CN113334764A - 一种纤维横向铺带3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维横向铺带3D打印方法，涉及3D打印技术领域，包括以下步骤，采用刀具将连续纤维带切割成预定长度的短纤维带；将所述短纤维带横向拼接形成横向纤维带；沿所述横向纤维带的宽度方向进行拉扯形成变形后的横向纤维带；所述变形后的横向纤维带在打印平台上往复铺设。本发明的横向纤维带沿着带的方向基本上没有纤维增强，因此在铺带过程中可以通过拉扯使得纤维横带发生偏转，从而铺设曲线路径，完成复杂形状的打印。

Description

一种纤维横向铺带3D打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种纤维横向铺带3D打印方法。

背景技术

3D打印又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。现有的3D打印技术中，如markforged的碳纤维3D打印机，采用尼龙包裹的碳纤维丝束，按照喷嘴挤出的方式进行打印。Electroimpact的自动铺丝机，采用多个丝束并列，每股丝束均可以单独控制。然而上述打印机在进行3D打印时，打印速度偏慢，且打印灵活性很低，无法适用于复杂形状的打印。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种纤维横向铺带3D打印方法，在进行复杂的形状打印时依然能够保证较快的打印速度，提高打印灵活性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提高3D打印机的打印速度以及如何完成复杂形状的3D打印问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种纤维横向铺带3D打印方法，包括：

(1)制造纤维方向大体一致，且纤维总体方向与带的方向夹角呈小于等于90度的纤维带，并将该纤维带称为横向纤维带；

(2)在横向纤维带铺设到支撑面过程中，使横向纤维带两侧差异化变形，从而形成方向偏转的横向纤维带，实现复杂曲线路径的打印。

进一步地，将步骤(1)替换为：

制造在带的纵向上纤维的投影长度小于带的宽度的纤维带，并将该纤维带称为横向纤维带。

进一步地，其特征在于，横向纤维带浸润有热固性树脂或热塑性塑料。

进一步地，所述步骤(1)中，可通过将连续纤维带切割成预定长度和形状的短纤维带，然后将短纤维带横向拼接而形成横向纤维带。

进一步地，通过圆刀将连续纤维带按压在橡胶带上进行切割。

进一步地，在短纤维带横向拼接过程中，使得两相邻拼接的横带不完全平行，而是呈一定角度，可以在权利要求1所述步骤(2)中减少横向纤维带在变形偏转过程中被损坏的可能性。

进一步地，在短纤维带横向拼接过程中，使两相邻拼接的横带平行。

进一步地，连续纤维带通过辊子组传送到切割位置，并且纤维在辊子组传送前为未浸润的状态。

进一步地，所述步骤(2)中，在所述横向纤维带的两侧分别进行不同程度的拉扯，使其形成方向偏转的横向纤维带。

进一步地，所述步骤(2)中，支撑面为平面或者曲面。

进一步地，所述横向纤维带在打印平台上往复铺设。

进一步地，在横向纤维带的铺设过程中，横向纤维带的方向与铺设面的法向夹角大于0度，从而在往复铺设过程中，铺设的横带不完全重叠。

进一步地，横向纤维带的方向与铺设面的法向的夹角在铺设过程中不恒定。

进一步地，横向纤维带的宽度不是恒定的。

进一步地，横向纤维带的宽度是恒定的。

进一步地，本发明提供一种用于使横向纤维带两侧变形的设备，分别有两组辊子夹持在横向纤维带的两侧，各组辊子的转速可分别独立控制，每一侧的两组辊子转速不同时，横向纤维带的该侧就会因拉扯或材料堆积而变形，当横向纤维带两侧变形产生差异时，横向纤维带就会发生偏转。

进一步地，夹持横向纤维带的任意一个辊子可以替换为其他可回转运动的装置，如传送带等。

进一步地，各组辊子与其驱动电机之间通过弹簧进行柔性传动。

与现有技术相比，本发明通过铺设可变形的横向纤维带的方式，实现了较大曲率路径的铺带打印，相较于普通铺丝机、铺带机，可以打印复杂的形状，且相对于传统的喷嘴挤出式打印机，本发明的打印机的打印速度更快，灵活度更高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的传送辊子传送连续纤维带并实施切割、拼接的示意图；

