CN113021875A - 一种功能性连续丝材并列式复合3d打印装置及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置及其打印方法,包括加热组件以及按打印顺序设置在加热组件上基底层打印喷头、功能性连续丝材打印喷头、覆盖层打印喷头;基底层打印喷头安装在加热组件上,用以在打印平台上铺设基底层材料;功能性连续丝材打印喷头安装在加热组件上,用以在基底层材料上铺设功能性连续丝材,其内设有张紧组件;覆盖层打印喷头安装在加热组件上,用以在功能性连续丝材和基底层材料上铺设覆盖层材料。本发明中的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置采用覆盖层材料覆盖到基底层材料和功能性连续丝材,能实现对零件内不同组件的套印,以增材方式作为工艺手段,增强了打印材料的连续性、封闭性。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域,具体涉及一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置及其打印方法。
背景技术
3D打印,也称为增材制造,是一种采用与传统的减材制造不同的加工工艺路线,通过增加材料、逐层制造的方式,并基于三维模型数据直接制造出与其相一致的三维物理实体的工艺方法,由于其制造灵活度较高,在工业生产与日常生活中有重大作用。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,在宏观或微观上组成具有新性能的材料,其综合性能往往优于原组成材料。作为结构材料使用的纤维增强复合材料,尤其是连续纤维增强复合材料,拥有较高的比强度和比模量,在航天、航空、汽车、化工等领域有着突出作用。近年来,利用3D打印技术制造连续纤维增强复合材料的工艺逐渐成熟。
目前连续纤维3D打印研究方向注重于提升制件的力学性能如强度和刚度等,缺乏功能性连续丝材3D打印工艺。而传统层压工艺连续性、密闭性差。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置及其打印方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,包括:
加热组件;
基底层打印喷头,安装在加热组件上,用以在打印平台上铺设基底层材料;
功能性连续丝材打印喷头,安装在加热组件上,用以在基底层材料上铺设功能性连续丝材,其内设有张紧组件;
覆盖层打印喷头,安装在加热组件上,用以在功能性连续丝材和基底层材料上铺设覆盖层材料;
所述基底层打印喷头、功能性连续丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头按打印顺序设置在加热组件上,且所述功能性连续丝材打印喷头与覆盖层打印喷头之间设有压紧组件,所述压紧组件用以将连续功能性丝材挤压进基底层材料内。
进一步的,所述基底层打印喷头、功能性连续丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头到打印平台之间的距离分别为d1、d2、d3,且d2≤d1≤2/3d3。
进一步的,还包括送丝组件,所述送丝组件分别与所述基底层打印喷头、功能性丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头连接。
进一步的,所述功能性连续丝材为光导纤维、电热丝以及导电纤维中的一种。
进一步的,所述基底层材料和覆盖层材料均为热塑性树脂材料,所述热塑性树脂材料为聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺以及聚醚醚酮中的一种。
进一步的,所述压紧组件为压板式压紧组件或滚轮式压紧组件。
进一步的,所述滚轮式压紧组件包括固定轴、压紧弹簧以及滚轮,所述压紧弹簧设于固定轴与滚轮之间,用以调整滚轮对打印平台的压紧力。
进一步的,所述固定轴、压紧弹簧以及滚轮的制备材料为导热材料。
一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的打印方法,包括以下步骤:
步骤1:基底层材料通过送丝组件送入基底层打印喷头中,被加热组件加热成熔融状态从基底层打印喷头的头部挤出至打印平台表面,完成基底层材料的打印;
步骤2:连续功能性连续丝材通过加热组件进行预热,功能性连续丝材打印喷头将预热后的功能性连续丝材张紧后挤出到所述步骤1打印的基底层材料上,压紧组件将功能性连续丝材压进基底层材料中,并对功能性连续材料表面进行整形和紧固;
步骤3:覆盖层打印喷头挤出覆盖层材料覆盖到基底层材料和功能性连续丝材表面,完成打印。
更进一步的,所述步骤2中预热的温度为100-200℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明中的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置采用覆盖层材料覆盖到基底层材料和功能性连续丝材,能实现对零件内不同组件的套印,以增材方式作为工艺手段,增强了打印材料的连续性、封闭性。
附图说明
图1为本发明实施例中功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中功能性连续丝材并列式复合3D打印装置中各打印喷头的高度示意图。
图3为本发明实施例中功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的压紧组件示意图。
图4为本发明实施例中功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的打印方法流程图。
图中:1、加热组件;2、基底层打印喷头;3、功能性连续丝材打印喷头;4、覆盖层打印喷头;5、基底层材料;6、功能性连续丝材;7、覆盖层材料;8、滚轮式压紧组件;9、固定轴;10、压紧弹簧;11、滚轮。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式,对本技术方案进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而不是要限制本技术方案的范围。
