[发明专利]一种连续纤维热塑性材料结构件复合增材制造设备

说明书

本发明提供了一种连续纤维热塑性材料结构件复合增材制造设备，包括：工作台；Z轴运动单元，安装在工作台上；打印平台，安装在Z轴运动单元的动力输出端上；XY轴运动单元，安装在工作台上；热塑性材料挤出机构和连续纤维送料机构，安装在XY运动单元的动力输出端上且位于所述打印平台上方；所述打印平台包括：安装架，与所述Z轴运动单元的动力输出端连接；翻转机构，装在安装架上；旋转机构，安装在所述翻转机构上，旋转轴垂直翻转轴；成型托板，安装在旋转机构上；本发明大幅提高热塑性材料增材制造结构件的力学性能，同时解决传统碳纤维复合材料结构件面临制造工艺复杂、生产周期较长、往往需要模具和难以实现复杂结构制造的难题。

技术领域

本发明涉及连续纤维复合材料制造技术领域，特别涉及一种连续纤维热塑性材料结构件复合增材制造设备。

背景技术

在过去几十年里，学术、工业界不断推陈出新，先后发展了多种增材制造技术。其中热塑性材料熔融沉积成型技术因其低成本、易操作而成为目前应用最为广泛的增材制造技术之一。但热塑性材料熔融沉积成型结构件在力学性能方面存在明显不足，大部分打印结构件尚处于“形似”阶段，强度不足极大地限制了其在终端市场的直接应用，特别是对力学强度要求较高的领域。

碳纤维作为国家发展的战略性材料，具有高强度、高刚度、低比重、耐摩擦磨损、可循环回收使用等优异的特性，是新一代高性能轻量化的先进材料，由其制成的复合材料在汽车船舶、航空航天、轨道交通、医疗器械等领域具有重要应用前景。将连续纤维与热塑性材料熔融沉积成型技术相结合，有望大幅提高增材制造结构件的力学性能，同时可解决传统碳纤维复合材料结构件面临制造工艺复杂、生产周期较长、往往需要模具和难以实现复杂结构制造的难题。

但目前关于连续纤维热塑性材料增材制造技术的研究尚处于起步阶段，如申请号为ZL2014103256503的专利文献公开了一种连续长纤维增强复合材料3D打印机及其打印方法；公开号为CN107127972A的专利文献公布了一种连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机；公开号为CN106493946A的专利文献也公布了一种适用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头。

上述专利文献重点解决了如何实现连续碳纤维热塑性材料混合与打印的问题，但由于增材制造技术层层叠加的工艺特点，导致连续纤维复合材料在打印方向上的力学性能较差，是制约增材制造连续纤维复合材料结构件进一步广泛应用的关键问题。此外，与传统增材制造技术相比(如热塑性材料熔融沉积成型、金属粉末激光烧结、树脂光固化等，打印过程中材料是液态或粉末状)，连续纤维复合材料增材制造过程具有其特殊性：由于纤维是连续的，对打印路径有极高的要求，从而导致现有技术在复杂结构件的制造中存在一定的局限性。

发明内容

本发明提供了一种连续纤维热塑性材料结构件复合增材制造设备，可大幅提高热塑性材料增材制造结构件的强度，同时可实现复杂连续纤维热塑性材料结构件的复合增材制造，特别是连续纤维热塑性材料回转体的复合增材制造。

一种连续纤维热塑性材料结构件复合增材制造设备，包括：

工作台；

Z轴运动单元，安装在工作台上；

打印平台，安装在Z轴运动单元的动力输出端上；

XY轴运动单元，安装在工作台上；

热塑性材料挤出机构和连续纤维送料机构，安装在XY运动单元的动力输出端上且位于所述打印平台上方；

所述打印平台包括：

安装架，与所述Z轴运动单元的动力输出端连接；

翻转机构，装在安装架上；

旋转机构，安装在所述翻转机构上，旋转轴垂直翻转轴；

成型托板，安装在旋转机构上。