[发明专利]一种组合式多通道连续干纤维3D打印复合材料成形装置

说明书

本发明公开了一种组合式多通道连续干纤维3D打印复合材料成形装置，包括干纤维存储架、干纤维铺放头、引导装置、定型剂涂覆装置、压实装置、干纤预成形体铺放模具和铺放运动机构；干纤维存储架设置在铺放运动机构上，铺放运动机构能够带动干纤维存储架沿X轴、Y轴或Z轴方向移动；干纤维存储架的下方设置有干纤维铺放头，干纤维铺放头的下方设置有干纤预成形体铺放模具；干纤维存储架和干纤维铺放头之间设置有引导装置；干纤维铺放头出口处设置有压实装置，干纤维铺放头的侧面设置有定型剂涂覆装置。本发明的干纤维丝束铺放解决了预浸丝束窄带不能再面内进行弯曲的问题，减少预浸丝束窄带在铺放过程中存在的褶皱问题。

技术领域

本发明属于复合材料增材制造技术领域，特别涉及一种组合式多通道连续干纤维3D 打印复合材料成形装置。

背景技术

先进复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳、可设计等优点，随着复合材料的广泛应用，如何制造出高性能、满足复合材料结构和型面要求的复合材料构件成为行业中广泛关注的问题。近年来连续纤维自动铺放技术的出现让人们看到了自动铺放技术在复合材料自动化制造领域的巨大应用潜力。自动铺放技术采用增材制造的方式制造树脂基复合材料构件，与常规复合材料的铺叠制造方式具有天然的匹配性。但是目前的连续纤维自动铺放技术所制备的复合材料构件纤维含量较低，且由于树脂和纤维丝束浸润效果差，会形成明显的富树脂区和贫树脂区，从而导致复合材料构件的内部缺陷，无法充分体现复合材料的性能优势。同时，在传统的树脂基复合材料液体成型工艺中，复合材料铺层多采用人工的方式进行铺叠，制造效率较低，也不易实现大型复杂型面复合材料构件的高效自动化制造。目前，复合材料自动化制造工艺应用较多的自动铺丝技术采用具有一定宽度的预浸丝束(常见宽度为6.35mm)，该带状预浸丝束一般采用直线铺叠方式，不易使纤维在铺放模具表面面内进行弯曲。如果型面曲率变化较大，强制预浸丝束弯曲的话，容易产生复合材料预浸料的褶皱和堆积的问题，从而造成产品制造的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式多通道连续干纤维3D打印复合材料成形装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种组合式多通道连续干纤维3D打印复合材料成形装置，包括干纤维存储架、干纤维铺放头、引导装置、定型剂涂覆装置、压实装置、干纤预成形体铺放模具和铺放运动机构；干纤维存储架设置在铺放运动机构上，铺放运动机构能够带动干纤维存储架沿X 轴、Y轴或Z轴方向移动；干纤维存储架的下方设置有干纤维铺放头，干纤维铺放头的下方设置有干纤预成形体铺放模具；干纤维存储架和干纤维铺放头之间设置有引导装置；干纤维存储架出来的干纤维丝束绕过引导装置进入干纤维铺放头；干纤维铺放头的出口对准干纤预成形体铺放模具；干纤维铺放头出口处设置有压实装置，干纤维铺放头的侧面设置有定型剂涂覆装置。

进一步的，压实装置包括压实气缸、压实辊和聚四氟乙烯薄膜；压实辊设置在压实气缸的输出端，压实辊位于干纤预成形体铺放模具的正上方；聚四氟乙烯薄膜包裹在压实辊的外侧。

进一步的，干纤维铺放头包括铺放头体、加热器、第一导向器、导丝通道和第二导向器；铺放头体内贯穿设置有若干导丝通道，导丝通道的一端均设置有第一导向器，另一端均设置有第二导向器；加热器为环形，加热器套设在铺放头体的外侧。

进一步的，引导装置为一组导向轮，将干纤维丝束引导至干纤维铺放头入口处；导向轮表面喷涂有聚四氟乙烯材料涂层。

进一步的，干纤维存储架和引导装置之间设置有用于调节干纤维丝束张力的张力调节装置；干纤维存储架出来的干纤维丝束绕过张力调节装置和引导装置进入干纤维铺放头；张力调节装置包括伺服电机和驱动轴；干纤维存储架内设置有干纤维丝束料筒；驱动轴连接伺服电机的输出端，干纤维丝束料筒设置在驱动轴上，伺服电机控制干纤维丝束料筒的放卷速度。