【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印方法与打印头，属于激光与增材制造。
技术介绍
1、热塑性碳纤维复合材料3d打印成型制造分为铺带和铺丝两种成型方式，铺带式3d打印成型需要预先将碳纤维和热塑性材料制作成预浸带，工艺复杂成本高，无法满足外场灵活应用需求。铺丝式3d打印成型是打印时现场将碳纤维丝和热塑性材料同时送入熔融腔体内实时浸渍并挤出铺叠，表面不平整且成型精度低，铺叠时由于底层树脂冷却而导致铺层与基底层间存在界面，从而使成型构件的孔隙率提高，层间剪切强度降低，严重影响成型构件的力学性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印方法与打印头，将碳纤维丝束与热塑性树脂熔融浸渍、预浸带挤压输出、激光加热和压辊辊压铺叠相结合来提升铺叠构件表面平整度和成型精度，消除铺层与基底层间的界面，进而提高成型构件的孔隙率和层间剪切强度。
2、为实现上述目的，如附图1和附图2所示，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印方法，该方法是采用齿轮副间隙啮合滚动方式将条状热塑性树脂材料输送到电热管604内部，连续碳纤维丝束经过展丝轮对被输送到电热管604内部，热塑性树脂材料在电热管604内部被加热融化成熔融态，熔融的热塑性树脂浸润连续碳纤维丝束形成热塑性碳纤维复合材料预浸料；热塑性碳纤维复合材料预浸料在挤压轮对606的挤压下均匀挤出并冷却形成薄片状预浸带，该预浸带通过预浸带导向槽7被传
4、一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印头，该打印头包括控制器1、激光加热头2、红外测温模块3、液压单元4、压辊单元5、预浸带制备单元6、预浸带导向槽7和预浸带裁剪单元8；
5、所述的控制器1为单片机控制器，用于实现对激光加热头2和红外测温模块3的控制和数据采集，对液压单元4中液压油缸的伸缩控制，对预浸带制备单元6和预浸带裁剪单元8的控制；
6、所述的激光加热头2由光纤传输的连续激光器和光束整形器组成，激光加热头2的输出光纤头与光束整形器一起固定在压辊单元5的压辊架上，连续激光器输出的光束经过光束整形器后输出光场分布均匀的方形激光光斑，用于辐照加热预浸带与基底层的接触位置，使预浸带下表面和基底层上表面的树脂融化；所述的光纤传输的连续激光器优选红外波段的光纤传输半导体激光器或光纤激光器；
7、所述的红外测温模块3为红外测温仪，固定在压辊单元5的压辊架上，用于测量激光加热头2辐照部位的温度；
8、所述的液压单元4为两路输出的液压执行模块，每一路输出均由调压阀和液压油缸组成，通过调压阀调节液压油缸的输出压力；在控制器1的控制下，其中一路输出通过该路的液压油缸实现压辊单元5的加载和卸载，从而达到不同铺叠辊压压力的输出，另外一路输出通过该路的液压油缸实现对挤压轮对606内挤出压力的调节；
9、所述的压辊单元5由压辊架、铺叠压辊和支撑杆组成，通过压辊架将来自液压单元4输出的铺叠压力传递给铺叠压辊，通过支撑杆固定激光加热头2、红外测温模块3、预浸带导向槽7和预浸带裁剪单元8；
10、所述的预浸带制备单元6由树脂供应模块601、碳纤维供应模块602、测温传感器603、电热管604、浸渍腔体605和挤压轮对606组成；所述的树脂供应模块601由树脂固定架、直流电机和间隙啮合的齿轮副组成，直流电机在控制器1的控制下带动齿轮副旋转挤压出树脂线材并输送至电热管604中；所述的碳纤维供应模块602由碳纤维架和展丝轮对组成，悬挂在碳纤维架上的碳纤维丝束在挤压轮对606旋转挤出形成的牵引力牵拉下经过展丝轮对进入电热管604中，展丝轮对将碳纤维丝束展平；所述的测温传感器603为接触式温度传感器，用于测量电热管604外侧温度，并将获取的温度数据传送给控制器1；所述的电热管604为电加热线圈卷绕的管状加热器，在控制器1的控制下加热热塑性树脂至熔融态，碳纤维丝束与热塑性树脂在电热管604的内侧熔融浸渍；所述的浸渍腔体605为不锈钢材质中空的腔体管，其管壁上固定测温传感器603，管内侧夹持电热管604；所述的挤压轮对606由两个辊轮和伺服电机组成，固定在浸渍腔体605的下侧；所述的两个辊轮分别被伺服电机驱动旋转且转向相反，转动线速度与压辊单元5中的铺叠压辊运动线速度相同，在液压单元4中液压油缸的压力推动下将浸润后的热塑性碳纤维复合材料预浸料均匀挤出形成预浸带；
11、所述的预浸带导向槽7为开一条凹槽的长方体铝块，凹槽宽度为预浸带制备单元6挤出的预浸带宽度，凹槽深度不大于1mm，固定在压辊单元5的支撑杆上，保证在铺叠时预浸带制备单元6挤出的预浸带与凹槽底部平行，用于将预浸带输送到压辊的下面；
12、所述的预浸带裁剪单元8由舵机和刀片组成，固定在预浸带导向槽7的顶部，用于对预浸带进行剪切。
13、有益效果：本专利技术提供的一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印方法与打印头，将碳纤维丝束与热塑性树脂熔融浸渍、预浸带挤压输出、激光加热和压辊辊压铺叠相结合，提升了铺叠构件表面平整度和成型精度，消除了铺层与基底层间的界面，进而提高了成型构件的孔隙率和层间剪切强度。
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1.一种热塑性碳纤维复合材料激光3D打印方法，其特征在于该方法是采用齿轮副间隙啮合滚动方式将条状热塑性树脂材料输送到电热管(604)内部，连续碳纤维丝束经过展丝轮对被输送到电热管(604)内部，热塑性树脂材料在电热管(604)内部被加热融化成熔融态，熔融的热塑性树脂浸润连续碳纤维丝束形成热塑性碳纤维复合材料预浸料；热塑性碳纤维复合材料预浸料在挤压轮对(606)的挤压下均匀挤出并冷却形成薄片状预浸带，该预浸带通过预浸带导向槽(7)被传送到铺叠压辊下；采用光场分布均匀的激光束辐照加热预浸带铺层与基底层的接触位置，使预浸带铺层下表面和基底层上表面的树脂融化，在铺叠压辊的辊压下冷却成型。
2.如权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料激光3D打印头，其特征在于该打印头包括控制器(1)、激光加热头(2)、红外测温模块(3)、液压单元(4)、压辊单元(5)、预浸带制备单元(6)、预浸带导向槽(7)和预浸带裁剪单元(8)；
【技术特征摘要】
1.一种热塑性碳纤维复合材料激光3d打印方法，其特征在于该方法是采用齿轮副间隙啮合滚动方式将条状热塑性树脂材料输送到电热管(604)内部，连续碳纤维丝束经过展丝轮对被输送到电热管(604)内部，热塑性树脂材料在电热管(604)内部被加热融化成熔融态，熔融的热塑性树脂浸润连续碳纤维丝束形成热塑性碳纤维复合材料预浸料；热塑性碳纤维复合材料预浸料在挤压轮对(606)的挤压下均匀挤出并冷却形成薄片状预浸带，该预浸带通过预...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤鹏翔，王菲，张承双，包艳玲，李玉瑶，阮英波，刘冬，张承灏，田明，罗宽，曾金芳，苏忠民，侯晓，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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