CN112895448A - 一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机。包括打印机箱体，打印机箱体上设置有Y轴运动系统和Z轴运动系统，Y轴运动系统上设置有X轴运动系统；Z轴运动系统上滑动连接有隔热基板；隔热基板上设置有加热板；X轴运动系统上设置有双喷头挤出系统；双喷头挤出系统包括喷头固定架，喷头固定架一侧与X轴运动系统固定连接；喷头固定架另一侧设置有基材挤出装置和纤维挤出装置。本发明与现有技术相比，可同时打印耐热性树脂及长纤维两种材料，采用高温成型箱，高温加热底板，高温加热块，耐高温步进电机‑丝杠传动，大功率散热扇等，可有效保证打印成型的稳定性以及安全性。

Description

一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机
技术领域
本本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机设计。
背景技术
目前，常见的挤出式3D打印机一般只有单个喷头，只能打印一种材料，往往不能同时打印多种材料，为制备多材料零件，一般会选择增加喷头个数来实现不同种类材料的成型，例如一个喷头打印基体材料，另一个喷头打印支撑材料，这样通过3D打印切片软件来控制两个喷头的打印路径实现多材料零件的成型，但是现有大部分多喷头3D打印机所用的材料都是纯树脂材料，而对于纤维增强树脂复合材料多喷头3D打印较少，尤其是对成型温度要求更高，熔融粘度更大的纤维增强耐热性树脂复合材料的多喷头3D打印研究较少。
而且现有关于纤维增强树脂复合材料3D打印多为短纤维增强树脂复合材料，对于多喷头多材料连续纤维增强树脂复合材料的3D打印仍有很多技术难题需要解决，连续纤维增强复合材料3D打印由于受限于打印过程中纤维的连续特性，目前大部分只能通过单喷头实现连续纤维简单构件的打印，由于纤维无法切断而没有办法实现连续纤维打印路径的跳转以及不能满足复杂构件的成型要求。目前，市面上还没有一款多喷头3D打印机能实现复杂形状的连续纤维增强耐热性树脂复合材料零件的成型。
因此，开发一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机很有必要，既可以实现热物性能优异的耐热性树脂复合材料的3D打印，同时可以在打印过程中实时根据零件的功能特征，选择性地规划连续纤维的铺放路径，实时切断连续纤维，从而实现复杂形状长纤维增强耐热性树脂复合材料零件的多喷头3D打印。
发明内容
本发明主要目的在提供一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，以解决上述问题。
为达上述目的，本发明提供一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，包括打印机箱体，所述打印机箱体上设置有Y轴运动系统和Z轴运动系统，所述Y轴运动系统上设置有X轴运动系统；所述Z轴运动系统上滑动连接有隔热基板；所述隔热基板上设置有加热板；所述X轴运动系统上设置有双喷头挤出系统；
所述双喷头挤出系统包括喷头固定架，所述喷头固定架一侧与X轴运动系统固定连接；所述喷头固定架另一侧设置有基材挤出装置和纤维挤出装置；
所述基材挤出装置包括基材挤出电机，所述基材挤出电机与喷头固定架固定连接，所述基材挤出电机输出端设置有挤出轮，所述喷头固定架上设置有挤出轴承架，所述挤出轴承架上设置有挤出轴承，所述挤出轴承与挤出轮相对设置；所述喷头固定架下方设置有喉管，基材从经基材挤出电机挤出后穿过喷头固定架进入喉管中，所述喉管上设置有多个散热片；所述喉管末端设置有基材挤出加热块，所述基材挤出加热块下方设置有基材挤出喷嘴；
所述纤维挤出装置包括固定刀架，所述固定刀架与喷头固定架底部固定连接；所述固定刀架底部通过多个支撑螺柱与纤维挤出加热块固定连接；所述纤维挤出加热块底部设置有纤维挤出喷嘴；所述纤维挤出喷嘴与纤维导管连接，所述纤维导管另一端延伸至固定刀架内部；所述固定刀架内部设置有切刀刀架，所述切刀刀架一端通过切刀柄紧固螺钉与固定刀架一端铰接，所述切刀刀架另一端与切刀连接杆铰接，所述切刀连接杆另一端与切断转轴铰接，所述切断转轴与舵机输出端固定连接，所述舵机位于固定刀架一侧且与喷头固定架底部固定连接；所述切刀刀架中部通过切刀片紧固螺钉固定有切刀片。
