WO2020135847A1 - 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头 - Google Patents

一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头 Download PDF

Info

Publication number
WO2020135847A1
WO2020135847A1 PCT/CN2019/129706 CN2019129706W WO2020135847A1 WO 2020135847 A1 WO2020135847 A1 WO 2020135847A1 CN 2019129706 W CN2019129706 W CN 2019129706W WO 2020135847 A1 WO2020135847 A1 WO 2020135847A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resin
fiber
composite material
printing
screw
Prior art date
Application number
PCT/CN2019/129706
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
单忠德
范聪泽
战丽
刘丰
刘晓军
Original Assignee
北京机科国创轻量化科学研究院有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 filed Critical 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司
Priority to US17/418,163 priority Critical patent/US20220097298A1/en
Publication of WO2020135847A1 publication Critical patent/WO2020135847A1/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Abstract

一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，包括送料部分、挤出机构、浸渍腔室、环状包覆喷嘴、测量和控制部分；其中，送料部分主要匀速定量的提供树脂材料，其下端与挤出机构连接，树脂在加热环和螺杆的作用下被匀速挤出，进入浸渍腔室；在浸渍腔室内，树脂与纤维混合并通过环状包覆喷嘴挤出成型，环状包覆喷嘴的底端为平面结构，可在复合材料成型后，对其成型面进行压实作用，减少内部孔隙率，改善层间结合效果；在打印过程中，多个温度和压力参数需要被采集和控制；本发明的打印喷头一方面实现了树脂和纤维的快速、高效混合，另一方面实现了树脂和纤维的压实打印，可改善成型件的力学性能。

