适用于干纤维丝束直接打印的制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于干纤维丝束直接打印的

【技术实现步骤摘要】
适用于干纤维丝束直接打印的FDM打印机喷头


[0001]本专利技术涉及一种适用于干纤维丝束直接打印的
FDM
打印机喷头，用于打印连续纤维增强复合材料，属于
3D
打印增材制造领域
。

技术介绍

[0002]增材制造技术是制造业领域内正在快速发展的一项新兴技术，各主要发达国家将其列为战略发展的关键技术
。
在材料挤出成型方面，熔融沉积成型
(FDM)
是应用最广泛的一种技术
。
将熔融沉积成型
(FDM)
与连续碳纤维
、
聚合物结合的先进复合材料制造方法近年来受到人们广泛关注
。
传统的制造工艺，包括树脂传递模塑
(RTM)、
长丝缠绕
(FW)、
自动纤维
/
胶带放置
(AFP/ATP)
和真空袋，需要特定的模具和工具，这些模具和工具成本高昂，不适合小批量生产，限制了复合材料的进一步应用
。FDM
的出现为工程复合材料开辟了一条新途径，以获得具有一定复杂性和以前无法实现的性能的产品，因而在航空航天
、
汽车制造和医疗器械等工业领域应用广泛，纤维增强复合材料的增材制造技术在民用和军事应用上都具有重大的意义，如空客
A350XWB
等世界先进机型使用的复合材料占材料总重量的
50
％以上
。
[0003]利用增材制造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
。
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增材制造技术将会应用到各行各业，推动制造产业的快速发展
。
[0004]但是目前的连续纤维增强复合材料增材制造技术的研究尚处于研发阶段，存在诸多问题
。
比如，纤维展丝不充分，树脂无法充分进入纤维丝带内部，无法将各个纤维丝通过树脂粘结在一起，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
。
此外，连续纤维增强复合材料增材制造容易堵头，从而导致纤维无法出丝或树脂从喷头内部往外溢出
。
[0005]专利号为
202210547273.2
的专利技术专利一种连续纤维
3D
打印喷头，但是喷头的结构比较复杂，导致喷头尺寸较大，且其只适合预浸丝的打印，无法进行干纤维丝束的直接打印
。
专利号为
202210683666.6
的专利技术专利一种种连续纤维增强复合材料
3D
打印头装置及
3D
打印机公开了一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头，使用振动组件提升连续纤维与预浸料溶液的浸润效果及浸润效率，但这种振动方式提升的浸渍效率有限，此外，容纳预浸料溶液的腔体体积较大，熔融响应慢，效率较低
。
[0006]综上，有必要提供一种新的打印连续非预浸纤维丝束的方法，以实现连续纤维无需预浸渍便可直接打印的技术
。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种结构简单
、
浸渍高效的连续纤维直接打
印的
3D
打印喷头，连续纤维无需预浸渍，可直接使用商用碳纤维打印，以解决干纤维因浸渍率不足的原因无法直接打印的问题
。
[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种适用于干纤维丝束直接打印的
FDM
打印机喷头，其包括：
[0009]外部壳体和内部壳体，外部壳体内设有外部熔腔，内部壳体内设有内部熔腔，外部熔腔和内部熔腔通过内外熔腔通道连通；
[0010]分别设于内部壳体
、
外部壳体底部的第一孔
、
第二孔；
[0011]设于内部壳体和外部壳体顶部的盖体；
[0012]用于通过聚合物丝材且位于盖体顶部的铁氟龙管；
[0013]用于通过干纤维丝且位于盖体顶部的喉管
。
[0014]优选地，还包括用于加热外部壳体的加热装置
。
[0015]优选地，所述加热装置包括设于外部壳体的导热块，导热块内设有加热棒
。
[0016]更优选地，所述导热块内设有温度传感器
。
[0017]优选地，所述铁氟龙管上方设有用于输送聚合物丝材的送丝齿轮
。
[0018]优选地，所述第一孔
、
第二孔同轴设置
。
[0019]优选地，所述内部壳体底部的第一孔内设有用于展丝的展丝圆珠
。
[0020]优选地，所述外部壳体底部的第二孔内设有喷嘴
。
[0021]本专利技术的各部件及其作用如下：
[0022]送丝组件，包含送丝齿轮
、
聚合物丝材喉管及内部铁氟龙管
、
纤维喉管及内部的铁氟龙管，进行聚合物丝材的挤压送丝，提供压力使聚合物丝材在接触壳体后熔化并充满熔腔，纤维丝束无需送丝齿轮，纤维在底部拉力作用下被拉入熔腔，喉管内部有铁氟龙管；
[0023]内外壳体，所述壳体内设置有熔腔，所述熔腔可以将内部的聚合物融化，所述壳体分内壳体和外壳体，内外壳体之间设置有连通通道，聚合物在外部熔化后可经由通道进入内部熔腔
。
内外壳体底部垂直方向设置有第一孔和第二孔，所述第一孔和所述第二孔同轴线设置；
[0024]加热组件，包含加热棒
、
温度传感器和导热块
。
设置于外部壳体上，用于提高壳体温度熔化聚合物丝材；
[0025]展丝圆珠，纤维丝束沿圆珠
360
°
分布，纤维在运动过程中被圆珠展开，在圆珠和内部壳体之间的间隙进行浸渍，需要注意，纤维在此间隙浸渍之前已经在内部熔腔进行过初步浸渍，在此间隙进行完全浸渍；圆珠直径可根据纤维不同丝数
、
直径调节，以达到最适宜浸渍效果
[0026]喷嘴，所述喷头可拆卸连接在外部壳体下端，浸渍完成的纤维丝由喷嘴进行收束，之后在下方拉力作用下被拉出铺在打印台上，喷嘴可根据需要更换不同直径喷嘴
(
连接螺纹
M6)
；
[0027]在本专利技术的方法中，首先，将聚合物丝材通过送丝齿轮送入熔腔内，加热棒提供的温度由导热块传导使壳体升温，加热聚合物丝材熔化成为粘稠的熔体
。
内外熔腔有通道相连，熔化的聚合物丝材流入内部熔腔...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于干纤维丝束直接打印的
FDM
打印机喷头，其特征在于，包括：外部壳体
(6)
和内部壳体
(14)
，外部壳体
(6)
内设有外部熔腔
(5)
，内部壳体
(14)
内设有内部熔腔
(4)
，外部熔腔
(5)
和内部熔腔
(4)
通过内外熔腔通道
(10)
连通；分别设于内部壳体
(14)、
外部壳体
(6)
底部的第一孔
、
第二孔；设于内部壳体
(14)
和外部壳体
(6)
顶部的盖体；用于通过基体丝材
(2)
且位于盖体顶部的铁氟龙管
(3)
；用于通过干纤维丝
(8)
且位于盖体顶部的喉管
(9)。2.
如权利要求1所述的适用于干纤维丝束直接打印的
FDM
打印机喷头，其特征在于，还包括用于加热外部壳体
(6)
的加热装置
。3.
如权利要求1所述的适用于干纤维丝束直接打印的
FDM
打印机喷头，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，茅健，赵嫚，钱波，刘钢，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：