一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头制造技术

技术编号：43137284 阅读：4 留言：0更新日期：2024-10-29 17:42

本发明专利技术提供一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，包括主体架；其中所述主体架上设有树脂头挤出机构；所述主体架通过双喷头切换机构连接有连续纤维铺放机构；所述连续纤维铺放机构上设有连续纤维剪断机构和送丝张紧配合机构；连续纤维铺放机构包括连续纤维铺放安装板；所述连续纤维铺放安装板的顶部一侧设有纤维张紧安装座；纤维张紧安装座上安装有纤维张紧执行机构；纤维张紧执行机构的端部活动连接有张紧连杆；张紧连杆的另一端连接纤维导向轮；其中纤维导向轮旁设有送丝齿轮；其中送丝齿轮安装在连续纤维铺放安装板上。本发明专利技术将短纤维和连续纤维分时协同打印，无需更换打印设备，彼此之间协同工作，快速自动切换，提高打印的精度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及连续纤维增强复合材料3d打印，尤其涉及一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3d打印头。

技术介绍

1、连续纤维增强热塑性复合材料(cfrtp)是以连续纤维作为增强材料，以热塑性树脂为基体制备的复合材料。连续纤维增强热塑性复合材料构件具有质量轻、高强度、力学性能优异等诸多优点，目前已经在航空航天、国防军工、交通运输、能源等众多领域得到广泛的应用，并向民用领域不断扩展。为兼顾成形表面质量和力学性能，当前连续纤维打印机多采用两个或多个打印头来处理不同类型的材料，如热塑性树脂和连续纤维。双打印头切换的设计允许打印机在打印过程中无缝转换材料，从而实现多材料复合结构的制造。

2、以最为普遍的双打印头协同的切换装置为例，主流方式是利用滑轨或皮带运动装置，通过两个打印头的运动，实现两个打印头相对位置的切换。由于运动切换装置缺乏硬限位，且两个打印头均处于活动状态，这将极大影响打印头在长时间多次切换时的相对位置精度，最终导致多材料匹配成形时的误差。

3、此外，通过送丝齿轮进行连续纤维主动送丝的打印技术，存在连续纤维送丝速度和连续纤维成形速度匹配性的要求。由于喷嘴直径相对连续纤维丝材直径较大的客观限制，在进行长时间多弧度构件打印时，可能出现两者速度不匹配导致最终成形时纤维拖拽、磨损、断裂等失效损伤。而由连续纤维丝材已成形部分拖拽未成形部分的被动拖送丝打印技术虽可一定程度上弱化上述劣势，但较低的数字化控制水平并不适应纤维剪断需求及难以满足复杂路径的连续纤维成形。

技术实现思路</p>

1、为解决上述问题，本专利技术公开了一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3d打印头，连续纤维打印头通过一种具有机械硬限位的切换装置实现相对于位置固定的树脂打印头自动切换，以保障长时间多次切换时双喷头间的相对位置精度。同时设计了一种连续纤维送进夹紧装置，通过匹配连续纤维送丝及剪断动作中对连续纤维丝材夹紧状态的适配，实现连续纤维丝材主动送丝和被动送丝的有机结合，实现连续纤维高质量打印。

2、一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3d打印头，包括主体架；其中所述主体架上设有树脂头挤出机构；所述主体架通过双喷头切换机构连接有连续纤维铺放机构；所述连续纤维铺放机构上设有连续纤维剪断机构和送丝张紧配合机构；连续纤维铺放机构包括连续纤维铺放安装板；所述连续纤维铺放安装板的顶部一侧设有纤维张紧安装座；纤维张紧安装座上安装有纤维张紧执行机构；纤维张紧执行机构上的执行杆的端部活动连接有张紧连杆；张紧连杆的另一端连接纤维导向轮；其中纤维导向轮旁设有送丝齿轮；其中送丝齿轮安装在连续纤维铺放安装板上并通过驱动电机实现转动。

3、进一步的，所述双喷头切换机构包括滑轨、切换滑块、切换电动推杆和随动滚轴；其中所述滑轨和切换电动推杆均固定在所述主体架上；切换电动推杆的伸缩轴与切换滑块连接；切换滑块滑动设置在所述滑轨上且底部连接有随动滚轴；其中随动滚轴与连续纤维铺放安装板上的切换槽相互适配，其中所述切换槽呈倾斜状；最终可实现连线纤维铺放机构相对于树脂头挤出机构在竖直方向上下极限位置处的位置顺滑切换动作。

4、进一步的，连续纤维剪断机构包括固定在所述连续纤维铺放安装板上的剪断机构安装支架、驱动舵机、舵机连杆和剪断刀片；其中驱动舵机安装在剪断机构安装支架上；其中驱动舵机通过舵机连杆与剪断刀片连接。

