一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构；包括打印支座和依次设置在所述打印支座上的打印组件和超声组件；其中所述打印组件包括从上到下依次设置的挤出电机、挤出装置、送丝管和挤出喷嘴；所述超声组件包括从上到下依次设置的超声波换能器、连接杆和滚珠。本发明专利技术通过对打印材料进行随行超声滚压提高复合材料增材制造成形件的层间结合性能和表面精度，最终提高了零件的总体成形质量。进一步提升了纤维增材制造的成形强度，扩大了纤维增材制造的应用范围。扩大了纤维增材制造的应用范围。扩大了纤维增材制造的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构


[0001]本专利技术涉及短纤维/连续纤维增材制造
，尤其涉及一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构。

技术介绍

[0002]纤维增强复合材料具有比强度、比模量高，力学性能设计性强，耐腐蚀性强等优良特征，被广泛地应用在航空航天、轨道交通、先进船舶、风力发电等领域。纤维增材制造技术是一种将短纤维/连续纤维增强复合材料加热挤出成形的方法，是增材制造技术的一种。纤维增材制造的制件具有多界面的特征，分别为：纤维/基体界面、相邻打印丝材之间的界面和相邻打印铺层之间的界面。而这些界面都会对复合材料的力学性能、成形精度等产生重要影响。在复合材料增材制造成形过程中，可能会出现纤维与树脂难以充分融合，相邻丝材接触不紧密，层间粘合度低等问题，导致纤维/树脂界面存在缺陷，成型件丝材分离，层间分离等情况，使得复合材料成形件多界面存在孔隙、间隙等缺陷，严重影响其力学性能及成型质量。
[0003]在纤维增强复合材料增材制造过程中，由于纤维与树脂浸渍不充分，相邻丝材接触不紧密，层间粘合度低等，导致纤维与树脂界面存在缺陷，成形件丝材分离，层间分离等问题发生，使得复合材料成形件多界面存在空隙、间隙等缺陷，严重影响其力学性能及成形质量。因此，我们针对此
技术介绍
对纤维增材制造打印头进行改进，添加超声滚压装置，利用超声波的冲击力对成形件进行及时的超声压实，使得成形件多界面接触更紧密，从而提升成形件的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，解决打印制件多界面结合性能差的问题。
[0005]一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，包括打印支座和依次设置在所述打印支座上的打印组件和超声组件；其中所述打印组件包括从上到下依次设置的挤出电机、挤出装置、送丝管和挤出喷嘴；所述超声组件包括从上到下依次设置的超声波换能器、连接杆和滚珠。
[0006]本专利技术进一步改进在于：所述打印组件还包括第一控制电机，第一滚珠丝杆，第一光杆、第一直线轴承、第一升降台，喉管和加热块；所述挤出装置与所述挤出电机连接，所述送丝管的顶端连接在所述挤出装置的底端且另一端依次穿过所述打印支座与第一升降台上的喉管连接；所述喉管的底端通过加热块与所述挤出喷嘴连接，所述第一滚珠丝杆的顶端穿过所述打印支座与所述第一控制电机相连，所述第一滚珠丝杆的底端与所述第一升降台相连，所述第一光杆的底部连接所述第一升降台且顶部穿过所述打印支座，第一直线轴承位于所述打印支座上并套在所述第一光杆的外部。
[0007]本专利技术进一步改进在于：所述第一滚珠丝杆与所述第一光杆分布在所述送丝管的
两侧。
[0008]本专利技术进一步改进在于：所述超声组件还包括第二控制电机、第二滚珠丝杆、第二光杆、第二直线轴承、第二升降台和滚珠加热块；所述超声波换能器的底端与所述连接杆相连并连接在所述第二升降台上，所述连接杆的顶端与所述第二升降台的底面相连，所述连接杆的底端与所述滚珠加热块相连，所述滚珠加热块的底端连接所述滚珠；所述第二滚珠丝杆的顶端穿过所述打印支座与所述第二控制电机相连，所述第二控制电机安装在所述打印支座的顶端，所述滚珠丝杆的底端与所述第二升降台相连，所述第二光杆顶部穿过所述打印支座，所述第二直线轴承位于所述打印支座的顶部并套在所述第二光杆的外部，所述第二光杆的底部连接所述第二升降台。
[0009]本专利技术进一步改进在于：所述第二滚珠丝杆与所述第二光杆分布在所述超声波换能器的两侧。
[0010]本专利技术进一步改进在于：所述送丝管为变形材料或伸缩结构，以配合适应第一升降台的升降。
[0011]本专利技术进一步改进在于：所述打印组件与所述超声组件并排安装在所述打印支座上；所述打印组件和所述超声组件之间不可相互接触；避免超声振动在打印过程中传递到打印组件上影响打印精度。
[0012]本专利技术进一步改进在于：所述超声波换能器的高度小于第一滚珠丝杆第二滚珠丝杆、第一光杆、第二光杆的长度，为第二升降台的留出升降空间。
[0013]本专利技术进一步改进在于：所述滚珠为表面光滑的球形或类球形，避免在滚动过程中剐蹭打印件。
[0014]本专利技术进一步改进在于：第二直线轴承与第二光杆之间存在间隙，，可以阻隔超声振动传递到光杆及打印支座所造成的机械损坏。
[0015]本专利技术的工作原理是：1、本专利技术的超声组件与打印组件一体化安装在3D打印机横梁上，可与打印头一起运动，无需外部机械手或其他控制操作器，提高设备整体简洁便行性。
[0016]2、通过将振动传递给滚珠，可以在打印过程中对短纤维/连续纤维增材制造制件进行随行随行超声滚压处理，增加树脂与纤维、相邻沉积丝材之间与层间结合强度，减少成型样件内部的孔隙、间隙等缺陷从而提高制件的整体力学性能。
[0017]3、本专利技术可以通过控制升降台，分别控制超声组件与打印组件的升降，根据打印路径的复杂程度选择性地采取实时压实和逐层压实处理，解决了打印头转向时还需重新调整超声组件位置的问题，使得复杂成形路径也方便进行随行超声压实处理。
