CN111186131A - 一种带自剪断功能的连续纤维3d打印机喷头及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头及其使用方法，该3D打印机喷头包括：上顶板、和与其相对设置的下顶板；导杆，每个导杆的两端分别固定连接于上顶板和下顶板处，每个导杆靠近上顶板处设置有压簧；散热管固定座，为至少具有一顶面板和一底面板的框架结构，均垂直套装在导杆上；喷头组件，包括散热管和与其连通的喷头，散热管的顶部固定于散热管固定座的顶面板，喷头位于散热管固定座的下方；凸轮轴，其轴体横穿散热管固定座的内部空间，其两端分别安装在下顶板的上方；切断片，其通过连接件固连于凸轮轴的另一端。解决了现有传统的3D打印喷头无法及时切断连续纤维丝材的问题。

Description

一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头及其使用方法
【技术领域】
本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种带自剪断功能的连续纤维3D 打印机喷头及其使用方法。
【背景技术】
3D打印技术是一种新兴的增材制造技术，它采用层层累加的原理，每层按照 既定的打印路径铺放材料，最终每层堆叠成形来制造三维零件。目前将3D打印 技术应用于纤维增强树脂基复合材料已经成为一种新兴的复合材料制造工艺。通 常热塑性基体材料通过其散热架与喉管形成的第一内孔道，加热块上连接有针 管、铜制喷头、加热管、热敏传感器，连续纤维束通过针管与铜制喷头形成的第 二内孔道，连续纤维束与熔融状态下的热塑性基体材料在铜制喷头前端复合在一 起，并从铜制喷头出口被挤出，实现复合材料零件的快速制造。
但是此种3D打印喷头在实际使用中存在不足，其很难满足一些复杂工艺结 构的打印要求，例如当遇到零件分层切片区域不完整，存在过渡区域或由于引入 支撑部件而形成的岛屿，以及相邻切片间不要求打印的空行程区域等，即打印过 程中遇到“跳点”时，传统的3D打印喷头无法及时切断连续纤维而造成而且在 打印过程中，极易产生的“拉扯、乱丝”情况，导致纤维损耗增加，3D打印的生 产成本提高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头及其使用 方法，以解决现有传统的3D打印喷头无法及时切断连续纤维的问题。
本发明采用以下技术方案：一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头， 包括：
一上顶板、和与其相对设置的下顶板；
二个或二个以上的导杆，每个导杆的两端分别固定连接于上顶板和下顶板 处，每个导杆靠近上顶板处设置有压簧；
一散热管固定座，为至少具有一顶面板和一底面板的框架结构，相对设置的 顶面板和底面板之间的间距固定、且均垂直套装在导杆上；顶面板位于上顶板和 压簧之间，底面板位于下顶板的上方；
一喷头组件，包括散热管和与其连通的喷头，散热管的顶部固定于散热管固 定座的顶面板，喷头位于散热管固定座的下方；
一凸轮轴，其轴体横穿散热管固定座的内部空间，其两端分别安装在下顶板 的上方；
一切断片，为片状结构，其通过连接件固连于凸轮轴的另一端；
其中，散热管固定座，用于沿导杆上下移动，其顶面板受压簧的弹力作用， 带动其底面板共同向着上顶板移动，并在底面板与下顶板之间留出间隙；
凸轮轴，用于通过其自转带动凸轮转动，当凸轮向着指向底面板的方向转动 时，底面板受凸轮的压力，带动其顶面板共同向下顶板移动；
还用于通过其自转带动切断片的移动，当压簧挤压顶面板时，凸轮轴旋转至 使得切断片位于遮挡喷头出口端的位置，当凸轮挤压底面板时，凸轮轴旋转至使 得切断片位于远离喷头出口端的位置。
进一步的，散热管和喷头之间依次连接有散热管、喉管机及铁氟龙管和加热 块，喉管机及铁氟龙管经由散热管固定座的底面板穿出，加热块位于底面板的下 方。
进一步的，连接件包括：
切断器固定座，固定连接在凸轮轴上；
