CN106584839A - 一种多打印头复合材料3d打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多打印头复合材料3D打印机及其打印方法。本发明的3D打印机包括：工作台、多个打印材料滚轮、导轨、加热装置、多个打印头、一对滑轨、位移控制电机和计算机；本发明能够实现多种材料混杂复合材料及功能复合材料3D打印制造，能够通过3D打印软件实现任意形状、任意树脂基复合材料制品3D打印成型，同时能够对制备复合材料的铺层角、纤维含量和材料类型进行精确控制；通过本发明的方法制备复合材料较传统方法更加高效和经济实用；本发明的方法制备的复合材料的力学性能更加优异、材料功能和种类更加完备，能够应用于航空航天、汽车等领域。

Description

一种多打印头复合材料3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术，具体涉及一种多打印头复合材料3D打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印技术是采用自动控制的喷头根据数字模型进行三维制品叠加成形的快速制造技术，又称增材制造技术。3D打印技术具有自动化程度高和快速成型等特点，使其在各个领域得到了广泛的应用，例如3D打印纤维复合材料汽车、火箭、游艇等。然而，现有3D打印机为单个打印头，打印多种材料的混杂复合材料以及功能复合材料时需要更替打印材料，使得打印效率低，打印成型材料中往往含有夹杂，或者需要经常更换打印头，增加了3D打印制作成本。因此，有必要发展一种新型多打印头复合材料3D打印机，提出新的多打印头复合材料3D打印成型方法以提高复合材料3D打印成型速度及减低3D打印成型制备成本。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种多打印头复合材料3D打印机及其打印方法，通过多打印头将不同类型的材料同时挤出，制备多材料混杂复合材料和功能复合材料，提高传统复合材料3D打印成型的速度及减低3D打印成型制备成本，使其能应用于航空航天、汽车工业等领域。

本发明的一个目的在于提出一种多打印头复合材料3D打印机。

本发明的多打印头复合材料3D打印机包括：工作台、多个打印材料滚轮、导轨、加热装置、多个打印头、一对滑轨、位移控制电机和计算机；其中，工作台连接至位移控制电机，工作台能够绕着中心轴旋转，也能够沿着中心轴上下移动；导轨位于工作台的上方，导轨与工作台所在的平面平行；加热装置放置在导轨上，能够沿着导轨的方向前后移动；在加热装置上设置多个打印头；导轨的两端分别设置在一对滑轨上，能够沿着滑轨的方向前后移动；滑轨的方向与导轨的方向垂直，并且滑轨和导轨所在的平面与工作台所在的平面平行；与打印头相对应，设置多个打印材料滚轮，在每一个打印材料滚轮上缠绕一种打印材料，打印材料的末端连接至对应的打印头，不同的打印材料滚轮上缠绕的打印材料的种类不同；导轨、加热装置和位移控制电机分别连接至计算机。

进一步，本发明还包括外框架，工作台设置在外框架内，一对滑轨设置在外框架的顶部。

根据打印材料的类别和功能，设置打印头的数量。每一个打印材料滚轮上缠绕的打印材料采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚醚醚酮PEEK、纤维增强ABS和颗粒增强ABS中的一种。可根据实际需要通过设置多个打印头模型和路径实现多种材料混杂复合材料以及功能复合材料的3D打印。

本发明的另一个目的在于提供一种多打印头复合材料3D打印机的打印方法。

本发明的多打印头复合材料3D打印机的打印方法，包括以下步骤：

1)将导轨、加热装置和位移控制电机分别连接至计算机；

2)将打印材料分别缠绕在各自的打印材料滚轮上，末端连接至相对应的打印头；

3)计算机设置被打印件的模型，以及每一个打印头的打印路径和打印参数，打印参数包括铺层角、纤维含量和材料类型；

4)加热装置对打印头进行加热，将打印材料从相应的打印头中挤出，通过计算机控制导轨和加热装置，从而控制打印头的水平位置，通过计算机控制位移控制电机，带动工作台绕中心轴水平旋转，进行打印；

5)打印完一层后，计算机控制位移控制电机，带动工作台沿中心轴下降一层厚度，继续进行下一层的打印，直至打印完成。

其中，在步骤2)中，根据打印材料的类别和功能，设置打印头的数量。

本发明的优点：

本发明能够实现多种材料混杂复合材料及功能复合材料3D打印制造，能够通过3D打印软件实现任意形状、任意树脂基复合材料制品3D打印成型，同时能够对制备复合材料的铺层角、纤维含量和材料类型进行精确控制；通过本发明的方法制备复合材料较传统方法更加高效和经济实用；本发明的方法制备的复合材料的力学性能更加优异、材料功能和种类更加完备，能够应用于航空航天、汽车等领域。

