[发明专利]增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印方法及装置

说明书

本发明公开了一种增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印方法及装置，装置包括：三维运动机构；浆料输送机构，包括：料筒，用于装载打印浆料；打印浆料为半流体或膏状混合物，包括基体材料、增强相及辅助试剂体系；加压装置，用于提供挤出打印浆料的推力；喷嘴旋转机构，设置于料筒的底部；计算机控制系统，用于控制三维运动机构、浆料输送机构和喷嘴旋转机构。通过控制喷嘴旋转机构驱动喷嘴旋转，可使喷嘴内打印浆料产生周向剪应力场，使打印浆料在挤出时产生剪切流变效应，并使增强相沿浆料打印路径呈螺旋状排列且定位可控，有针对性地改善打印制品的整体或局部力学性能，以制备具有特殊力学特性的复合材料构件。

技术领域

本发明涉及打印技术领域，尤其涉及的是一种增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置。

背景技术

增强复合材料相较于传统材料具有机械性能优异、比重小、耐磨、耐高温、热膨胀系数低等特点。被广泛应用于制备飞行器、汽车及精密机械中的关键结构部件。制备兼具轻质、高强韧性、抗冲击的复合材料构件能够提高其综合性能和服役寿命，减少资源、能源的损耗。满足上述特性的复合材料构件通常具有复杂的跨尺度梯度复合结构。

直写成型3D打印是一种制备具有复杂结构复合材料构件的常用方法。但现有技术打印精度偏低，对于尺度远小于喷嘴直径且无特殊场响应特性的常规增强相，其排列方式难以控制，所制备的复合材料构件产品中的增强相呈无规则排列，微观尺度的力学性能不稳定，从而会影响复合材料构件的宏观力学性能和服役寿命，进而限制其应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置，旨在解决现有技术中由于增强相在打印实体中呈无规则排列导致其微观力学性能不稳定的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置，其中，包括：

三维运动机构；

浆料输送机构，设置于所述三维运动机构；所述浆料输送机构包括：

料筒，设置于所述三维运动机构并用于装载打印浆料；所述打印浆料为半流体或膏状混合物，包括基体材料、增强相及辅助试剂体系；

加压装置，设置于所述料筒并用于提供挤出打印浆料的推力；

喷嘴旋转机构，设置于所述料筒的底部；

计算机控制系统，分别与所述三维运动机构、所述浆料输送机构和所述喷嘴旋转机构连接，并用于控制所述浆料输送机构、所述喷嘴旋转机构和所述三维运动机构。

所述的增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置，其中，所述喷嘴旋转机构包括：

连接件，与所述料筒转动连接；

鲁尔接头，设置于所述连接件；

喷嘴，设置于所述鲁尔接头；

旋转驱动装置，设置于所述三维运动机构并用于驱动所述连接件转动并带动所述喷嘴转动以使所述增强相可沿浆料打印路径呈螺旋状排列且定位可控；

所述的增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置，其中，所述旋转驱动装置包括：

旋转驱动件，设置于所述三维运动机构；

带轮，设置于所述旋转驱动件的转轴；

同步带，所述同步带的两端分别与所述连接件、所述带轮连接。

所述的增强相排列可控的复合材料直写成型3D打印装置，其中，所述三维运动机构包括：

基座；