Description

一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头
本申请要求于2018年12月28日提交中国专利局、申请号为2018116192989、发明名称为“一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明属于复合材料3D打印(增材制造)领域，涉及一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头。
背景技术
3D打印(增材制造)技术，是一种通过材料层层堆积的方式实现三维零件成型的方法。该方法与传统的减材制造相比，一方面提升了加工的几何精度，另一方面大大减少了材料的浪费。此外，该方法还可以实现智能化、数字化的加工和制造，提升了零件试制环节的效率。
纤维增强复合材料具有机械性能、化学性能良好，可循环和密度小的特点，其在航空工业和汽车制造等领域应用越来越广。为此，一些科研机构尝试使用3D打印技术实现纤维增强复合材料的打印。目前，短纤维增强复合材料打印的技术已日臻成熟，但成型性能更为优异的连续纤维增强复合材料打印的技术仍处于探索研究阶段。现有技术主要将连续纤维和树脂线材分别送入喷头中，树脂加热熔融后与纤维浸渍混合，受限于喷嘴的内部结构和热力分布，纤维和树脂的浸润效果较差，且纤维极易被树脂流冲散磨损，直接影响打印成型件的力学性能。此外，现有的连续纤维增强复合材料3D打印技术的主要材料为需要前期成型的线材，复杂的线材成型过程和受限的线材尺寸直接制约了3D打印效率的进一步提升，因此开亟需发一种新型的能适应粒料、粉料打印，且成型力学性能优异的纤维增强复合材料的打印喷头。
发明内容
为了克服以上技术中存在的不足，本发明提供了一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，一方面实现了树脂和纤维的快速、高效混合，解除了对原料形态的限制，改善了纤维和树脂的浸渍效果；另一方面实现了树脂和纤维的压实打印，提升成型件的力学性能。
为了达到上述的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，包括送料部分、挤出机构(3)、浸渍腔室(1)、环状包覆喷嘴(2)、测量和控制部分(10)，最终实现纤维和树脂混合打印功能。
进一步地，送料部分可提供稳定的树脂粒料和粉料的定量输送，料筒(7)底部通过螺栓固定在称重模块(8)上；称重模块(8)可实时监测料筒(7)内部树脂质量，反馈给上位机；称重模块(8)和料筒(7)一起安装在具有推杆机构(9)的底座上，当上位机发出送料信号后，推杆机构(9)推动料筒(7)倾斜，即可将树脂材料加入料斗(6)中；料斗(6)底端与挤出机构(3)通过螺纹配合连接，进入料斗(6)的树脂料可被加入到挤出机构(3)的螺杆(5)中，完成加料过程。
进一步地，挤出机构(3)原理为螺杆(5)熔融加压挤出，驱动电机(12)通过减速器(13)和传动结构(11)与螺杆(5)连接，驱动螺杆(5)转动；螺杆(5)包含在挤出机构(3)内部，热量由固定在挤出机构(3)外壁的加热环(4)传递到螺杆(5)，熔化螺杆(5)处的树脂料，并在螺杆(5)的旋转作用下被挤出到端部。
进一步地，浸渍腔室(1)为中空结构，内部为球状的纤维(18)和树脂混合区(17)；纤维(18)通过环状包覆喷嘴(2)进入到混合区(17)，树脂在挤出机构(3)的作用下进入到混合区(17)，树脂和纤维(18)在混合区(17)内接触浸润；熔体压力传感器(14)通过螺纹连接在浸渍腔室(1)上，其表面与树脂熔体接触；高温熔体计量结构(16)置于浸渍腔室(1)内部，对树脂熔体起到增压和稳压的作用，并控制熔体流速；加热结构(15)置于浸渍腔室(1)的外壁孔洞内部，与温度传感器配合起熔体保温控温作用。
进一步地，环状包覆喷嘴(2)包括进口模具(19)和出口模具(20)，进口模具(19)和出口模具(20)均通过螺纹连接在浸渍腔室(1)上，进 口模具(19)的开孔尺寸与纤维(18)的直径相关，出口模具(20)尺寸与成型件的工艺相关；纤维(18)通过进口模具(19)进入混合区(17)，树脂在混合区(17)内形成环状的包覆区域，此区域内树脂流速稳定，纤维(18)受到水平方向的冲刷作用较小，不易产生磨损；出口模具(20)底端为平面结构，可在复合材料成型后，对其成型道进行压实作用。
进一步地，测量和控制部分(10)主要包括温度测量、压力测量和流速测量；通过温度传感器实时监测挤出结构、浸渍腔室(1)、环状包覆喷嘴(2)的温度，并通过控制加热结构(15)、加热环(4)等控制温度稳定；熔体压力传感器(14)实时监测混合区(17)内树脂压力，并反馈给上位机，当压力突变或出现异常信号，通过控制信号停止打印过程；高温熔体计量结构(16)可实时监测混合区(17)内树脂流速，并实现增压和稳压的功能，保证树脂流的稳定包覆和打印。
通过本发明的技术方案，可以实现以下有益效果：
本发明针对现有纤维增强复合材料打印过程中，存在喷头内部纤维容易被树脂冲散产生磨损，且成型件的力学性能和成型精度仍难以满足需求等问题，通过使用包含螺杆的挤出机构，大大提升了树脂熔体的流速和流量，此外，可实现粒料和粉料等材料状态的打印，省去了树脂线材的成型环节。由于浸渍腔室内存在球状的混合区，为纤维和树脂提供了稳定的浸渍环境；环状包覆喷嘴使纤维处于树脂流的中心，减少树脂对纤维的冲散作用。环状包覆喷嘴的底端为平台，在打印过程中可实现压实作用，减少了成型件内部孔隙率，从而提升成型件的力学性能。最终，实现力学性能优异的成型件的高精度、高效率打印。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明打印喷头的结构示意图。