附图说明

图1为本发明的多打印头复合材料3D打印机的示意图；

图2为本发明的多打印头复合材料3D打印机的打印头内部的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的多打印头复合材料3D打印机包括：外框架1、工作台2、第一打印材料滚轮3、第二打印材料滚轮4、导轨5、加热装置6、第一打印头7、第二打印头8、一对滑轨9、位移控制电机和计算机；其中，工作台2连接至位移控制电机，工作台2能够绕着中心轴旋转，也能够沿着中心轴上下移动；导轨5位于工作台2的上方，导轨与工作台2所在的平面平行；加热装置6放置在导轨上，能够沿着导轨5的方向前后移动；在加热装置6上设置第一和第二打印头7和8，如图2所示；导轨5的两端分别设置在一对滑轨9上，能够沿着滑轨9的方向前后移动；滑轨的方向与导轨的方向垂直，并且滑轨和导轨所在的平面与工作台2所在的平面平行；在第一打印材料滚轮3上缠绕线状的第一打印材料，在第二打印材料滚轮4上缠绕线状的第二打印材料，第一和第二打印材料的末端分别连接至第一和第二打印头；导轨5、加热装置6和位移控制电机分别连接至计算机。在本实施例中，工作台2设置在外框架1内，一对滑轨9设置在外框架1的顶部；第一打印材料滚轮3设置在外框架1的外部，第二打印材料滚轮4设置在外框架1内；第一打印材料采用碳纤维增强ABS，第二打印材料采用玻璃纤维增强ABS。

本发明的多打印头复合材料3D打印机的打印方法，包括以下步骤：

1)将导轨、加热装置和位移控制电机分别连接至计算机；

2)将碳纤维增强ABS缠绕第一打印材料滚轮上，末端连接至第一打印头，将玻璃纤维增强ABS缠绕第二打印材料滚轮上，末端连接至第二打印头；

3)计算机设置被打印件的模型，以及每一个打印头的打印路径和打印参数，打印参数包括铺层角、纤维含量和材料类型；

4)加热装置对打印头进行加热，将打印材料从相应的打印头中挤出，通过计算机控制导轨和加热装置，从而控制打印头的水平位置，通过计算机控制位移控制电机，带动工作台绕中心轴水平旋转，进行打印；

5)打印完一层后，计算机控制位移控制电机，带动工作台沿中心轴下降一层厚度，继续进行下一层的打印，直至打印完成。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种多打印头复合材料3D打印机，其特征在于，所述3D打印机包括：工作台、多个打印材料滚轮、导轨、加热装置、多个打印头、一对滑轨、位移控制电机和计算机；其中，所述工作台连接至位移控制电机，工作台能够绕着中心轴旋转，也能够沿着中心轴上下移动；导轨位于工作台的上方，导轨与工作台所在的平面平行；所述加热装置放置在导轨上，能够沿着导轨的方向前后移动；在加热装置上设置多个打印头；导轨的两端分别设置在一对滑轨上，能够沿着滑轨的方向前后移动；所述滑轨的方向与导轨的方向垂直，并且滑轨和导轨所在的平面与工作台所在的平面平行；与打印头相对应，设置多个打印材料滚轮，在每一个打印材料滚轮上缠绕一种打印材料，所述打印材料的末端连接至对应的打印头，不同的打印材料滚轮上缠绕的打印材料的种类不同；所述导轨、加热装置和位移控制电机分别连接至计算机。

2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，进一步还包括外框架，所述工作台设置在外框架内，一对滑轨设置在外框架的顶部。

3.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，根据打印材料的类别和功能，设置打印头的数量。

4.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述每一个打印材料滚轮上缠绕的打印材料采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚醚醚酮PEEK、纤维增强ABS和颗粒增强ABS中的一种。

5.一种多打印头复合材料3D打印机的打印方法，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：

1)将导轨、加热装置和位移控制电机分别连接至计算机；

2)将打印材料分别缠绕在各自的打印材料滚轮上，末端连接至相对应的打印头；

3)计算机设置被打印件的模型，以及每一个打印头的打印路径和打印参数，打印参数包括铺层角、纤维含量和材料类型；

4)加热装置对打印头进行加热，将打印材料从相应的打印头中挤出，通过计算机控制导轨和加热装置，从而控制打印头的水平位置，通过计算机控制位移控制电机，带动工作台绕中心轴水平旋转，进行打印；

5)打印完一层后，计算机控制位移控制电机，带动工作台沿中心轴下降一层厚度，继续进行下一层的打印，直至打印完成。

6.如权利要求5所述的打印方法，其特征在于，在步骤2)中，根据打印材料的类别和功能，设置打印头的数量。