切断器电机，与切断器固定座固定连接，用于提供切断片旋转的动力；
切断杆，与切断器电机连接，并垂直连接至切断片。
进一步的，凸轮轴的端部通过联轴器连接有舵机，舵机用于提供凸轮轴旋转 的动力。
进一步的，散热管固定座上安装有散热管散热风扇和喷头散热风扇。
本发明采用的第二种技术方案是，带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头 的使用方法，当3D打印机遇见跳点或打印结束时，转动凸轮轴使凸轮不接触底 面板，则顶面板在压簧的作用下，带着喷嘴共同向着上顶板移动，同时，切断片 随着凸轮轴转动至遮挡喷嘴出口的位置处，从而切断连续纤维丝材。
进一步的，当3D打印机正常工作时，转动凸轮轴使凸轮挤压底面板，则顶 面板克服压簧的弹力，带着喷嘴共同向着下顶板移动，同时，切断片随着凸轮轴 转动至离不遮挡喷嘴出口的位置处。
本发明的有益效果是：通过自主设计自剪断机构，解决了连续纤维3D打印 过程中遇到“跳点”时产生的“拉扯、乱丝”情况，帮助打印过程顺利快速进行， 不仅提高了连续纤维3D打印的速度，而且减少了由于“拉扯、乱丝”现象导致 的纤维损耗，降低了连续纤维丝材3D打印的生产成本。
【附图说明】
图1为本发明的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头在切断器工作 时的立体结构示意图；
图2为本发明的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头在切断器收起 时的立体结构示意图；
图3为本发明的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头的散热管固定 座的结构示意图；
图4为本发明的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头的喷头组件的 结构示意图；
图5为本发明的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头的凸轮轴于切 断片装配关系示意图。
其中，1.喷头，2.加热块，3.下顶板，4.喉管机及铁氟龙管，5.散热管固定 座，51.顶面板，52.底面板，6.散热管，7.压簧，10.舵机，11.凸轮轴，12.切 断器电机，13.切断器固定座，14.凸轮轴安装座，15.切断杆，16.切断片，17. 导杆,18.联轴器，19.上顶板。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，如图1-3所示， 包括上顶板19、和与其相对设置的下顶板3，有二个或二个以上的导杆17，比如 四个。每个导杆17垂直且固定的连接于上顶板19和下顶板3之间，每个导杆17 靠近上顶板19的位置处设置有压簧7，压簧7的位置固定在导杆7上，并可以压 缩或弹开。
如图4所示，还包括散热管固定座5，为至少具有一顶面板51和一底面板 52的框架结构，比如矩形框架结构。顶面板51和底面板52平行且相对设置，两 面板均垂直套装在导杆17上，两者之间的间距保持固定不变，即两者始终保持 连动状态。顶面板51设置在上顶板19和压簧7之间，底面板52设置于下顶板3 的上方，这样可以使得压簧7对顶面板51产生挤压作用。散热管固定座5上安 装有散热管散热风扇和喷头散热风扇。
散热管固定座5，用于沿导杆17上下移动，其顶面板51受压簧7的弹力作 用，带动其底面板52共同移动直至紧贴上顶板19，并在底面板52与下顶板3 之间留出间隙。
还包括散热管6和与其连通的喷头1，散热管6的顶部固定于散热管固定座 5的顶面板51，喷头1位于散热管固定座5的下方，喷头1在散热管6的带动下 可以跟随散热管固定座5上下移动。散热管6和喷头1之间依次连接有散热管6、 喉管机及铁氟龙管4和加热块2，喉管机及铁氟龙管4经由散热管固定座5的底 面板52穿出，加热块2位于底面板52的下方。