图2是本发明的横向纤维带变形过程的示意图；

图3是本发明的柔性传动示意图

图4是本发明的往复铺设示意图；

图5是本发明的短纤维带拼接示意图；

其中，1-传送辊子、2-连续纤维带、3-刀具、4-短纤维带、5-橡胶传送带、6-横向纤维带、7-右侧拉扯辊子、8-左侧拉扯辊子、9-拉扯后的横向纤维带、10-剥离辊子、11-打印平台、12-传动弹簧安装位置、13-驱动电机传动轴、14-传动弹簧。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

如图1所示，使用刀具3将浸润有液态树脂的连续纤维带2切割为一定长度后，形成短纤维带4，在切割的同时，使用橡胶传送带5向下传送短纤维带4。由于纤维带已经被浸润，因此可以粘附在橡胶传送带5上而不掉落。

由于浸润后的连续纤维带2在传送时容易粘附并缠绕在传送辊子1上，因此连续纤维带的浸润是在从传送辊子1处送出后才浸润的。

在橡胶传送带5上，短纤维带4横向拼接形成横向纤维带6，横向纤维带沿着带的方向纤维增强较少，因此可通过拉扯使其发生延展变形。

如图2所示，两组剥离辊子10用于将横向纤维带6从橡胶传送带上剥离，并继续向下传送。接着右侧拉扯辊子组7和左侧拉扯辊子组8各夹持横向纤维带的一侧，通过拉扯的方式(即拉扯辊子的线速度大于剥离辊子的线速度)，使得位于剥离辊子组10和拉扯辊子组7、8之间的横向纤维带6发生变形，当两侧出现变形差异时，横向纤维带会发生偏转，从而在打印平台上生成复杂的曲线路径。由于树脂的黏合作用，横向纤维带6在拉扯变形过程中不会断裂，而仅产生延展。

两组拉扯辊子7、8为球形，其还能将横向纤维带6压实在打印平台11上。

如图3，辊子与其驱动电机传动轴13之间通过传动弹簧14进行柔性传动，传动弹簧安装位置12如图2中所示。

通过调整橡胶传送带5和打印平台11的法线之间的夹角，从而使得横向纤维带倾斜一定角度，如图2所示，横向纤维带6的上方向右侧倾斜。这样在往复铺设时，如图4所示，打印到平台11上的横向纤维带6就可以沿着一个方向前进，而不是堆叠在一个位置。

实施例2

本实施例的打印机和打印方法同实施例1，区别在于，如图5所示，在切断的短纤维带4搭接形成横向纤维带6的过程中，若相邻的两个短纤维带4的纤维方向不保持平行，而是呈角度ɑ时，可使得横向纤维带6在拉扯变形时更不容易被拉断。提高了打印过程的稳定性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纤维横向铺带3D打印方法，其特征在于：

(1)制造纤维方向大体一致，且纤维总体方向与带的方向夹角呈小于等于90度的纤维带，并将该纤维带称为横向纤维带；

(2)在横向纤维带铺设到支撑面过程中，使横向纤维带两侧差异化变形，从而形成方向偏转的横向纤维带，实现复杂曲线路径的打印。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤(1)替换为：

制造在带的纵向上纤维的投影长度小于带的宽度的纤维带，并将该纤维带称为横向纤维带。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，可通过将连续纤维带切割成预定长度和形状的短纤维带，然后将短纤维带横向拼接而形成横向纤维带。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在短纤维带横向拼接过程中，使得两相邻拼接的横带不完全平行，而是呈一定角度，可以在权利要求1所述步骤(2)中减少横向纤维带在变形偏转过程中被损坏的可能性。

5.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在所述横向纤维带的两侧分别进行不同程度的拉扯，使其形成方向偏转的横向纤维带。

6.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，支撑面为平面或者曲面。

7.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，在横向纤维带的铺设过程中，横向纤维带的方向与铺设面的法向夹角大于0度，从而在往复铺设过程中，铺设的横带不完全重叠。

8.一种用于使横向纤维带两侧变形的设备，其特征在于：

分别有两组辊子夹持在横向纤维带的两侧，各组辊子的转速可分别独立控制，每一侧的两组辊子转速不同时，横向纤维带的该侧就会因拉扯或材料堆积而变形，当横向纤维带两侧变形产生差异时，横向纤维带就会发生偏转。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，夹持横向纤维带的任意一个辊子可以替换为其他可回转运动的装置，如传送带等。

10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，各组辊子与其驱动电机之间通过弹簧或万向节进行传动。

Images