5、进一步的，所述连续纤维铺放机构和树脂头挤出机构的下方均依次设有多通道水冷模块、加热模块和风冷模块。

6、进一步的，所述多通道水冷模块的后侧连接有水冷接头；所述多通道水冷模块的侧面设有水冷堵头。

7、进一步的，每个所述加热模块由从上到下依次的喉管、加热块和喷嘴组成。

8、进一步的，所述风冷模块包括风冷支架和涡轮风扇；其中涡轮风扇固定在所述风冷支架上。

9、本专利技术的工作原理是：

10、利用切换电动推杆带动切花滑块在滑轨上横向运动，从而带动与切换滑块连接的随动滚轴在切换槽的位置，从而带动整个连续纤维铺放安装板向下运动，这样带动连续纤维铺放机构向下运动，由于切换槽呈倾斜状可以保证，随动滚轴带动连续纤维铺放安装板实现上、下运动，同时在初始状态连续纤维丝材实现送料的过程中，通过送丝张紧配合机构配合带动连续纤维丝材向下送料，通过纤维张紧执行机构带动执行杆运动，从而带动纤维导线轮和送丝齿轮对连续纤维丝材的夹紧输送，当连丝材能够贴合在加工上后，送丝张紧配合机构进行复位，连续纤维丝材加工完成后，驱动舵机带动舵机连杆运动，从而带动剪断刀片进行剪断，然后通过切换电动推杆带动切换滑块复位，从而带动连续纤维铺放安装板向上运动，进行复位，然后树脂头挤出机构进行送料层层叠加。

11、同时不管是短纤维还是连续纤维都是通过水冷模块先降温，然后通过喉管、加热块加热，最后经过喷头喷出。

12、本专利技术的有益效果：

13、1、设计了一种具有机械硬限位的双喷头切换装置，实现连续纤维打印头相对于位置固定的树脂打印头的两种固定位置的自动切换，以保障长时间多次切换时双喷头间的相对位置精度。

14、2、设计了一种连续纤维送进夹紧装置，通过匹配连续纤维送丝及剪断动作中对连续纤维丝材夹紧状态的适配，实现连续纤维丝材主动送丝和被动送丝的有机结合，实现连续纤维高质量打印。

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【技术保护点】

1.一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，包括主体架（1）；其中所述主体架（1）上设有树脂头挤出机构（3）；其特征在于：所述主体架（1）通过双喷头切换机构（2）连接有连续纤维铺放机构（6）；所述连续纤维铺放机构（6）上设有连续纤维剪断机构（7）和送丝张紧配合机构（63）；连续纤维铺放机构（6）包括连续纤维铺放安装板（61）；所述连续纤维铺放安装板（61）的顶部一侧设有纤维张紧安装座（631）；纤维张紧安装座（631）上安装有纤维张紧执行机构（632）；纤维张紧执行机构（632）上的执行杆的端部活动连接有张紧连杆（635）；张紧连杆（635）的另一端连接纤维导向轮（633）；其中纤维导向轮（633）旁设有送丝齿轮（634）；其中送丝齿轮（634）安装在连续纤维铺放安装板（61）上并通过驱动电机（636）实现转动。

2.根据权利要求1所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：所述双喷头切换机构（2）包括滑轨（21）、切换滑块（22）、切换电动推杆（23）和随动滚轴（24）；其中所述滑轨（21）和切换电动推杆（23）均固定在所述主体架（

3.根据权利要求1所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：连续纤维剪断机构（7）包括固定在所述连续纤维铺放安装板（61）上的剪断机构安装支架（71）、驱动舵机（72）、舵机连杆（73）和剪断刀片（74）；其中驱动舵机（72）安装在剪断机构安装支架（71）上；其中驱动舵机（72）通过舵机连杆（73）与剪断刀片（74）连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：所述连续纤维铺放机构（6）和树脂头挤出机构（3）的下方均依次设有多通道水冷模块（80）、加热模块（9）和风冷模块（5）。

5.根据权利要求4所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：所述多通道水冷模块（80）的后侧连接有水冷接头（81）；所述多通道水冷模块（8）的侧面设有水冷堵头（82）。

6.根据权利要求4所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：每个所述加热模块（9）由从上到下依次的喉管（91）、加热块（92）和喷嘴（93）组成。

7.根据权利要求5所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：所述风冷模块（5）包括风冷支架（51）和涡轮风扇（52）；其中涡轮风扇（52）固定在所述风冷支架（51）上。

8.根据权利要求1所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3D打印头，其特征在于：纤维张紧执行机构采用电动推杆。

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【技术特征摘要】

1.一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3d打印头，包括主体架（1）；其中所述主体架（1）上设有树脂头挤出机构（3）；其特征在于：所述主体架（1）通过双喷头切换机构（2）连接有连续纤维铺放机构（6）；所述连续纤维铺放机构（6）上设有连续纤维剪断机构（7）和送丝张紧配合机构（63）；连续纤维铺放机构（6）包括连续纤维铺放安装板（61）；所述连续纤维铺放安装板（61）的顶部一侧设有纤维张紧安装座（631）；纤维张紧安装座（631）上安装有纤维张紧执行机构（632）；纤维张紧执行机构（632）上的执行杆的端部活动连接有张紧连杆（635）；张紧连杆（635）的另一端连接纤维导向轮（633）；其中纤维导向轮（633）旁设有送丝齿轮（634）；其中送丝齿轮（634）安装在连续纤维铺放安装板（61）上并通过驱动电机（636）实现转动。

2.根据权利要求1所述的一种具有树脂与连续纤维协同打印的双切换3d打印头，其特征在于：所述双喷头切换机构（2）包括滑轨（21）、切换滑块（22）、切换电动推杆（23）和随动滚轴（24）；其中所述滑轨（21）和切换电动推杆（23）均固定在所述主体架（1）上；切换电动推杆（23）的伸缩轴与切换滑块（22）连接；切换滑块（22）滑动设置在所述滑轨（21）上且底部连接有随动滚轴（24）；其中随动滚轴（24）与连续纤维铺放安装板（61）上的切换槽（10）相互适配，其中所述切换槽（10）呈倾斜状。

3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：范聪泽，单忠德，宋文哲，郑菁桦，陈意伟，宋亚星，许家勋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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