进一步的，所述基材挤出加热块与纤维挤出加热块内均设置有加热棒和热敏电阻。
进一步的，所述喷头固定架上设置有散热扇，所述散热扇用于对散热片进行散热。
进一步的，所述喷头固定架上设置有输料管，所述输料管另一端连接有纤维挤出机，所述纤维挤出机与打印机箱体固定连接。
进一步的，所述Z轴运动系统设置有两个，位于打印机箱体左右两侧；所述Z轴运动系统包括安装板，所述安装板与打印机箱体侧面固定连接；所述安装板上设置有Z轴步进电机，所述Z轴步进电机输出端设置有Z轴丝杠，所述Z轴丝杠另一端与打印机箱体底部转动连接；所述安装板与打印机箱体底部之间还设置有多个Z轴光杠。
进一步的，所述Y轴运动系统设置有两个，位于打印机箱体前后两侧；所述Y轴运动系统包括Y轴固定支架，所述Y轴固定支架与打印机箱体侧面固定连接；所述Y轴固定支架一端设置有Y轴步进电机，所述Y轴步进电机输出端设置有Y轴丝杠，所述Y轴丝杠另一端与Y轴固定支架另一端转动连接；所述Y轴丝杠上滑动连接有Y轴滑块；所述Y轴滑块与X轴运动系统固定连接。
进一步的，所述X轴运动系统包括X轴固定支架，所述X轴固定支架与两个Y轴滑块固定连接；所述X轴固定支架一端设置有X轴步进电机，所述X轴步进电机输出端设置有X轴丝杠，所述X轴丝杠另一端与X轴固定支架另一端转动连接；所述X轴丝杠上滑动连接有X轴滑块；所述X轴滑块与喷头固定架固定连接。
本发明与现有技术相比，可同时打印耐热性树脂及长纤维两种材料，采用高温成型箱，高温加热底板，高温加热块，耐高温步进电机-丝杠传动，大功率散热扇等，可有效保证打印成型的稳定性以及安全性；本发明的带有切断装置的可打印长纤维增强耐热性树脂复合材料多喷头3D打印机，可同时打印两种及两种以上材料，实现多材料的直接成型；再次，本发明的带有切断装置的可打印长纤维增强耐热性树脂复合材料多喷头3D打印机设计的切断装置可以在打印过程中实时切断连续纤维，不局限于单根连续纤维简单构件的3D打印，有利于长纤维增强耐热性树脂复杂形状零件的生产制造。
附图说明
图1为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机整体结构示意图。
图2为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机双喷头结构示意图。
图3为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机连续纤维切断装置俯视图。
图4为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机连续纤维切断装置结构示意图。
图5为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机运动系统结构示意图。
图6为本发明一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机连续纤维切断装置背面结构示意图。
其中，1-打印机箱体；2-Z轴运动系统；3-X轴运动系统；4-双喷头挤出系统；5-Y轴运动系统；6-加热板；7-隔热基板；8-切刀柄紧固螺钉；21-安装板；22-Z轴步进电机；23-Z轴丝杠；24-Z轴光杠；31-X轴固定支架；32-X轴滑块；33-X轴丝杠；34-X轴步进电机；41-固定架；42-基材挤出装置；43-纤维挤出装置；44-加热棒；45-热敏电阻；46-散热扇；47-输料管；48-纤维；51-Y轴固定支架；52-Y轴丝杠；53-Y轴滑块；54-Y轴步进电机；410-切刀片紧固螺钉；411-舵机；412-切刀连接杆；413-切断转轴；414-固定刀架；415-支撑螺柱；416-纤维挤出加热块；417-纤维导管；418-纤维挤出喷嘴；419-切刀刀架；421-基材挤出电机；422-挤出轴承架；423-挤出轮；424-喉管；425-基材挤出喷嘴；426-基材；427-散热片；428-基材挤出加热块。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。
