[发明专利]连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印方法及打印头

摘要

一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印方法及打印头，该方法可将纤维束与熔融热塑性树脂旋转共混后旋转挤出，挤出线材呈螺旋状；该打印头可将纤维束与热塑性树脂共同通入熔融腔，熔融腔与挤出头内侧有螺旋齿环，两者按相反方向旋转。加热融化后的树脂与纤维共混后，受到双向旋转的螺旋齿环的搅拌，使得纤维由展平状密实地缠绕成螺旋柱状，且树脂沿各纤维取向上均匀分布，随后共混体由挤出口挤出至成型区域冷却固化形成空间实体。本发明可将展平的大丝束纤维作为3D打印工艺的增强体，紧密缠绕的纤维密实程度高，且纤维与基体浸润充分，成型后纤维与树脂分布均匀，因而本发明可大幅提高构件力学性能，改善成型质量。

主权项

1.一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料旋转共混3D打印头，其特征在于: 挤出头连接于熔融腔并绕中轴线旋转，熔融腔也绕中轴线旋转，且挤出头的旋转方向与熔融腔的旋转方向相反；熔融腔与挤出头内侧均有搅拌齿环，纤维束和熔融热塑性树脂受到两级反向旋转的螺旋齿环搅拌作用而均匀共混，且共混体以螺旋状密实缠紧成圆柱丝束，树脂沿纤维取向均匀分布；挤出头挤出材料至成型区域并固化成纤维增强树脂基复合材料；三通送料腔(1)固定于上端支架，其两侧斜向设有热塑性耗材(15)送料管道和送料轮(3)，纵向设有纤维丝束(13)送料管道；三通送料腔(1)用中空滑环(17)和密封轴承(5)与熔融腔(20)连接，特制的管状加热套(7)嵌套于熔融腔(20)外壁，其电极与中空滑环(17)的引脚相连；送料腔(1)和熔融腔(20)外侧均安装有温度传感器(14,8)，熔融腔外侧的温度传感器的导线与滑环(17)引脚连接；熔融腔(20)内壁设有用以搅拌共混体的螺旋状的齿环(19)，外壁顶端设有齿盘(6)，可由电机(16)驱动绕打印头中轴旋转；挤出头(24)与熔融腔(20)用密封轴承(21)连接，其外侧设有齿盘(23)，可由另一电机(9)驱动绕打印头中轴旋转，方向与熔融腔(20)旋转方向相反；挤出头(24)内壁向下收缩，且设有螺旋状的齿环(11)；挤出头(24)尖端外侧有若干高速冷却气流导管(25)固定于上端支架。