图2是本发明浸渍腔室(1)的截面示意图。
图3是本发明环状包覆喷嘴(2)的结构和位置示意图。
图4是本发明进口模具(19)的示意图。
图5是本发明出口模具(20)的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，包括送料部分、挤出机构3、浸渍腔室1、环状包覆喷嘴2、测量和控制部分10，最终实现纤维和树脂混合打印功能。送料部分通过料斗6与挤出机构3中的螺杆5部分连接，挤出机构3固定在浸渍腔室1侧面，可保证树脂熔体的密封；浸渍腔室1内部包含环状包覆喷嘴2，环状包覆喷嘴2中的进口模具19和出口模具20通过螺纹固定在浸渍腔室1。
参照图1所示，打印过程中，向料斗6中加料，称重模块8可反馈质量信号给上位机，通过上位机控制推杆机构9对料斗6进行输送料，树脂料通过料斗6进入挤出机构3。挤出机构3的螺杆5在驱动电机12的作用下实现旋转动作，将树脂料送入加热环4加热后的熔融段。树脂熔化后被送入高温熔体计量结构16，实现增压稳压的功能。树脂在浸渍腔室1内与纤维18浸润，并随树脂流包裹下经出口模具20打印成型。
参照图1所示，送料部分可提供稳定的树脂粒料和粉料的定量输送，料筒7底部通过螺栓固定在称重模块8上；称重模块8可实时监测料筒7内部树脂质量，反馈给上位机；称重模块8和料筒7一起安装在具有推杆机构9的底座上，当上位机发出送料信号后，推杆机构9推动料筒7倾斜，即可将树脂材料加入料斗6中；料斗6底端与挤出机构3通过螺纹配合连接，进入料斗6的树脂料可被加入到挤出机构3的螺杆5中，完成加料过 程。
可选地，料筒7内部可通过真空输料装置为料斗加料，称重模块8可实时监测料筒7内树脂的质量。
可选地，推杆机构9的类型多样，可以为电动推杆，也可以为气缸，在控制信号的作用下实现料筒7的倾斜翻转。
参照图1所示，挤出机构3原理为螺杆5熔融加压挤出，驱动电机12通过减速器13和传动结构11与螺杆5连接，驱动螺杆5转动；螺杆5包含在挤出机构3内部，热量由固定在挤出机构3外壁的加热环4传递到螺杆5，熔化螺杆5处的树脂料，并在螺杆5的旋转作用下被挤出到端部。
可选地，在挤出机构3中，螺杆5的型号可根需求选择，进而设计整个挤出机构的结构尺寸和分布位置，螺杆5的内部可含有多个测温点，从而精确掌握挤出机构3各个位置的温度分布，进而优化工艺参数。
参照图1所示，打印喷头的结构可以水平放置，也可通过将挤出机构3位置转换为竖直放置，调整相应的送料部分和浸渍腔室1的分布位置，从而节省水平方向的打印空间。
参照图1所示，测量和控制部分10主要包括温度测量、压力测量和流速测量；通过温度传感器实时监测挤出结构、浸渍腔室1、环状包覆喷嘴2的温度，并通过控制加热结构15、加热环4等控制温度稳定；熔体压力传感器14实时监测混合区17内树脂压力，并反馈给上位机，当压力突变或出现异常信号，通过控制信号停止打印过程；高温熔体计量结构16可实时监测混合区17内树脂流速，并实现增压和稳压的功能，保证树脂流的稳定包覆和打印。
参照图2所示，浸渍腔室1为中空结构，内部为球状的纤维18和树脂混合区17；纤维18通过环状包覆喷嘴2进入到混合区17，树脂在挤出机构3的作用下进入到混合区17，树脂和纤维18在混合区17内接触浸润；熔体压力传感器14通过螺纹连接在浸渍腔室1上，其表面与树脂熔体接触；高温熔体计量结构16置于浸渍腔室1内部，对树脂熔体起到增压和稳压的作用，并控制熔体流速；加热结构15置于浸渍腔室1的外壁孔洞内部，与温度传感器配合起熔体保温控温作用。
可选地，浸渍腔室1的外部结构可以为任意形状，只需保证内部混合 区17内的树脂流速和压力稳定，熔体压力传感器14的分布位置也较为自由，只需监测靠近出口处树脂流的压力，当压力过大，熔体压力传感器14反馈压力信号给上位机，停止各部分工作，实现报警功能。
可选地，加热结构15主要起稳定浸渍腔室1内温度的作用，加热的形式可以为电加热、红外加热等，与温度传感器配合，实现温度的控制。
参照图3所示，环状包覆喷嘴2包括进口模具19和出口模具20，进口模具19和出口模具20均通过螺纹连接在浸渍腔室1上，进口模具19的开孔尺寸与纤维18的直径相关，出口模具20尺寸与成型件的工艺相关；纤维18通过进口模具19进入混合区17，树脂在混合区17内形成环状的包覆区域，此区域内树脂流速稳定，纤维18受到水平方向的冲刷作用较小，不易产生磨损；出口模具20底端为平面结构，可在复合材料成型后，对其成型道进行压实作用。
参照图4所示，进口模具19包含方便安装的结构191，使扳手可以放置于两端，实现快速的旋转动作。
参照图5所示，出口模具20包含底端201结构，低端201具有一定面积的平面，可在复合材料成型后，对其成型道进行压实作用。
在本实施例中，树脂主要指PLA聚乳酸、ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、PI聚酰亚胺、PEEK聚醚醚酮等热塑性树脂，纤维18可以为多种规格的如1K、3K、6K、12K的碳纤维或玻璃纤维、有机纤维。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。 在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第 一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