如图所示，本发明中提供了一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，包括打印机箱体1，所述打印机箱体1上设置有Y轴运动系统5和Z轴运动系统2，所述Y轴运动系统5上设置有X轴运动系统3；所述Z轴运动系统2上滑动连接有隔热基板7；所述隔热基板7上设置有加热板6；所述X轴运动系统3上设置有双喷头挤出系统4；
所述双喷头挤出系统4包括喷头固定架41，所述喷头固定架41一侧与X轴运动系统3固定连接；所述喷头固定架41另一侧设置有基材挤出装置42和纤维挤出装置43；
所述基材挤出装置42包括基材挤出电机421，所述基材挤出电机421与喷头固定架41固定连接，所述基材挤出电机421输出端设置有挤出轮423，所述喷头固定架41上设置有挤出轴承架422，所述挤出轴承架422上设置有挤出轴承，所述挤出轴承与挤出轮423相对设置；所述喷头固定架41下方设置有喉管424，基材426从经基材挤出电机421挤出后穿过喷头固定架41进入喉管424中，所述喉管424上设置有多个散热片427；所述喉管424末端设置有基材挤出加热块428，所述基材挤出加热块428下方设置有基材挤出喷嘴425；
所述纤维挤出装置43包括固定刀架414，所述固定刀架414与喷头固定架41底部固定连接；所述固定刀架414底部通过多个支撑螺柱415与纤维挤出加热块416固定连接；所述纤维挤出加热块416底部设置有纤维挤出喷嘴418；所述纤维挤出喷嘴418与纤维导管417连接，所述纤维导管417另一端延伸至固定刀架414内部；所述固定刀架414内部设置有切刀刀架419，所述切刀刀架419一端通过切刀柄紧固螺钉8与固定刀架414一端铰接，所述切刀刀架419另一端与切刀连接杆412铰接，所述切刀连接杆412另一端与切断转轴413铰接，所述切断转轴413与舵机411输出端固定连接，所述舵机411位于固定刀架414一侧且与喷头固定架41底部固定连接；所述切刀刀架419中部通过切刀片紧固螺钉410固定有切刀片。
所述基材挤出加热块428与纤维挤出加热块416内均设置有加热棒44和热敏电阻45。
所述喷头固定架41上设置有散热扇46，所述散热扇46用于对散热片427进行散热。
所述喷头固定架41上设置有输料管47，所述输料管47另一端连接有纤维挤出机，所述纤维挤出机与打印机箱体1固定连接。
所述Z轴运动系统2设置有两个，位于打印机箱体1左右两侧；所述Z轴运动系统2包括安装板21，所述安装板21与打印机箱体1侧面固定连接；所述安装板21上设置有Z轴步进电机22，所述Z轴步进电机22输出端设置有Z轴丝杠23，所述Z轴丝杠23另一端与打印机箱体1底部转动连接；所述安装板21与打印机箱体1底部之间还设置有多个Z轴光杠24。
所述Y轴运动系统5设置有两个，位于打印机箱体1前后两侧；所述Y轴运动系统5包括Y轴固定支架51，所述Y轴固定支架51与打印机箱体1侧面固定连接；所述Y轴固定支架51一端设置有Y轴步进电机54，所述Y轴步进电机54输出端设置有Y轴丝杠52，所述Y轴丝杠52另一端与Y轴固定支架51另一端转动连接；所述Y轴丝杠52上滑动连接有Y轴滑块53；所述Y轴滑块53与X轴运动系统3固定连接。
所述X轴运动系统3包括X轴固定支架31，所述X轴固定支架31与两个Y轴滑块53固定连接；所述X轴固定支架31一端设置有X轴步进电机34，所述X轴步进电机34输出端设置有X轴丝杠33，所述X轴丝杠33另一端与X轴固定支架31另一端转动连接；所述X轴丝杠33上滑动连接有X轴滑块32；所述X轴滑块32与喷头固定架41固定连接。
