CN112757624A - 一种四足机器人大腿连续碳纤维fdm 3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，该3D打印方法包括以下步骤：根据3D打印技术的特点，对四足机器人大腿设计进行分体结构优化和再设计优化，分别为模型A和模型B。该一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，通过发明四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，结合连续碳纤维增强聚合物复合材料打印的复杂形状零部件，其具有轻质高强的特点以及出色的耐高温和抗化学性能，采用3D打印技术首先实现对四足机器人的腿足的连续碳纤维3D打印成型制造，逐步实现四足机器人机身及其整体部件的连续碳纤维3D打印成型制造，对于四足机器人轻量化及其高承载比的发展具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人技术领域，具体为一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法。
背景技术
以碳纤维为增强体，热塑性树脂为基体的碳纤维增强热塑性复合材料具有轻质高强、减轻构件重量、提高构件效率、改善构件可靠性、延长构件寿命等特点，具有金属材料无法比拟的优势。碳纤维在机器人轻量化机构设计领域具有重要价值。碳纤维材料密度只有1.5-2g/cm3，相当于钢的密度的1/4，铝合金密度的1/2，但是强度高，拉伸强度可达3000-4000MPa，弹性比钢大4-5倍，比铝大6-7倍。传统连续碳纤维成型方式有裱糊成型工艺、模压成型工艺和编织成型工艺。这些传统加工方法时间和成本高，不适用于加工复杂零件，特别是一些具有仿形结构和拓扑优化结构。而三维成型技术的出现，则大幅拓宽了连续碳纤维材料的应用范围，摆脱了复杂模型结构的限制。通过对连续碳纤维3D打印设备和成型工艺技术开展相应的研究，采用3D打印技术首先实现对四足机器人的腿足的连续碳纤维3D打印成型制造，逐步实现四足机器人机身及其整体部件的连续碳纤维3D打印成型制造。
因此我们提出了一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，该3D打印方法包括以下步骤：
S1:根据3D打印技术的特点，对四足机器人大腿设计进行分体结构优化和再设计优化，分别为模型A和模型B；
S2:将优化后的大腿模型A和模型B分别先后导入FDM打印系统的切片软件中，将模型A和模型B分别摆放到打印平台上并进行切片处理；
S3:将短纤填充尼龙的复合材料作为基础材料和连续碳纤维长丝材料放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；
S4:将FDM打印系统的基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴进行加热；
S5:将烘干后的两种材料放入FDM打印系统的材料箱进一步进行干燥；
S6:将基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别通过础材料喷嘴和碳纤维喷嘴送出，逐层打印；
S7:根基大腿模型在基础材料上对大腿的内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行连续碳纤填充打印成型；
S8:对大腿顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行连续碳纤维填充打印成型；
S9:控制打印温度、打印层厚、打印速度等工艺参数，最终可以获得连续碳纤维填充尼龙复合材料3D打印四足机器人大腿模型A和模型B；
S10:将3D打印四足机器人大腿模型A和模型B按照分体镶嵌结构镶嵌起来，并采用高强度粘合剂进行粘合，再放入鼓风烘箱进行固化；
S11:最后对拼接的模型进行后处理，最终获得连续碳纤维填充3D打印再拼接的四足机器人大腿。
优选的，S1中所述的结构优化为总体原则形成抗拉结构，工字钢结构或者圆管结构，总体管状轮廓设计外形和结构优化，大腿分为镶嵌结构的模型A和模型B。
优选的，S2中所述的切片软件为Eigger，模型摆放方式为对角平放方式，模型A和模型B分别设置。
优选的，S3中所述烘干温度为60～120℃，烘干时间为4～8小时。
优选的，S4中所述基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴温度分别为260～280℃和240～260℃。
优选的，S5中所述的材料箱为密封式材料箱，与成型室连同，干燥温度为0～100℃，干燥时间为持续烘干。
优选的，S6中所述的基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别独立喷嘴和独立控制层打印。
优选的，S7中所述的大腿内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行填充打印，S8中所述的大腿的顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行填充打印，S9中所述的打印温度为260～280℃、打印层厚0.1～0.2mm、打印速度30～45mm/S。
优选的，S10中所述的高强度粘合剂为高强度AB胶，固化温度为80～100℃，固化时间为12～15小时。
