[发明专利]一种含有剪断机构的连续纤维增强复合材料3D打印装置

说明书

本发明涉及一种含有剪断机构的连续纤维增强复合材料3D打印装置，包括进料接口模块、纤维与基体材料复合模块(3)、纤维剪断模块以及挤出喷嘴(6)。与现有技术相比，本发明实现了纤维与热塑性基体材料的复合，复合材料通过挤出后的层层堆积完成结构件的快速成型；最重要解决了纤维增强复合材料3D打印过程中纤维不可剪断的局限性问题，使纤维与基体材料可以基于所打印结构件的力流特征(主应力轨迹线)按需复合，体现成型结构件的各向异性，提高结构件实际工况下的力学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料3D打印技术领域，尤其是涉及一种含有剪断机构的连续纤维增强复合材料3D打印装置。

背景技术

纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，具有比强度高、比模量大，成型工艺好等优点。在增材制造3D打印技术领域，将纤维与热塑性或热固性基体材料复合，通过层层堆积或层层固化的方式实现了结构件的快速成型，提高了成型结构件的力学性能，在未来制造业领域具有广阔的应用前景。

现有的连续纤维增强复合材料3D打印装置，主要是将纤维与树脂等热固性基体材料进行复合后层层固化进行打印，纤维与PLA或ABS等热塑性基体材料3D打印装置较少，而且现有连续纤维增强复合材料3D打印过程中，纤维一直保持连续供给且不能够剪断，无法实现基于打印结构件的力流特征(主应力轨迹线)将纤维按需与基体材料复合，导致打印的结构件的力学性能具有各向同性，与实际工况对纤维增强复合材料结构件力学性能要求的各项异性不符。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含有剪断机构的连续纤维增强复合材料3D打印装置，旨在实现纤维与热塑性基体材料的复合，进而通过挤出后的层层堆积完成结构件的快速成型；最重要解决了纤维增强复合材料3D打印过程中纤维不可剪断的局限性问题，使纤维与基体材料可以基于所打印结构件的力流特征(主应力轨迹线)按需复合，体现成型结构件的各向异性，提高结构件实际工况下的力学性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含有剪断机构的连续纤维增强复合材料3D打印装置，其特征在于，包括进料接口模块、纤维与基体材料复合模块、纤维剪断模块以及挤出喷嘴；纤维和基体材料通过进料接口模块分别进入纤维与基体材料复合模块进行复合，通过挤出喷嘴，在打印平台上堆积实现连续纤维增强复合材料打印，在打印过程中不需要加入纤维时，通过所述的纤维剪断模块剪断纤维，停止纤维材料的供给。

进一步地，所述的进料接口模块包括基体材料供给软管和连接头、纤维导管，基体材料供给软管一端与常用的3D打印送丝机构相连，另一端穿过连接头插入纤维与基体材料复合模块中，连接头连接纤维与基体材料复合模块的进料口，纤维导管一端与纤维供给机构相连，另一端插入纤维与基体材料复合模块中。

进一步地，所述的纤维与基体材料复合模块包括散热块和加热块两部分，散热块部分外部轴向等间距设置的多个散热片；加热块部分含有加热棒以及温度传感器。

进一步地，所述的纤维与基体材料复合模块内部有至少一个倾斜导料孔和一个竖直导料孔，所述的基体材料供给软管插入倾斜导料孔上部，所述的纤维导管插入竖直导料孔上部。

进一步地，所述的倾斜导料孔的倾斜角度为：与竖直方向的夹角为5～15°。

进一步地，所述的纤维与基体材料复合模块内部设置的倾斜导料孔为两个，两个倾斜导料孔与竖直导料孔在加热块内部交汇形成“三合一”空腔。

进一步地，所述的纤维与基体材料复合模块内部设置的倾斜导料孔为三个，三个倾斜导料孔沿圆周等分设置，与竖直导料孔交汇形成竖直“四合一”空腔。

进一步地，所述的加热块位于散热块下方，加热块与散热块为可拆卸式连接，且在加热块与散热块之间设有隔热片。