CN220280525U - 带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3d打印头 - Google Patents
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Abstract
一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，包括基板，基板背面连接有散热风扇，基板正面连接有束丝模块、送丝模块、熔融打印模块和斩丝模块，连续纤维依次经束丝模块、送丝模块、斩丝模块及熔融打印模块，分别实现连续纤维的束丝、送丝、斩丝及打印功能；束丝模块包括上固定块，上固定块连接在基板上，上固定块下端连接有熔池，上固定块上端连接有滑轮支架，滑轮支架上安装有滑轮；本实用新型能够实现大丝束连续纤维的斩断，同时树脂基体可以是热塑性材料、热固性材料亦或是两者的掺混体系，从而获得综合力学性能优异的连续纤维增强复合材料。
Description
技术领域
本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头。
背景技术
3D打印技术采用逐层铺放、层层叠加的工艺原理进行零部件的制备，由于其具有可设计性强、成本低以及成型速度快等优势，近年来，在工程应用中被广泛应用。连续纤维3D打印技术则是在原有3D打印基础上向打印耗材内部引入了连续纤维，通过连续纤维对构件进行增强，从而使得所制备的构件在力学性能方面得到进一步的提升。
然而，在采用3D打印技术制备连续纤维增强复合材料过程中，连续纤维铺放轨迹需与打印喷头移动轨迹严格保持一致，且由于连续纤维的存在，采用传统商用切片软件生成的打印路径通常存在“跳点”，不能直接应用，同时大多数构件也不能通过一条连续纤维制备得到，这就严重限制了连续纤维3D打印技术的推广应用，解决“跳点”问题刻不容缓。
现有连续纤维3D打印头在工作过程中多采用伺服舵机，通过舵机的旋转带动切刀实现连续纤维的切断，从而解决打印过程中“跳点”问题，但这种切断方式存在响应速度慢、切割力小等缺点，仅能实现小丝束连续纤维的切断；同时所用的连续纤维丝束在材料组份上多为单一热塑性材料增强的连续纤维预浸丝，材料组分可设计性较差，无法实现热塑性材料与热固性材料混合制备连续纤维复合材料，而多种基体材料混杂则能更好的发挥连续纤维的性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供了一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，能够实现大丝束连续纤维的斩断，同时树脂基体可以是热塑性材料、热固性材料亦或是两者的掺混体系，从而获得综合力学性能优异的连续纤维增强复合材料。
为了达到上述目的，本实用新型拟采用以下技术方案：
一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，包括基板2，基板2背面连接有散热风扇1，基板2正面连接有束丝模块4、送丝模块5、熔融打印模块6和斩丝模块7，连续纤维3依次经束丝模块4、送丝模块5、斩丝模块7及熔融打印模块6，分别实现连续纤维3的束丝、送丝、斩丝及打印功能。
所述的束丝模块4包括上固定块43，上固定块43连接在基板2上，上固定块43下端连接有熔池44，上固定块43上端连接有滑轮支架42，滑轮支架42上安装有滑轮41。
所述的熔池44上端有一树脂槽能够添加热塑性或热固性树脂用于连续纤维3的浸渍，熔池44下端有一竖直向下的小孔用于对连续纤维3进行束丝；熔池44内部设有加热组件以及温度传感器。
所述的送丝模块5包括上导丝块51和下导丝块56，上导丝块51、下导丝块56与基板2连接，上导丝块51和下导丝块56一端之间安装有弹簧52，上导丝块51另一端上安装有轴承55，轴承55和送丝轮53配合实现送丝，送丝轮53连接在电机54转轴上，电机54固定于基板2上。
