[发明专利]一种基于焦耳热的复合碳纤维丝材增材装置

说明书

本发明公开了一种基于焦耳热的复合碳纤维丝材增材装置，通过焦耳热电源、送丝机、导电嘴和导电基板组成复合碳纤维丝材成型结构，通过在送丝机出丝口端设置导电嘴，导电嘴与焦耳热电源电源正极连接，将复合碳纤维丝材从送丝机经过导电嘴送出时使复合碳纤维丝材通电；然后在运动平台上设置连接于焦耳热电源负极接导电基板，利用丝材中流过的电流产生的焦耳热使碳纤维丝材在短时间急剧升温将镶嵌在丝材中的热固性树脂熔化然后在基板上冷却沉积，实现了电能转化为碳纤维升温熔化热固性树脂需要的热能，电能直接利用而无需中间多次转化，能实现高利用率、高质量、低成本、绿色环保的碳纤维零件增材制造，本装置结构简单，制造效率高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及复合碳纤维材料增材制造领域，具体涉及一种基于焦耳热的复合碳纤维丝材增材装置。

背景技术

增材制造(additive manufacturing，AM)技术是使用CAD/CAM设计，采用逐层累积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造(切削加工)技术，它是一种材料累积的制造技术。增材制造技术俗称3D打印技术，是近30年快速发展的先进制造技术，其优势在于三维结构的快速和自由制造，被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。迄今为止，大多数增材制造工艺都利用聚合物材料，将聚合物材料逐层地熔化成指定图案以形成3D物体。

碳纤维复合材料作为一种各向异性材料，与金属合金材料相比，具有高比强度、高比模量、可设计强及多功能融合等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶和风力发电等领域。随着新的复合材料制造技术的发展，对于刚度、热传导、电磁等性能的机-电-热一体化的功能调控连续纤维复合材料已经成为航空航天、船舶等领域的迫切需求。

碳纤维复合材料的增材制造已在部分工业化应用领域中得到关注。正是因为碳纤维复合材料具有着极大的研究及应用潜力，因此从提高其打印效率、制件成功率、制件精度等方面出发，对现有设备的工艺屏障及难点进行分析，从而开发研究新的装置和工艺就显得更加意义非凡。

以碳纤维复合材料为打印丝材的增材制造技术具有较多影响打印结果的因素，故而存在一定的缺陷，具体情况如下：现有的复合碳钎维材料3D打印设备采用碳纤维和热固性塑料双打印喷头，其打印结构复杂；使用电阻丝加热和加热块加热等热传导的方式给打印丝材加热，这种打印方式对热量利用效率较低，能量损耗大，成本高。并且现有技术中的复合碳钎维材料3D打印工艺存在制造效率低和制造稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于焦耳热的复合碳纤维丝材增材装置，以克服现有打印结构复杂，打印效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于焦耳热的复合碳纤维丝材增材装置，包括焦耳热电源、送丝机、导电嘴和导电基板，导电嘴固定于送丝机出丝口端，复合碳纤维丝材从送丝机经过导电嘴送出；焦耳热电源的正极连接于导电嘴，焦耳热电源的负极接导电基板，导电基板固定于运动平台上。

进一步的，所述复合碳纤维丝材包括热固性塑料以及包覆于热固性塑料外侧的碳纤维复合层。

进一步的，焦耳热电源的正极通过接线鼻与导电基板连接。

进一步的，送丝机包括送丝机架、送丝从动轮和送丝主动轮，送丝机架上设有进丝孔，送丝从动轮和送丝主动轮设置于送丝机架下端，送丝从动轮和送丝主动轮一侧啮合，送丝从动轮和送丝主动轮的啮合面位于送丝机架的进丝孔下端。

进一步的，送丝从动轮和送丝主动轮均采用绝缘橡胶轮。

进一步的，导电嘴固定于导电嘴安装架下端，导电嘴安装架上端设有送丝孔，导电嘴安装架的送丝孔位于送丝从动轮和送丝主动轮下端。

进一步的，导电嘴安装架上设有螺纹通孔，导电嘴上端设有外螺纹，导电嘴与导电嘴安装架通过螺纹连接，导电嘴与导电嘴安装架之间设有接线鼻。