本实施例中，隔热基板可进行保温绝热，加热板温度在200-300℃。纤维挤出机采用远端传送挤丝，预浸的连续纤维通过输料管推送到纤维打印喷头，在适时的位置通过舵机带动切断转轴，使切刀连接杆带动切刀将纤维切断，已被切断的预浸纤维在加热棒的加热下，预浸纤维外层树脂在纤维挤出加热块中加热熔化，从纤维挤出喷嘴中挤出，这样长纤维具有了一定的粘结性。基材挤出电机采用近端挤出，基材挤出电机通过挤出轮和挤出轴承带动基材经过喉管在尽可能短的距离将基材传递到基材挤出加热块将耐热性树脂加热熔化从基材挤出喷嘴挤出。基材和纤维打印喷头的打印温度最高可达到500℃。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，包括打印机箱体，所述打印机箱体上设置有Y轴运动系统和Z轴运动系统，所述Y轴运动系统上设置有X轴运动系统；所述Z轴运动系统上滑动连接有隔热基板；其特征在于，所述隔热基板上设置有加热板；所述X轴运动系统上设置有双喷头挤出系统；
所述双喷头挤出系统包括喷头固定架，所述喷头固定架一侧与X轴运动系统固定连接；所述喷头固定架另一侧设置有基材挤出装置和纤维挤出装置；
所述基材挤出装置包括基材挤出电机，所述基材挤出电机与喷头固定架固定连接，所述基材挤出电机输出端设置有挤出轮，所述喷头固定架上设置有挤出轴承架，所述挤出轴承架上设置有挤出轴承，所述挤出轴承与挤出轮相对设置；所述喷头固定架下方设置有喉管，基材从经基材挤出电机挤出后穿过喷头固定架进入喉管中，所述喉管上设置有多个散热片；所述喉管末端设置有基材挤出加热块，所述基材挤出加热块下方设置有基材挤出喷嘴；
所述纤维挤出装置包括固定刀架，所述固定刀架与喷头固定架底部固定连接；所述固定刀架底部通过多个支撑螺柱与纤维挤出加热块固定连接；所述纤维挤出加热块底部设置有纤维挤出喷嘴；所述纤维挤出喷嘴与纤维导管连接，所述纤维导管另一端延伸至固定刀架内部；所述固定刀架内部设置有切刀刀架，所述切刀刀架一端通过切刀柄紧固螺钉与固定刀架一端铰接，所述切刀刀架另一端与切刀连接杆铰接，所述切刀连接杆另一端与切断转轴铰接，所述切断转轴与舵机输出端固定连接，所述舵机位于固定刀架一侧且与喷头固定架底部固定连接；所述切刀刀架中部通过切刀片紧固螺钉固定有切刀片。
2.如权利要求1所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述基材挤出加热块与纤维挤出加热块内均设置有加热棒和热敏电阻。
3.如权利要求1所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述喷头固定架上设置有散热扇，所述散热扇用于对散热片进行散热。
4.如权利要求1所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述喷头固定架上设置有输料管，所述输料管另一端连接有纤维挤出机，所述纤维挤出机与打印机箱体固定连接。
5.如权利要求1所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述Z轴运动系统设置有两个，位于打印机箱体左右两侧；所述Z轴运动系统包括安装板，所述安装板与打印机箱体侧面固定连接；所述安装板上设置有Z轴步进电机，所述Z轴步进电机输出端设置有Z轴丝杠，所述Z轴丝杠另一端与打印机箱体底部转动连接；所述安装板与打印机箱体底部之间还设置有多个Z轴光杠。
6.如权利要求1所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动系统设置有两个，位于打印机箱体前后两侧；所述Y轴运动系统包括Y轴固定支架，所述Y轴固定支架与打印机箱体侧面固定连接；所述Y轴固定支架一端设置有Y轴步进电机，所述Y轴步进电机输出端设置有Y轴丝杠，所述Y轴丝杠另一端与Y轴固定支架另一端转动连接；所述Y轴丝杠上滑动连接有Y轴滑块；所述Y轴滑块与X轴运动系统固定连接。
7.如权利要求6所述的一种带有切断装置的长纤维复合材料多喷头3D打印机，其特征在于，所述X轴运动系统包括X轴固定支架，所述X轴固定支架与两个Y轴滑块固定连接；所述X轴固定支架一端设置有X轴步进电机，所述X轴步进电机输出端设置有X轴丝杠，所述X轴丝杠另一端与X轴固定支架另一端转动连接；所述X轴丝杠上滑动连接有X轴滑块；所述X轴滑块与喷头固定架固定连接。
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