[0018]4、本专利技术在超声滚压的滚珠上安装有滚珠加热块，对于树脂基体为如PLA等在打印完一层后不会完全冷却固化的复合材料丝材，可对丝材进行直接的随行超声滚压，对于树脂基体为PEEK等在打印完一层后基本已完全冷却固化的复合材料丝材，可利用滚珠加热块对滚珠先进行加热，而后再施以随行超声滚压，从而可以确保压实的有效性以及不会对已固化的打印层造成破坏，增强了材料的适应范围。
[0019]本专利技术的有益效果：无需外部机械手或其他控制操作器，提高设备整体简洁便行性，确保压实的有效性以及不会对已固化的打印层造成破坏，增强了材料的适应范围；解决了打印头转向时还需重新调整超声组件位置的问题，使得复杂成形路径也方便进行随行超
声压实处理。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构。
[0021]附图标记1
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挤出装置；2
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挤出电机； 3
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打印支座；4
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第一控制电机；5
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第一滚珠丝杆 6
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第一光杆； 7
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第一直线轴承； 8
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第一升降台；9
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送丝管；10
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喉管；11
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加热块；12
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挤出喷嘴；13
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控制电机；14
‑
超声波换能器；15
‑
滚珠丝杆；16
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光杆17
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直线轴承； 18
‑
升降台；9
‑
连接杆； 20
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滚珠加热块； 21
‑
滚珠。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，其特征在于：包括打印支座（3）和依次设置在所述打印支座（3）上的打印组件和超声组件；其中所述打印组件包括从上到下依次设置的挤出电机（2）、挤出装置（1）、送丝管（9）和挤出喷嘴（12）；所述超声组件包括从上到下依次设置的超声波换能器（14）、连接杆（19）和滚珠（21）。2.根据权利要求1所述的一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，其特征在于：所述打印组件还包括第一控制电机（4），第一滚珠丝杆（5），第一光杆（6）、第一直线轴承（7）、第一升降台（8），喉管（10）和加热块（11）；所述挤出装置（1）与所述挤出电机（2）连接，所述送丝管（9）的顶端连接在所述挤出装置（1）的底端且另一端依次穿过所述打印支座（3）与第一升降台（8）上的喉管（10）连接；所述喉管（10）的底端通过加热块（11）与所述挤出喷嘴（12）连接，所述第一滚珠丝杆（5）的顶端穿过所述打印支座（3）与所述第一控制电机（4）相连，所述第一滚珠丝杆（5）的底端与所述第一升降台（8）相连，所述第一光杆（6）的底部连接所述第一升降台（8）且顶部穿过所述打印支座（3），第一直线轴承（7）位于所述打印支座（3）上并套在所述第一光杆（6）的外部。3.根据权利要求2所述的一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，其特征在于：所述第一滚珠丝杆（5）与所述第一光杆（6）分布在所述送丝管（9）的两侧。4.根据权利要求1所述的一种用于纤维增材制造的带有随行超声滚压的打印机构，其特征在于：所述超声组件还包括第二控制电机（13）、第二滚珠丝杆（15）、第二光杆（16）、第二直线轴承（17）、第二升降台（18）和滚珠加热块（20）；所述超声波换能器（14）的底端与所述连接杆（19）相连并连接在所述第二升降台（18）上，所述连接杆（19...

【专利技术属性】
技术研发人员：单忠德，郑菁桦，刘逸凡，宋文哲，范聪泽，陈意伟，宋亚星，朱许君，崔世超，
申请(专利权)人：南京长江工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：