  1. 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：包括送料部分、挤出机构(3)、浸渍腔室(1)、环状包覆喷嘴(2)、测量和控制部分(10)；送料部分包括可称重的料筒(7)、可辅助料筒(7)倾斜倒料的推杆机构(9)、可监测重量的称重模块(8)和连接挤出机构(3)的料斗(6)；挤出机构(3)包括提供旋转动力的驱动电机(12)、提供恒定温度的加热环(4)和提供挤出动力的螺杆(5)；浸渍腔室(1)内包含纤维和树脂混合区(17)、加热结构(15)、提供稳压树脂流的高温熔体计量结构(16)、可检测熔体压力和温度的相关测量和控制结构；环状包覆喷嘴(2)包括进口模具(19)和出口模具(20)，并以一定的距离固定在浸渍腔室(1)中，使树脂流环状包覆在纤维(18)周围，产生束型和浸渍两种作用，喷嘴的出口模具(20)的底端(201)为平面，可在复合材料成型后，对其进行压实作用。
  2. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：所述的送料部分可提供稳定的树脂粒料和粉料的定量输送，料筒(7)底部通过螺栓固定在称重模块(8)上；称重模块(8)可实时监测料筒(7)内部树脂质量，反馈给上位机；称重模块(8)和料筒(7)一起安装在具有推杆机构(9)的底座上，当上位机发出送料信号后，推杆机构(9)推动料筒(7)倾斜，即可将树脂材料加入料斗(6)中；料斗(6)底端与挤出机构(3)通过螺纹配合连接，进入料斗(6)的树脂料可被加入到挤出机构(3)的螺杆(5)中，完成加料过程。
  3. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：所述的挤出机构(3)原理为螺杆(5)熔融加压挤出，驱动电机(12)通过减速器(13)和传动结构(11)与螺杆(5)连接，驱动螺杆(5)转动；螺杆(5)包含在挤出机构(3)内部，热量由固定在挤出机构(3)外壁的加热环(4)传递到螺杆(5)，熔化螺杆(5)处的树脂料，并在螺杆(5)的旋转作用下被挤出到端部。
  4. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：所述的浸渍腔室(1)为中空结构，内部为球状的纤维(18) 和树脂混合区(17)；纤维(18)通过环状包覆喷嘴(2)进入到混合区(17)，树脂在挤出机构(3)的作用下进入到混合区(17)，树脂和纤维(18)在混合区(17)内接触浸润；熔体压力传感器(14)通过螺纹连接在浸渍腔室(1)上，其表面与树脂熔体接触；高温熔体计量结构(16)置于浸渍腔室(1)内部，对树脂熔体起到增压和稳压的作用，并控制熔体流速；加热结构(15)置于浸渍腔室(1)的外壁孔洞内部，与温度传感器配合起熔体保温控温作用。
  5. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：所述的环状包覆喷嘴(2)包括进口模具(19)和出口模具(20)，进口模具(19)和出口模具(20)均通过螺纹连接在浸渍腔室(1)上，进口模具(19)的开孔尺寸与纤维(18)的直径相关，出口模具(20)尺寸与成型件的工艺相关；纤维(18)通过进口模具(19)进入混合区(17)，树脂在混合区(17)内形成环状的包覆区域，此区域内树脂流速稳定，纤维(18)受到水平方向的冲刷作用较小，不易产生磨损；出口模具(20)底端为平面结构，可在复合材料成型后，对其成型道进行压实作用。
  6. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：所述的测量和控制部分(10)包括温度测量、压力测量和流速测量；通过温度传感器实时监测挤出结构、浸渍腔室(1)、环状包覆喷嘴(2)的温度，并通过控制加热结构(15)、加热环(4)等控制温度稳定；熔体压力传感器(14)实时监测混合区(17)内树脂压力，并反馈给上位机，当压力突变或出现异常信号，通过控制信号停止打印过程；高温熔体计量结构(16)可实时监测混合区(17)内树脂流速，并实现增压和稳压的功能，保证树脂流的稳定包覆和打印。
  7. 根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头，其特征在于：打印喷头的结构为水平放置，或者，也能够通过将挤出机构(3)位置转换为竖直放置，调整相应的送料部分和浸渍腔室(1)的分布位置，从而节省水平方向的打印空间。
PCT/CN2019/129706 2018-12-28 2019-12-30 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头 WO2020135847A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/418,163 US20220097298A1 (en) 2018-12-28 2019-12-30 Printing head annularly coated with fiber-reinforced composite material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811619298.9 2018-12-28
CN201811619298.9A CN109551762B (zh) 2018-12-28 2018-12-28 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020135847A1 true WO2020135847A1 (zh) 2020-07-02