一方面,本发明的实施例提供了一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,如图1-3所示,包括加热组件1以及按打印顺序设置在加热组件1上基底层打印喷头2、功能性连续丝材打印喷头3、覆盖层打印喷头4;
其中,所述基底层打印喷头2的头部穿过并安装在加热组件1上,用以在打印平台上铺设基底层材料5;所述功能性连续丝材打印喷头3的头部穿过并安装在加热组件1上,用以在基底层材料5上铺设功能性连续丝材3,其内设有张紧组件;所述覆盖层打印喷头4的头部穿过并安装在加热组件1上,用以在功能性连续丝材3和基底层材料5上铺设覆盖层材料7;所述基底层打印喷头2、功能性连续丝材打印喷头3以及覆盖层打印喷头4到打印平台之间的距离分别为d1、d2、d3,且d2≤d1≤2/3d3。
同时,所述功能性连续丝材打印喷头3与覆盖层打印喷头4之间设有压紧组件,所述压紧组件用以将连续功能性丝材3挤压进基底层材料5内。
打印装置中还包括送丝组件,所述送丝组件分别与所述基底层打印喷头2、功能性丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头4连接。
所述功能性连续丝材3为光导纤维。
所述基底层材料5和覆盖层材料7均为聚乙烯。
所述压紧组件为滚轮式压紧组件8。
所述滚轮式压紧组件8包括固定轴9、压紧弹簧10以及滚轮11,所述固定轴9与加热组件1一端连接,所述压紧弹簧10设于固定轴9与滚轮11之间,用以调整滚轮11对打印平台的压紧力。
所述固定轴9、压紧弹簧10以及滚轮11的制备材料为导热材料。
本发明的实施例还提供了一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的打印方法,如图4所示,包括以下步骤:
步骤1:基底层材料5通过送丝组件送入基底层打印喷头2中,被加热组件1加热成熔融状态从基底层打印喷头2的头部挤出至打印平台表面,完成基底层材料的打印;
步骤2:连续功能性连续丝材通过加热组件1进行预热,所述预热温度为100-200℃,功能性连续丝材打印喷头3将预热后的功能性连续丝材6张紧后挤出到所述步骤1打印的基底层材料5上,压紧组件将功能性连续丝材6压进基底层材料5中,并对功能性连续材料6表面进行整形和紧固;
步骤3:覆盖层打印喷头4挤出覆盖层材料7覆盖到基底层材料5和功能性连续丝材6表面,完成打印。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本技术内容的思想,在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化,只要这些变化未脱离本发明的构思,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于,包括:
加热组件;
基底层打印喷头,安装在加热组件上,用以在打印平台上铺设基底层材料;
功能性连续丝材打印喷头,安装在加热组件上,用以在基底层材料上铺设功能性连续丝材,其内设有张紧组件;
覆盖层打印喷头,安装在加热组件上,用以在功能性连续丝材和基底层材料上铺设覆盖层材料;
所述基底层打印喷头、功能性连续丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头按打印顺序设置在加热组件上,且所述功能性连续丝材打印喷头与覆盖层打印喷头之间设有压紧组件,所述压紧组件用以将连续功能性丝材挤压进基底层材料内。
2.根据权利要求1所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述基底层打印喷头、功能性连续丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头到打印平台之间的距离分别为d1、d2、d3,且d2≤d1≤2/3d3。
3.根据权利要求1所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:还包括送丝组件,所述送丝组件分别与所述基底层打印喷头、功能性丝材打印喷头以及覆盖层打印喷头连接。
4.根据权利要求1所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述功能性连续丝材为光导纤维、电热丝以及导电纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述基底层材料和覆盖层材料均为热塑性树脂材料,所述热塑性树脂材料为聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺以及聚醚醚酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述压紧组件为压板式压紧组件或滚轮式压紧组件。
7.根据权利要求6所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述滚轮式压紧组件包括固定轴、压紧弹簧以及滚轮,所述压紧弹簧设于固定轴与滚轮之间,用以调整滚轮对打印平台的压紧力。
8.根据权利要求7所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置,其特征在于:所述固定轴、压紧弹簧以及滚轮的制备材料为导热材料。
9.一种功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的打印方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:基底层材料通过送丝组件送入基底层打印喷头中,被加热组件加热成熔融状态从基底层打印喷头的头部挤出至打印平台表面,完成基底层材料的打印;
步骤2:连续功能性连续丝材通过加热组件进行预热,功能性连续丝材打印喷头将预热后的功能性连续丝材张紧后挤出到所述步骤1打印的基底层材料上,压紧组件将功能性连续丝材压进基底层材料中,并对功能性连续材料表面进行整形和紧固;
步骤3:覆盖层打印喷头挤出覆盖层材料覆盖到基底层材料和功能性连续丝材表面,完成打印。
10.根据权利要求9所述的功能性连续丝材并列式复合3D打印装置的打印方法,其特征在于:所述步骤2中预热的温度为100-200℃。
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