[发明专利]一种连续纤维预浸料3D打印喷头及其3D打印机、打印方法

说明书

本发明公开了一种连续纤维预浸料3D打印喷头及其3D打印机、打印方法，该3D打印喷头包括转动机构、固定支座、散热装置、加热装置、导向通道和压轮，散热装置螺纹于固定支座的下端，加热装置连接于散热装置的下端，导向通道依次穿过固定支座、散热装置和加热装置，用于向下供给预浸料，压轮设置在加热装置的下端，并分布在导向通道的两侧，用于压实熔融态的连续纤维预浸料；固定支座上设有供料装置、剪断机构和剪断再供料装置，供料装置和剪断再供料装置用于提供向下供给的动力，剪断机构用于按需剪断预浸料。本发明实现了连续纤维预浸料3D打印，且提高了非金属3D打印的整体强度和层间剪切强度，降低了连续纤维预浸料结构件成型的技术难度。

技术领域

本发明属于连续纤维预浸料3D打印技术领域，特别涉及种连续纤维预浸料3D打印喷头及其3D打印机、打印方法。

背景技术

3D打印技术在加工过程中具有增加材料，减少原材料浪费和节约成本的优点。3D打印技术结合了材料、计算机、控制等不同学科，是一种以数字模型文件为基础，逐层粘合不同材料来构造物体的技术。按材料划分，3D打印技术可分为金属3D打印和非金属3D打印，非金属材料主要是一些热塑性树脂材料。由于原材料的关系，非金属3D打印的零件强度不高，不能直接使用，这也是没有工业级3D打印非金属产品的原因之一。

热塑性树脂基连续纤维复合材料相比于传统的热固性材料具有耐热性高、韧性好、弯曲强取高、层间剪切性能好、吸水率低、可重复利用等优点，因此，在航空、航天、汽车、军事、医疗等领域得到广泛应用。热塑性树脂基连续纤维复合材料通常先加工成连续纤维预浸料，然后经过多自由度机械臂带动铺放头在模具上成型，但是，该方法成本高、技术要求高。

国内外有不少科研人员为提高非金属3D打印的强度做了不少的努力，大多是通过改进熔融沉积成型3D打印喷头，将连续纤维和热塑性耗材在打印喷头处预浸然后进行打印成型，但这种方法由于热塑性树脂加热温度不能太高，因而，导致树脂流动性不好，而且由于预浸时间短、压力小等原因，使得连续纤维的预浸度不高，打印成型的零件强度没有得到本质性提高，造成连续纤维的浪费，大大限制了其在3D打印领域的应用与发展。

发明内容

为了解决上述提到的非金属3D打印零件强度低以及现有的连续纤维增强非金属3D打印零件强度提高不明显的缺点，本发明提供了一种连续纤维预浸料3D打印喷头及其3D打印及、打印方法，本发明将热塑性树脂基连续纤维预浸料借助3D打印的方法来加工成型复合材料零件，降低了传统的连续纤维预浸料的加工技术难度，大大提高了非金属3D打印的强度。

本发明的技术方案如下：

一种连续纤维预浸料3D打印喷头，包括固定支座、散热装置、加热装置、连续纤维预浸料导向通道和若干压轮，所述的散热装置螺纹连接于所述的固定支座的下端，所述加热装置螺纹连接于所述的散热装置的下端，所述的导向通道依次穿过所述的固定支座、所述的散热装置和所述的加热装置，用于向下供给连续纤维预浸料，所述压轮设置在所述的加热装置的下端，并分布在所述的导向通道的两侧；

所述的固定支座上设有供料装置、剪断机构和剪断再供料装置，所述的剪断机构设置在所述的供料装置和剪断再供料装置之间；

其中，所述的供料装置和剪断再供料装置包括主动齿轮和滑轮，且所述的主动齿轮和滑轮设置在所述的导向通道之间，提供向下传送连续纤维预浸料的动力；所述的剪断机构包括复位弹簧、复位压块、剪断刀片和气缸，在所述的导向通道一侧的所述的固定支座上固定连接所述的复位弹簧，所述的复位弹簧的另一端固定在所述的复位压块上，在所述的导向通道的另一侧设有所述的剪断刀片，所述的剪断刀片由所述的气缸提供剪断力。

优选为，在位于所述的导向通道两侧的所述的固定支座上设有用于设置所述的供料装置或所述的剪断再供料装置的凹槽。

优选为，两个所述的主动齿轮设置在所述的导向通道同一侧的凹槽上，并通过设置在所述的固定支座的同步带同步带动，所述的滑轮设置在所述的导向通道另一侧的凹槽上。