Family

ID=65871694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2019/129706 WO2020135847A1 (zh) 2018-12-28 2019-12-30 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220097298A1 (zh)
CN (1) CN109551762B (zh)
WO (1) WO2020135847A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109551762B (zh) * 2018-12-28 2020-08-11 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头
CN112388970A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 中国科学院化学研究所 一种超高分子量聚合物的快速成型装置
CN112388969A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 中国科学院化学研究所 一种超高分子量聚合物的快速成型装置
CN111186138B (zh) * 2020-04-13 2021-04-23 北京化工大学 一种连续纤维熔融浸渍的3d打印装置及工艺
CN112140547A (zh) * 2020-09-02 2020-12-29 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种芳纶纤维增强热塑性树脂复合丝材成形方法及装备
US11926099B2 (en) * 2021-04-27 2024-03-12 Continuous Composites Inc. Additive manufacturing system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104149352A (zh) * 2014-08-27 2014-11-19 三亚思海创新机电工程设计有限公司 3d打印机用打印头
CN106476274A (zh) * 2016-10-08 2017-03-08 佛山市兴兴智能科技有限公司 一种3d打印双色喷头机构
US20180021877A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Ut-Ba Ttelle, Llc Electromagnetic print nozzle having an extruder for direct-write additive manufacturing
CN107839225A (zh) * 2017-10-31 2018-03-27 陕西斐帛科技发展有限公司 一种螺杆挤出连续纤维复合材料3d打印装置及方法
CN109551762A (zh) * 2018-12-28 2019-04-02 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4335965A (en) * 1978-07-07 1982-06-22 Dresser Industries, Inc. Fiber-resin blending technique
WO1997021528A1 (en) * 1995-12-11 1997-06-19 Maguire Products, Inc. Gravimetric blender
US7070404B2 (en) * 2002-10-25 2006-07-04 Macphee Daniel Joseph Computer-controlled compounding extrusion blending apparatus and method
CN105556008B (zh) * 2013-06-05 2017-12-15 马克弗巨德有限公司 用于纤维增强添加制造的方法
RU169634U1 (ru) * 2016-09-30 2017-03-27 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Экструдер для аддитивного производства изделий из композитных материалов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104149352A (zh) * 2014-08-27 2014-11-19 三亚思海创新机电工程设计有限公司 3d打印机用打印头
US20180021877A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Ut-Ba Ttelle, Llc Electromagnetic print nozzle having an extruder for direct-write additive manufacturing
CN106476274A (zh) * 2016-10-08 2017-03-08 佛山市兴兴智能科技有限公司 一种3d打印双色喷头机构
CN107839225A (zh) * 2017-10-31 2018-03-27 陕西斐帛科技发展有限公司 一种螺杆挤出连续纤维复合材料3d打印装置及方法
CN109551762A (zh) * 2018-12-28 2019-04-02 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头

Also Published As

Publication number Publication date
CN109551762A (zh) 2019-04-02
CN109551762B (zh) 2020-08-11
US20220097298A1 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020135847A1 (zh) 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头
CN107379539B (zh) 一种连续纤维预浸料3d打印喷头及其3d打印机、打印方法
WO2019114709A1 (zh) 一种纤维增强树脂基复合材料三维打印成形方法
Liu et al. A large‐scale double‐stage‐screw 3 D printer for fused deposition of plastic pellets
CN106313496B (zh) 连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3d打印方法及打印头
Zhao et al. An overview of research on FDM 3D printing process of continuous fiber reinforced composites
US20180250850A1 (en) Composite material for 3d printing produced by pultrusion method
CN107756787B (zh) 一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3d打印装置
CN110901052A (zh) 一种3d打印装置
CN206106391U (zh) 一种fdm型3d打印机锥形螺杆挤出装置
CN201478003U (zh) 自定心、可调两用电缆护套挤出模具
CN114030179A (zh) 双通道进料连续纤维增强复合材料3d打印机及控制方法
CN103802324A (zh) 复合材料收纳用具及其制造工艺
CN107081906B (zh) 一种用于材料挤出成形的自滚压3d打印集成喷嘴
CN211917720U (zh) 一种3d打印装置
CN205929374U (zh) 一种注塑机节能加热装置
CN211994211U (zh) 一种单螺杆式3d打印机挤出装置
CN201446671U (zh) 新型串联式单螺杆挤出机
CN206436545U (zh) 一种单向纤维丝束成型设备
CN109501323B (zh) 复合材料线材制备装置
CN211591316U (zh) 一种用于大型增材制造的3d打印装置
CN208789096U (zh) 3d打印挤出机
CN106182787A (zh) 一种粉末粘接成型桌面型3d打印机及其方法
CN202781787U (zh) 一种塑料挤出机的温度控制器
CN208583566U (zh) 一种大口径防腐管自动涂塑机

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19901999

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19901999

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1