[发明专利]3D打印耗材拉丝设备

说明书

本发明公开了一种3D打印耗材拉丝设备。具体地，本发明3D打印耗材拉丝设备包括：(1)送丝单元，所述送丝单元用于供送连续的第一丝材；(2)管壳体原料供送单元，所述的管壳体原料供送单元用于供送管壳体原料；(3)复合管材成型单元，所述复合管材成型单元用于将来自所述管壳体原料供送单元的管壳体原料与来自送丝单元的连续的第一丝材，同轴挤出形成复合管材；和(4)卷绕单元，所述卷绕单元包括第一卷绕器和第二卷绕器。本发明还提供了一种对3D打印耗材进行拉丝的方法。

技术领域

本发明涉及成型技术设备领域，具体涉及一种连续丝材增强3D打印耗材拉丝设备，以及采用该拉丝设备的连续丝材增强3D打印耗材拉丝工艺。

背景技术

增材制造技术(也称“3D打印”)是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。与传统加工技术相比，增材制造可降低加工成本20％-40％以上，缩短产品研发周期约80％。

近20年来，增材制造技术得到了快速发展，形成了多种成型技术和装备。这些技术面向航空航天、武器装备、汽车、模具以及生物医疗等高端制造领域，直接制造三维复杂结构，解决传统制造工艺难以甚至无法加工的制造难题。

增材制造作为一项前瞻性、战略性技术，其工程应用性很强，领域跨度大，对未来制造业，尤其是高端制造的发展十分重要。其中熔融沉积快速原型制造(FDM)是一种将各种热熔性的丝状/粉体材料加热熔化挤出成型技术，它具有设备简单、工艺干净、运行成本低且不产生垃圾，可以快速构建中空零件等优点。相比于针对军工的选择性激光融化设备(SLM)，FDM打印机价格低廉，易于推广并尽快应用于工艺品、模具、汽车零部件直接制造等民用工业。

但现有的FDM成型件虽然在沿着打印方向上拉伸强度接近注塑加工，但在垂直打印方向上，拉伸强度较低，导致整体的抗弯强度较低。

有文献报道，采用连续碳纤维增强FDM打印件的拉伸和抗弯强度能显著提高。其采用一个打印头，两个进料口的设计，其中一个用于PLA、ABS等塑料进料，另外一个用于连续碳纤维进料。该方式存在三个缺点：第一，需要依靠专门的设备，通用性不强。第二，塑料丝材和增强纤维呈一定的角度，挤出过程中纤维分布的均匀性很难保证，容易出现应力集中点。第三，对于一些特殊的材料，需要进行原位表面处理以增加纤维和基体的结合力，该方式不利于增强纤维的原位改性。

因此本领域需要开发一种不依赖打印设备，通用性好，强度高的连续丝材增强3D打印耗材拉丝工艺。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种连续丝材增强3D打印耗材拉丝设备，以及采用所述拉丝设备的3D打印耗材拉丝工艺。

在本发明的第一方面，提供了一种3D打印耗材拉丝设备，所述拉丝设备包括：

(1)送丝单元，所述送丝单元用于供送连续的第一丝材，其中所述的第一丝材选自下组：纤维丝、金属丝或其组合；

(2)管壳体原料供送单元，所述的管壳体原料供送单元用于供送管壳体原料；

(3)复合管材成型单元，所述复合管材成型单元用于将来自所述管壳体原料供送单元的管壳体原料与来自送丝单元的连续的第一丝材，同轴挤出形成复合管材，其中，所述的管壳体原料形成中空管材，而所述的连续的第一丝材位于所述中空管材的中空部分并且所述第一丝材相对于中空管材是可移动的；和

(4)卷绕单元，所述卷绕单元包括第一卷绕器和第二卷绕器，其中第一卷绕器用于卷绕来自所述复合管材成型单元的复合管材，所述的第二卷绕器用于卷绕连续的第二丝材，所述的第二丝材选自下组：纤维丝、金属丝或其组合。

在另一优选例中，所述的第一丝材和第二丝材的材质是相同的或不同的。