如图5所示，还包括凸轮轴11，其轴体横穿散热管固定座5的内部空间，其 两端分别安装在下顶板3的上方，使得凸轮轴11架在下顶板3上，而其凸轮对 底面板52产生作用力。还包括切断片16，为片状结构，其通过连接件固连于凸 轮轴11的另一端，凸轮轴11的转动，可以使其在对散热管固定座5产生挤压和 不产生挤压这两种状态之间切换，同时可以使切断片16在对喷头1出口端不遮 挡和遮挡这两种状态之间切换。
凸轮轴11的端部通过联轴器18连接有舵机10，舵机10用于提供凸轮轴11 旋转的动力。
连接件包括：切断器固定座13，固定连接在凸轮轴11上；切断器电机12， 与切断器固定座13固定连接，用于提供切断片16旋转的动力；切断杆15，与切 断器电机12连接，并垂直连接至切断片16。
凸轮轴11用于通过其自转带动凸轮转动，当凸轮向着指向底面板52的方向 转动时，底面板52受凸轮的压力，带动其顶面板51共同移动直至紧贴下顶板3； 还用于通过其自转带动切断片16的移动，当压簧7挤压顶面板51时，凸轮轴旋 转至使得切断片16位于遮挡喷头1出口端的位置，当凸轮挤压底面板52时，凸 轮轴旋转至使得切断片16位于远离喷头1出口端的位置。
本发明还提供了一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头的使用方法， 具体为：当3D打印机遇见跳点或打印结束时，转动凸轮轴11使凸轮不接触底面 板52，则顶面板51在压簧7的作用下，带着喷嘴1共同向着上顶板19移动，同 时，切断片16随着凸轮轴转动至遮挡喷嘴1出口的位置处，从而切断连续纤维 丝材。
当3D打印机正常工作时，转动凸轮轴11使凸轮挤压底面板52，则顶面板 51克服压簧7的弹力，带着喷嘴1共同向着下顶板3移动，同时，切断片16随 着凸轮轴转动至离不遮挡喷嘴1出口的位置处。
实施例
一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头包括喷头1，喷头1安装在加热 块2上，散热管6和加热块2通过喉管4相连，散热管6固定在散热管固定座5 上，散热管固定座5通过下顶板3上的四根导杆17限位，并且可以实现上下移 动，从而带动喷头1完成下放和收起的操作，四根导杆17上端有安装压簧7的 凸台，压簧7上端与散热管固定座5内上壁接触，在压簧7的作用下，散热管固 定座5与下顶板3相接触，下顶板3与连续纤维3D打印机可通过其上的四个螺 栓孔进行安装固定。凸轮轴11通过联轴器与舵机10相连，舵机10固定在下顶板3上，凸轮轴11通过两个凸轮轴安装座14固定在下顶板3上，凸轮轴11远 离电机的一端通过切断器固定座13与切断器电机12固结，使切断器电机可以带 着切断器电机绕着凸轮轴旋转，切断器杆与切断器电机的轴同轴固结，切断杆15 另一端安装有切断片16。
如图1所示本发明切断器工作时的示意图，当遇见“跳点”或者打印结束需 要切断连续纤维丝材时，切断片16在切断器电机12的带动下高速旋转，凸轮轴 11上的凸轮在舵机10的带动下旋转上抬至水平方向。在图2的视图下观察旋转 过程，凸轮轴11的旋转方向为顺时针旋转90°，旋转后的结果为图1所示的状 态。导杆17上的压簧7作用使热管固定座5向上移动实现远离下顶板3，从而带 动打印机喷头1完成收起操作，便于后续切断器的切断片16接触到连续纤维丝 材，与此同时凸轮轴11带动放下切断器切断连续纤维丝材。
如图2所示本发明切断器收起时的示意图，当切断器完成切断操作后如需继 续打印作业时，舵机10带动凸轮轴11上的凸轮旋转下放至竖直方向。在图1的 视图下观察旋转过程，凸轮轴11的旋转方向为逆时针旋转90°，旋转后的结果 为图2所示的状态。凸轮轴11带动收起切断器，与此同时凸轮轴11上的凸轮下 放至竖直方向时下压散热管固定座5向下移动，使得散热管固定座5带动散热管 6、加热块2、喷头1下移，热管固定座5与下顶板3贴合限位，连续纤维3D打 印头重新开始工作。

Claims (7)

1.一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，其特征在于，包括：
一上顶板(19)、和与其相对设置的下顶板(3)；