所述的上导丝块51通过螺栓连接于基板2上，上导丝块51能够绕螺栓进行小范围转动；轴承55与送丝轮53圆柱面相对设置，通过弹簧52将轴承55压紧于送丝轮53；上导丝块51与下导丝块56均有一竖直向下的孔用于连续纤维3的导向。
所述的熔融打印模块6包括下固定块61，下固定块61连接在基板2上，下固定块61下端连接有加热块62，加热块62下端连接有打印喷头63。
所述的下固定块61有一竖直向下的孔用于将连续纤维3送至打印喷头63；加热块62内部设有加热组件以及温度传感器。
所述的斩丝模块7包括气缸固定架71，气缸固定架71连接在基板2上，气缸固定架71上固定有气缸72，气缸72缸头上连接有刀头73，刀头73上连接有斩刀74。
所述的连续纤维3为连续纤维干丝或连续纤维预浸丝。
和现有技术相比，本实用新型的有益效果为：由于本实用新型采用了熔池44，因此连续纤维3可以采用连续纤维干丝或连续纤维预浸丝，熔池44槽内的树脂可以是热固性树脂、热塑性树脂或两者的掺混体系。结合气动斩丝模块7，该打印头可以实现连续纤维3的快速高效斩断，提高生产效率。
附图说明
图1为本实用新型整体立体图。
图2为本实用新型束丝模块的立体图。
图3为本实用新型送丝模块的立体图。
图4为本实用新型熔融打印模块的立体图。
图5为本实用新型气动斩丝模块的立体图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，所述实施例仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
参照图1,一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，包括基板2，基板2背面连接有散热风扇1，基板2正面连接有束丝模块4、送丝模块5、熔融打印模块6和斩丝模块7，连续纤维3依次经束丝模块4、送丝模块5、斩丝模块7及熔融打印模块6，分别实现连续纤维3的束丝、送丝、斩丝及打印功能。
参照图1、图2，所述的束丝模块4包括滑轮41、滑轮支架42、上固定块43和熔池44，上固定块43连接在基板2上，上固定块43下端连接有熔池44，上固定块43上端连接有滑轮支架42，滑轮支架42上安装有滑轮41，滑轮41与滑轮支架42存在一定间隙。
熔池44内部设有加热组件以及温度传感器，熔池44上端开设有螺纹孔便于上固定块43将其固定，熔池44上端开设有一树脂槽用于树脂的熔融掺混，树脂槽中间开设有一竖直向下的束丝孔；加热组件可以采用高温加热棒，温度传感器用于实时监测加热过程中的温度，保证树脂的有效性，连续纤维3与熔融的树脂在熔池44内实现混合，并经束丝孔进行束丝。
参照图1、图3，所述的送丝模块5包括上导丝块51、弹簧52、送丝轮53、电机54、轴承55和下导丝块56，上导丝块51、下导丝块56与基板2连接，上导丝块51和下导丝块56一端之间安装有弹簧52，上导丝块51另一端上安装有轴承55，轴承55和送丝轮53配合实现送丝，送丝轮53连接在电机54转轴上，电机54固定于基板2上。
上导丝块51通过螺栓连接于基板2上，同时可绕螺栓进行小范围转动，下导丝块56通过螺栓固定于基板2上，上导丝块51与下导丝块56均有一竖直向下的孔用于连续纤维3的导向，轴承55与送丝轮53圆柱面相对设置，通过弹簧52将轴承55压紧于送丝轮53；连续纤维3穿过轴承55与送丝轮53之间，并可通过电机54带动送丝轮53向下送丝。
参照图1、图4，所述的熔融打印模块6包括下固定块61、加热块62和打印喷头63，下固定块61连接在基板2上，下固定块61下端连接有加热块62，加热块62下端连接有打印喷头63。
下固定块61有一竖直向下的孔用于将连续纤维3送至打印喷头63；加热块62内部设有加热组件以及温度传感器；熔融打印模块6可实现对连续纤维3中树脂的熔融，并在打印喷头63处实现连续纤维3的打印功能。
参照图1、图5，所述的斩丝模块7包括气缸固定架71、气缸72、刀头73和斩刀74，气缸固定架71连接在基板2上，气缸固定架71上固定有气缸72，气缸72缸头上连接有刀头73，刀头73上连接有斩刀74。
