[发明专利]一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机及方法

权利要求书

1.一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机，其特征在于：包括加工平台、穿丝板结构、纤维树脂多功能喷头；

所述加工平台包括升降电机、联轴器、丝杠、蜗轮、蜗杆、推力轴承、升降平台、喷头移动架、推拉电机、加工平台移动架，升降平台通过丝杠与加工平台下层固定，蜗轮安装在推力轴承之间与蜗杆啮合，蜗杆与升降电机连接，丝杆穿过推力轴承，受蜗轮控制，通过电机运转使蜗杆运动，带动蜗轮转动，控制丝杆的升降，进而控制升降平台的升降；

所述穿丝板结构包括若干单层穿丝板、若干金属连杆、穿丝板传动齿轮、穿丝板电机、裁丝剪，其中，单层穿丝板包括穿丝板上半部分和穿丝板下半部分，穿丝板传动齿轮与第一层穿丝板下半部分啮合，穿丝板电机安装在加工平台上层下表面与穿丝板传动齿轮相对应的位置、可拆卸的裁丝剪安装在工作过程中最上层的穿丝板下半部分上；

所述纤维树脂多功能喷头包括铺丝喷头、热塑性材料喷头、喷头转换器、加热喷头，其中，热塑性材料喷头通过喷头转换器固定在具有z方向自由度的喷头移动架上，喷头移动架与固定在加工平台移动架上的推拉电机采用螺纹连接，加工平台移动架拥有沿x、y方向移动的自由度，加热喷头在该移动架下方位置支出，铺丝喷头与热塑性材料喷头上分别安装传感器；

每层穿丝板上半部分包括360个位错小孔，每两个相邻的位错小孔相距1°，每层穿丝板下半部分包括540个位错小孔，每两个相邻的位错小孔相距2/3°。

2.根据权利要求1所述的一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机，其特征在于：所述穿丝板结构的层数由加工工件的大小来决定，越高层的单层穿丝板直径越小，用于加工尺寸较小的工件；越低层的单层穿丝板直径越大，用于加工尺寸较大的工件，当选用高层的单层穿丝板加工小尺寸工件时，添加高度调节圆片来补偿高底层单层穿丝板之间的高度差；第一层穿丝板下半部分安装在加工平台上层中央，每单层穿丝板上半部分通过楔形结构与该层穿丝板下半部分咬合。

3.根据权利要求1所述的一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机，其特征在于：所述铺丝喷头与热塑性材料喷头上安装的传感器为粘性流体流量传感器，其可实时测试热塑性材料喷出时对应的流量和流速。

4.根据权利要求1所述的一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机，其特征在于：所述铺丝喷头内部包括限位管、压紧轮以及与限位管连接的fluke电流测试仪，可以判断纤维丝是否处于伸直状态，并通过压紧轮保证其处于拉紧伸直状态。

5.权利要求1所述的一种角铺设碳纤维/树脂复合材料制品3D打印机的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、打印开始前，预装碳纤维丝，导入图纸，根据打印目标大小自主选择穿丝板结构层数以及高度调节圆片的尺寸，一旦安装高度调节圆片后，打印过程中无需第二次安装；

步骤2、执行编程好的3D打印程序及数控进给程序，铺丝喷头开始放出一部分碳纤维丝穿过最上层穿丝板上下贯通的位错小孔，启动穿丝板电机使穿丝板下半部分转过1/3°，保证至少有一对位错小孔是上下贯通的，以便将碳纤维丝的一端夹紧；

步骤3、每次穿丝结束，穿丝板下半部分都将转过1/3°，使上下部分下一对位错小孔贯通，同时夹紧已穿过的碳纤维丝，铺丝喷头也会按给定方向进给，重复执行该步骤直至一层碳纤维丝铺设完毕；

步骤4、当一层碳纤维丝全部铺设完毕，关闭穿丝板电机，进行热塑性材料树脂的铺设，当一层的碳纤维丝与树脂全部铺设完毕后，加热喷头开始工作，加速材料凝固，材料凝固后，重新启动穿丝板电机，使穿丝板下半部分按原铺丝方向旋转一周，以便于安装在穿丝板下半部分的裁丝剪剪断与穿丝板相连的同一层纤维丝；

步骤5、待裁丝剪切断碳纤维丝后，反向启动穿丝板电机，使穿丝板下半部分面向步骤3中转动的反方向转动，转动角度为铺设上一层碳纤维丝时转动的角度与裁丝剪剪丝旋转角度之和，使第一对位错小孔恢复贯通状态，同时放松夹紧于穿丝板上下部分间的残留碳纤维丝；

步骤6、启动升降电机，使升降平台下降工件纤维丝单层厚度的高度，以进行下一层的3D打印，重复步骤4、5直至目标工件打印完毕。