二个或二个以上的导杆(17)，每个所述导杆(17)的两端分别固定连接于上顶板(19)和下顶板(3)处，每个所述导杆(17)靠近所述上顶板(19)处设置有压簧(7)；
一散热管固定座(5)，为至少具有一顶面板(51)和一底面板(52)的框架结构，相对设置的所述顶面板(51)和底面板(52)之间的间距固定、且均垂直套装在所述导杆(17)上；所述顶面板(51)位于所述上顶板(19)和所述压簧(7)之间，所述底面板(52)位于所述下顶板(3)的上方；
一喷头组件，包括散热管(6)和与其连通的喷头(1)，所述散热管(6)的顶部固定于所述散热管固定座(5)的顶面板(51)，所述喷头(1)位于所述散热管固定座(5)的下方；
一凸轮轴(11)，其轴体横穿所述散热管固定座(5)的内部空间，其两端分别安装在所述下顶板(3)的上方；
一切断片(16)，为片状结构，其通过连接件固连于所述凸轮轴(11)的另一端；
其中，所述散热管固定座(5)，用于沿所述导杆(17)上下移动，其顶面板(51)受所述压簧(7)的弹力作用，带动其底面板(52)共同向着所述上顶板(19)移动，并在所述底面板(52)与所述下顶板(3)之间留出间隙；
所述凸轮轴(11)，用于通过其自转带动凸轮转动，当凸轮向着指向所述底面板(52)的方向转动时，底面板(52)受凸轮的压力，带动其顶面板(51)共同向所述下顶板(3)移动；
还用于通过其自转带动所述切断片(16)的移动，当压簧(7)挤压所述顶面板(51)时，所述凸轮轴旋转至使得切断片(16)位于遮挡喷头(1)出口端的位置，当凸轮挤压所述底面板(52)时，所述凸轮轴旋转至使得切断片(16)位于远离喷头(1)出口端的位置。
2.如权利要求1所述的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，其特征在于，所述散热管(6)和所述喷头(1)之间依次连接有散热管(6)、喉管机及铁氟龙管(4)和加热块(2)，所述喉管机及铁氟龙管(4)经由所述散热管固定座(5)的底面板(52)穿出，所述加热块(2)位于所述底面板(52)的下方。
3.如权利要求1或2所述的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，其特征在于，所述连接件包括：
切断器固定座(13)，固定连接在所述凸轮轴(11)上；
切断器电机(12)，与所述切断器固定座(13)固定连接，用于提供所述切断片(16)旋转的动力；
切断杆(15)，与所述切断器电机(12)连接，并垂直连接至所述切断片(16)。
4.如权利要求1或2所述的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，其特征在于，所述凸轮轴(11)的端部通过联轴器(18)连接有舵机(10)，所述舵机(10)用于提供所述凸轮轴(11)旋转的动力。
5.如权利要求1或2所述的一种带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头，其特征在于，所述散热管固定座(5)上安装有散热管散热风扇和喷头散热风扇。
6.如权利要求1-5中任意一项所述带自剪断功能的连续纤维3D打印机喷头的使用方法，其特征在于，当3D打印机遇见跳点或打印结束时，转动所述凸轮轴(11)使凸轮不接触所述底面板(52)，则所述顶面板(51)在压簧(7)的作用下，带着所述喷嘴(1)共同向着所述上顶板(19)移动，同时，切断片(16)随着凸轮轴转动至遮挡所述喷嘴(1)出口的位置处，从而切断连续纤维。
7.如权利要求6所述的使用方法，其特征在于，当3D打印机正常工作时，转动所述凸轮轴(11)使凸轮挤压所述底面板(52)，则所述顶面板(51)克服压簧(7)的弹力，带着所述喷嘴(1)共同向着所述下顶板(3)移动，同时，切断片(16)随着凸轮轴转动至离不遮挡所述喷嘴(1)出口的位置处。
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