优选的，S11中所述的后处理为人工砂纸打磨，分别采用100目、500目、1000目、1500目、3000目逐级打磨，每次打磨时间为20～40分钟。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：该一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，通过发明四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，结合连续碳纤维增强聚合物复合材料材料打印的复杂形状零部件具有出色的耐高温和抗化学性能，能够制造轻质高强的3D打印碳纤维复合材料零部件，采用3D打印技术首先实现对四足机器人的腿足的连续碳纤维3D打印成型制造，逐步实现四足机器人机身及其整体部件的连续碳纤维3D打印成型制造，对于四足机器人轻量化及其高承载比的发展具有重要意义。
附图说明
图1为本发明四足机器人大腿的整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明公开了一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，该3D打印方法包括以下步骤：
S1:根据3D打印技术的特点，对四足机器人大腿设计进行分体结构优化和再设计优化，分别为模型A和模型B；
S2:将优化后的大腿模型A和模型B分别先后导入FDM打印系统的切片软件中，将模型A和模型B分别摆放到打印平台上并进行切片处理；
S3:将短纤填充尼龙的复合材料作为基础材料和连续碳纤维长丝材料放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；
S4:将FDM打印系统的基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴进行加热；
S5:将烘干后的两种材料放入FDM打印系统的材料箱进一步进行干燥；
S6:将基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别通过础材料喷嘴和碳纤维喷嘴送出，逐层打印；
S7:根基大腿模型在基础材料上对大腿的内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行连续碳纤填充打印成型；
S8:对大腿顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行连续碳纤维填充打印成型；
S9:控制打印温度、打印层厚、打印速度等工艺参数，最终可以获得连续碳纤维填充尼龙复合材料3D打印四足机器人大腿模型A和模型B；
S10:将3D打印四足机器人大腿模型A和模型B按照分体镶嵌结构镶嵌起来，并采用高强度粘合剂进行粘合，再放入鼓风烘箱进行固化；
S11:最后对拼接的模型进行后处理，最终获得连续碳纤维填充3D打印再拼接的四足机器人大腿。
S1中所述的结构优化为总体原则形成抗拉结构，工字钢结构或者圆管结构，总体管状轮廓设计外形和结构优化，大腿分为镶嵌结构的模型A和模型B。
S2中所述的切片软件为Eigger，模型摆放方式为对角平放方式，模型A和模型B分别设置。
S3中所述烘干温度为60～120℃，烘干时间为4～8小时。
S4中所述基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴温度分别为260～280℃和240～260℃。
S5中所述的材料箱为密封式材料箱，与成型室连同，干燥温度为0～100℃，干燥时间为持续烘干。
S6中所述的基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别独立喷嘴和独立控制层打印。
S7中所述的大腿内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行填充打印，S8中所述的大腿的顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行填充打印，S9中所述的打印温度为260～280℃、打印层厚0.1～0.2mm、打印速度30～45mm/S。
S10中所述的高强度粘合剂为高强度AB胶，固化温度为80～100℃，固化时间为12～15小时。
S11中所述的后处理为人工砂纸打磨，分别采用100目、500目、1000目、1500目、3000目逐级打磨，每次打磨时间为20～40分钟。
需要说明的是，采用3D打印方法打印四足机器人大腿时，首先根据3D打印技术的特点，对四足机器人大腿设计进行分体结构优化和再设计优化，分别为模型A和模型B；将优化后的大腿模型A和模型B分别先后导入FDM打印系统的切片软件中，将模型A和模型B分别摆放到打印平台上并进行切片处理；将短纤填充尼龙的复合材料作为基础材料和连续碳纤维长丝材料放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；将FDM打印系统的基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴进行加热；将烘干后的两种材料放入FDM打印系统的材料箱进一步进行干燥；将基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别通过础材料喷嘴和碳纤维喷嘴送出，逐层打印；根基大腿模型在基础材料上对大腿的内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行连续碳纤填充打印成型；对大腿顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行连续碳纤维填充打印成型；控制打印温度、打印层厚、打印速度等工艺参数，最终可以获得连续碳纤维填充尼龙复合材料3D打印四足机器人大腿模型A和模型B；将3D打印四足机器人大腿模型A和模型B按照分体镶嵌结构镶嵌起来，并采用高强度粘合剂进行粘合，再放入鼓风烘箱进行固化；最后对拼接的模型进行后处理，最终获得连续碳纤维填充3D打印再拼接的四足机器人大腿。
