CN213441186U - 一种纤维复合材料fdm 3d打印喷头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头，包括加热块（1）和打印喷头（6），所述打印喷头（6）的螺杆部旋入加热块（1）的喷头螺纹孔中，所述加热块（1）通过加热块固定螺栓（2）安装于FDM 3D打印机机架上；所述打印喷头（6）的喷头部倾斜设有纤维插入孔（7），所述纤维插入孔（7）外端口插有纤维导管（8），所述纤维导管（8）支撑于纤维导管支撑架（9）上，所述纤维导管支撑架（9）通过纤维导管支撑架固定螺栓（10）安装于FDM 3D打印机机架上。本实用新型通过改进常规FDM 3D打印机喷头结构，以实现通过单一喷头进行纤维丝与高分子丝材复合的3D打印需求，提高FDM 3D打印构件的力学性能。
Description
技术领域
本实用新型属于FDM 3D打印设备及部件技术领域，具体为一种用于FDM 3D打印机的可打印纤维复合材料的打印喷头，以实现通过单一喷头进行纤维丝与高分子丝材复合的3D打印需求。
背景技术
目前，3D打印技术因其在逐层累积叠加的独特制造优势，在科学研究、航空航天、医疗等重要领域以及产品生产、建筑制造等众多领域得到了广泛的应用。目前主流的桌面级、经济型3D打印机的工作原理主要为熔融沉积成型（简称FDM）技术，其主要成型材料为热塑性塑料，其具有设备简单、可打印材料种类丰富，成本低廉等优点。FDM 3D打印的原材料为丙烯腈－丁二烯－苯乙共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、聚酰胺（PA）等热塑性丝状耗材，其成型原理为丝状耗材通过供给系统送至喷头，在喷头中加热熔化成半液态，喷头在设备控制下按照切片文件指定路径运动，将材料挤压在工作台上，这样材料逐层堆积，并最终形成产品。
通常FDM 3D打印机可通过喷头加热高分子丝材完成模型堆砌，单个喷头可进行一种丝材打印。对于需要多种材料的构件模型，则需要在设备上加装多喷头系统，通过设备中软、硬件的协同作业与控制完成几种材料复合的FDM模型。同时，由于FDM的工作原理及其打印材料的塑性问题，FDM打印成型产品往往具有强度、韧性和抗冲击性能等力学性能差的问题，因此限制了其更为广泛的应用。目前FDM技术主要用以原型制造，作品展示等领域，而对于承载构件则由于力学性能的性质不能得到深入的拓展。
发明内容
本实用新型目的是为了实现通过单一喷头进行纤维丝与高分子丝材复合的3D打印，进而提高构件力学性能的需求，创新改进了常规FDM 3D打印机喷头结构，提供一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头。
本实用新型是采用如下技术方案实现的：
一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头，包括加热块和打印喷头，所述打印喷头的螺杆部旋入加热块的喷头螺纹孔中，所述加热块通过加热块固定螺栓安装于FDM 3D打印机机架上；所述打印喷头的喷头部倾斜设有纤维插入孔，所述纤维插入孔外端口插有纤维导管，所述纤维导管支撑于纤维导管支撑架上，所述纤维导管支撑架通过纤维导管支撑架固定螺栓安装于FDM 3D打印机机架上，所述纤维导管内插入纤维后通过纤维插入孔进入到打印喷头内加热末端并从打印喷头的喷口穿出。
使用时，加热块通过螺栓与FDM 3D打印机机架固定，带有纤维插入孔的打印喷头旋入加热块中，以保证喷头中的高分子丝材可通过加热块进行加热，使高分子丝材为半熔融态。纤维导管插入打印喷头的纤维插入小孔中，纤维可通过导管进入到喷头加热末端，纤维导管内壁光滑，无折角，便于纤维丝通过，纤维与半熔融态高分子粘结，裹挟半熔融态高分子中并随着半熔融态高分子料从喷头前端喷口排出，进而在打印头的带动下完成打印制造过程。鉴于纤维管的细长特征，纤维导管需通过导管支撑架与FDM 3D打印机机架固定，以保证纤维管的稳定性和纤维通行的流畅性。
本实用新型设计合理，通过改进常规FDM 3D打印机喷头结构，以实现通过单一喷头进行纤维丝与高分子丝材复合的3D打印需求，进而提高FDM 3D打印构件的力学性能，拓展FDM技术在承载领域的应用。
附图说明
图1表示纤维复合材料 FDM 3D打印喷头主视图。
图2表示纤维复合材料 FDM 3D打印喷头斜视图。
图3表示表示纤维复合材料 FDM 3D打印喷头爆炸图。