气缸固定架71开设有固定气缸72的孔，刀头73开设有与气缸72缸头配对的螺纹，斩丝模块7可将连续纤维3在下固定块61上进行斩断。
本实用新型的工作原理为：在打印过程中连续纤维3首先经过滑轮41，并在熔池44的树脂槽内实现连续纤维3的浸渍，树脂槽内的树脂可以是热塑性树脂、热固性树脂亦或是两者的掺混体系，并穿过熔池44的束丝孔获得具有一定尺寸的连续纤维预浸丝；在送丝模块5中弹簧52的作用下，轴承55将连续纤维3夹紧于送丝轮53，在电机54的带动下，送丝轮53可实现连续纤维3向下输送；经下导向块56与下固定块61上的孔，连续纤维3送至打印喷头63，在加热块62的作用下，连续纤维3上的树脂熔融，从而实现连续纤维3的打印；根据打印喷头63与斩丝点的距离，打印喷头63在运行至连续纤维3打印的终点处进行斩断，并在不送丝的情况下移动至打印的终点。
当连续纤维3为预浸丝时，熔池44树脂槽内可以添加树脂也可以不添加树脂，束丝模块4仅起到束丝的作用。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，包括基板(2)，其特征在于：基板(2)背面连接有散热风扇(1)，基板(2)正面连接有束丝模块(4)、送丝模块(5)、熔融打印模块(6)和斩丝模块(7)，连续纤维(3)依次经束丝模块(4)、送丝模块(5)、斩丝模块(7)及熔融打印模块(6)，分别实现连续纤维(3)的束丝、送丝、斩丝及打印功能；
所述的束丝模块(4)包括上固定块(43)，上固定块(43)连接在基板(2)上，上固定块(43)下端连接有熔池(44)，上固定块(43)上端连接有滑轮支架(42)，滑轮支架(42)上安装有滑轮(41)；
所述的斩丝模块(7)包括气缸固定架(71)，气缸固定架(71)连接在基板(2)上，气缸固定架(71)上固定有气缸(72)，气缸(72)缸头上连接有刀头(73)，刀头(73)上连接有斩刀(74)。
2.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于：所述的熔池(44)上端有一树脂槽能够添加热塑性或热固性树脂用于连续纤维(3)的浸渍，熔池(44)下端有一竖直向下的小孔用于对连续纤维(3)进行束丝；熔池(44)内部设有加热组件以及温度传感器。
3.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于：所述的送丝模块(5)包括上导丝块(51)和下导丝块(56)，上导丝块(51)、下导丝块(56)与基板(2)连接，上导丝块(51)和下导丝块(56)一端之间安装有弹簧(52)，上导丝块(51)另一端上安装有轴承(55)，轴承(55)和送丝轮(53)配合实现送丝，送丝轮(53)连接在电机(54)转轴上，电机(54)固定于基板(2)上。
4.根据权利要求3所述的3D打印头，其特征在于：所述的上导丝块(51)通过螺栓连接于基板(2)上，上导丝块(51)能够绕螺栓进行小范围转动；轴承(55)与送丝轮(53)圆柱面相对设置，通过弹簧(52)将轴承(55)压紧于送丝轮(53)；上导丝块(51)与下导丝块(56)均有一竖直向下的孔用于连续纤维(3)的导向。
5.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于：所述的熔融打印模块(6)包括下固定块(61)，下固定块(61)连接在基板(2)上，下固定块(61)下端连接有加热块(62)，加热块(62)下端连接有打印喷头(63)。
6.根据权利要求5所述的3D打印头，其特征在于：所述的下固定块(61)有一竖直向下的孔用于将连续纤维(3)送至打印喷头(63)；加热块(62)内部设有加热组件以及温度传感器。
7.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于：所述的连续纤维(3)为连续纤维干丝或连续纤维预浸丝。
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