其中，结构优化为总体原则形成抗拉结构，工字钢结构或者圆管结构，总体管状轮廓设计外形和结构优化，大腿分为镶嵌结构的模型A和模型B，所述的切片软件为Eigger，模型摆放方式为对角平放方式，模型A和模型B分别设置，所述烘干温度为60～120℃，烘干时间为4～8小时，基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴温度分别为260～280℃和240～260℃，材料箱为密封式材料箱，与成型室连同，干燥温度为0～100℃，干燥时间为持续烘干，基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别独立喷嘴和独立控制层打印，大腿内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行填充打印，大腿的顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行填充打印，打印温度为260～280℃、打印层厚0.1～0.2mm、打印速度30～45mm/S，高强度粘合剂为高强度AB胶，固化温度为80～100℃，固化时间为12～15小时，后处理为人工砂纸打磨，分别采用100目、500目、1000目、1500目、3000目逐级打磨，每次打磨时间为20～40分钟。
通过发明四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，结合连续碳纤维增强聚合物复合材料材料打印的复杂形状零部件具有出色的耐高温和抗化学性能，能够制造轻质高强的3D打印碳纤维复合材料零部件，采用3D打印技术首先实现对四足机器人的腿足的连续碳纤维3D打印成型制造，逐步实现四足机器人机身及其整体部件的连续碳纤维3D打印成型制造，对于四足机器人轻量化及其高承载比的发展具有重要意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：该3D打印方法包括以下步骤：
S1:根据3D打印技术的特点，对四足机器人大腿设计进行分体结构优化和再设计优化，分别为模型A和模型B；
S2:将优化后的大腿模型A和模型B分别先后导入FDM打印系统的切片软件中，将模型A和模型B分别摆放到打印平台上并进行切片处理；
S3:将短纤填充尼龙的复合材料作为基础材料和连续碳纤维长丝材料放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；
S4:将FDM打印系统的基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴进行加热；
S5:将烘干后的两种材料放入FDM打印系统的材料箱进一步进行干燥；
S6:将基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别通过础材料喷嘴和碳纤维喷嘴送出，逐层打印；
S7:根基大腿模型在基础材料上对大腿的内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行连续碳纤填充打印成型；
S8:对大腿顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行连续碳纤维填充打印成型；
S9:控制打印温度、打印层厚、打印速度等工艺参数，最终可以获得连续碳纤维填充尼龙复合材料3D打印四足机器人大腿模型A和模型B；
S10:将3D打印四足机器人大腿模型A和模型B按照分体镶嵌结构镶嵌起来，并采用高强度粘合剂进行粘合，再放入鼓风烘箱进行固化；
S11:最后对拼接的模型进行后处理，最终获得连续碳纤维填充3D打印再拼接的四足机器人大腿。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S1中所述的结构优化为总体原则形成抗拉结构，工字钢结构或者圆管结构，总体管状轮廓设计外形和结构优化，大腿分为镶嵌结构的模型A和模型B。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S2中所述的切片软件为Eigger，模型摆放方式为对角平放方式，模型A和模型B分别设置。
4.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S3中所述烘干温度为60～120℃，烘干时间为4～8小时。
5.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S4中所述基础材料喷嘴和碳纤维喷嘴温度分别为260～280℃和240～260℃。
6.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S5中所述的材料箱为密封式材料箱，与成型室连同，干燥温度为0～100℃，干燥时间为持续烘干。
7.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S6中所述的基础材料长丝和连续碳纤维长丝分别独立喷嘴和独立控制层打印。
8.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S7中所述的大腿内部主体结构采用碳纤维同心圆工字钢填充方式进行填充打印，S8中所述的大腿的顶端的凹槽或凸台区域采用各向同性填充方式进行填充打印，S9中所述的打印温度为260～280℃、打印层厚0.1～0.2mm、打印速度30～45mm/S。
9.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S10中所述的高强度粘合剂为高强度AB胶，固化温度为80～100℃，固化时间为12～15小时。
10.根据权利要求1所述的一种四足机器人大腿连续碳纤维FDM 3D打印方法，其特征在于：S11中所述的后处理为人工砂纸打磨，分别采用100目、500目、1000目、1500目、3000目逐级打磨，每次打磨时间为20～40分钟。
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