图4表示加热块示意图。
图5表示3D打印喷头与纤维导管、纤维的组装示意图。
图中：1-加热块，2-加热块固定螺栓，3-热电偶固定孔，4-加热管固定孔，5-热敏电阻固定孔，6-打印喷头，7-纤维插入孔，8-纤维导管，9-纤维导管支撑架，10-纤维导管支撑架固定螺栓，11-纤维，11a-进口纤维，11b-出口纤维。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。
一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头，如图3所示，加热块1，两个加热块固定螺栓2，打印喷头6，纤维导管8，纤维导管支撑架9，两个纤维导管支撑架固定螺栓10等几个部分。
如图1、2所示，打印喷头6的螺杆部旋入加热块1的喷头螺纹孔中，以保证打印喷头6中的高分子丝材可通过加热块1进行加热；加热块1通过两个加热块固定螺栓2安装于FDM3D打印机机架上。打印喷头6的喷头部倾斜设有纤维插入孔7，纤维插入孔7外端口插有纤维导管8，纤维导管8支撑于纤维导管支撑架9上，纤维导管支撑架9通过两个纤维导管支撑架固定螺栓10安装于FDM 3D打印机机架上。纤维导管8内插入纤维11后通过纤维插入孔7进入到打印喷头6内加热末端并从打印喷头6的喷口穿出。
具体实施时，首先将设有纤维插入孔7的打印喷头6旋入加热块1的喷头螺纹孔中，如图4所示，在加热块1上具有热电偶固定孔3（装有热电偶）、加热管固定孔4（装有加热管）及热敏电阻固定孔5（装有热敏电阻），同时在加热块1上加工有加热块固定螺栓孔两个。热电偶用以加热块测温，加热管用以对喷头加热，热敏电阻用以调节加热热量。将纤维导管8插入打印喷头6的纤维插入孔7中，纤维可通过纤维导管8进入到喷头6内加热末端，并从打印喷头6的喷口穿出；纤维导管8内壁光滑，无折角，便于纤维丝通过，纤维与半熔融态高分子粘结，裹挟半熔融态高分子中并随着半熔融态高分子料从喷头6前端喷口排出，进而在打印喷头6的带动下完成打印制造过程。鉴于纤维导管8的细长特征，纤维导管8需由导管支撑架9通过两个纤维导管支撑架固定螺栓10与FDM 3D打印机机架固定，以保证纤维导管8的稳定性和纤维通行的流畅性。
带孔3D打印喷头6、纤维导管8及进口纤维11a与出口纤维11b的相关情况如图5所示。纤维导管8为中空结构，其进口端和出口端均需进行倒圆角，避免纤维通过时的损伤甚至切断。纤维管道8插入喷头6的纤维插入孔7中，由于纤维11通过纤维插入孔7插入后处于打印喷头6内末端，在FDM 3D打印机工作时，该部分高分子丝材已经变为熔融状态，这时熔融态高分子料粘结裹挟与纤维表面上，则纤维会随着半熔融态高分子料从打印喷头6前端喷口排出，进而在打印喷头6的带动下完成打印制造过程。
本实用新型提出一种可通过单一喷头进行纤维丝与高分子丝材复合的FDM 3D打印机用加热喷头结构，在铜质喷头部位加工以孔，孔中插入纤维导管，而纤维丝则通过导管进入半熔融的高分子料中，进而通过碰喷头口形成复合，可满足多种高分子丝材及纤维丝的复合料FDM 3D打印，结构简单，具有一定的应用前景。
以上仅为本实用新型的较佳实例而已， 并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神及原则之内的任何修改、等同替换或改进等， 均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头，包括加热块（1）和打印喷头（6），所述打印喷头（6）的螺杆部旋入加热块（1）的喷头螺纹孔中，所述加热块（1）通过加热块固定螺栓（2）安装于FDM 3D打印机机架上；其特征在于：所述打印喷头（6）的喷头部倾斜设有纤维插入孔（7），所述纤维插入孔（7）外端口插有纤维导管（8），所述纤维导管（8）支撑于纤维导管支撑架（9）上，所述纤维导管支撑架（9）通过纤维导管支撑架固定螺栓（10）安装于FDM 3D打印机机架上，所述纤维导管（8）内插入纤维（11）后通过纤维插入孔（7）进入到打印喷头（6）内加热末端并从打印喷头（6）的喷口穿出。
2.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料FDM 3D打印喷头，其特征在于：所述纤维导管（8）的进口端和出口端均进行倒圆角处理。
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