向进行旋转，所述两自由度旋转打印底盘(3)位于所述末端挤出头(2)下方，所述两自由度旋转打印底盘(3)适于在水平方向和垂直方向两个自由度上进行旋转。2.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料的3D打印机，其特征在于，所述末端挤出头(2)包括第一挤出装置(21)、第二挤出装置(22)和共挤出装置(23)，所述第一挤出装置(21)用于挤出第一材料，所述第二挤出装置(22)用于挤出第二材料，所述共挤出装置(23)的进料包括所述第一材料和所述第二材料，所述共挤出装置(23)用于对所述第一材料和所述第二材料共同挤出得到复合材料。3.根据权利要求2所述的连续纤维增强复合材料的3D打印机，其特征在于，所述共挤出装置(23)包括熔化室(231)、共挤出喷嘴(232)、第一物料传送装置和第一步进电机(233)，所述熔化室(231)用于加热熔化所述第一材料和所述第二材料，所述共挤出喷嘴(232)用于挤出所述复合材料，所述第一步进电机(233)用于驱动所述第一物料传送装置，所述第一物料传送装置用于对所述第一材料和所述第二材料进行传送。4.根据权利要求3所述的连续纤维增强复合材料的3D打印机，其特征在于，所述第一挤出装置(21)包括第二步进电机(211)和第二物料传送装置，所述第二挤出装置(22)包括第三步进电机(221)和第三物料传送装置，所述第二步进电机(211)用于驱动所述第二物料传送装置以对所述第一材料进行传送，所述第三步进电机(221)用于驱动所述第三物料传送装置以对所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国权，段成龙，冯浩轩，张正祥，王耀辉，许旭光，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：新型
国别省市：