CN107756787A - 一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3d打印装置 - Google Patents

Abstract

一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，包括喷头，喷头连接在下套筒底部，下套筒顶部外侧和下固定板连接，下套筒顶部穿过下固定板，和上套筒底部连接，上套筒顶部连接上固定板，在上固定板侧边设有料筒，料筒底部通过料筒连接件和上套筒连接，在上套筒、下套筒内腔设有螺杆，螺杆上部通过轴承连接在上套筒内，螺杆的顶端伸出上固定板外；本发明通过螺杆挤出，保留原有的打印过程中同步送料和送纤维的工艺优点，从而实现连续纤维复合材料3D打印的高效率、高精度及高适应性制件。

Description

一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置。

背景技术

3D打印技术是指打印头在程序控制下，按照当前层的截面信息进行材料填充制造，然后再通过层层累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意复杂零件以及拥有较好的打印自由度，在工业生产及日常生活中越来越具有实际应用价值。

连续纤维增强热塑性复合材料的3D打印，作为新近开展的一种高性能打印技术，相比短纤维及长纤维增强复合材料打印具有打印工艺简单、打印周期短、制件部分强度显著提高等优点，已在部分工业化应用领域中得到关注。正是因为连续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，进行现有设备的工艺屏障及难点分析，从而开发研究新的装置和工艺就显得更加意义非凡。

现有的连续纤维复合材料打印大多是在结合传统的FDM工艺基础上进行打印过程中送丝，从而实现制件的，其仍然存在以下难点和问题亟待克服和解决：

一、现有的针对丝材打印的连续纤维增强复合材料3D打印设备依旧采用远程送丝，存在着送丝力小、送丝速度慢等问题，也因此存在着打印过程中喷头易堵塞、打印效率低、精度差等问题；

二、现有的连续纤维复合材料打印***无法同时满足对于丝材、粒料及粉料等多种形态原料的3D打印。比如，欲在针对丝材的打印设备上进行原形态为粉或者粒的原料进行复杂形态打印加工前，必须先进行粒料及粉料的标准丝材挤出制备，这就极大的增大了打印周期及工艺难度，因此，进行多种原料形态的高适应性打印工艺及设备开发就显得极为迫切。

发明内容

为了克服以上技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，能够实现连续纤维复合材料3D打印的高效率、高精度及高适应性制件。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，包括喷头2，喷头2连接在下套筒3底部，下套筒3顶部外侧和下固定板5连接，下套筒3顶部穿过下固定板5，和上套筒4底部连接，上套筒4顶部连接上固定板6，在上固定板6侧边设有料筒8，料筒8底部通过料筒连接件7和上套筒4连接，在上套筒4、下套筒3内腔设有螺杆1，螺杆1上部通过轴承9连接在上套筒4内，螺杆1的顶端伸出上固定板6外。

所述的上套筒4分别与上固定板6、与下固定板5和下套筒3均通过螺纹孔对齐，用螺栓来实现相对固定连接，保证上固定板上螺纹通过孔601、上套筒螺杆配合孔401、下固定板螺杆通过空501以及下套筒螺杆配合孔302四孔的中轴线重合，并偏心分布于同一侧，同时保证螺杆1在其轴承内接段101与轴承9内径配合，上套筒4的纤维送入孔402与下套筒3的纤维通过孔301分布在同一侧，其中纤维通过孔301与下套筒3和上套筒4的外壁同中心轴分布。

所述的上套筒4一侧与料筒连接件7通过螺纹孔配合实现相对固定连接，料筒连接件7通过螺纹孔配合实现与料筒8的相对固定连接，保证原料依次通过料筒8上的入料孔801、料筒连接件7上的连接件过料孔701和上套筒4上的上套筒过料孔403。

一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：

1)将热塑性原料投放入料筒8的入料孔801，然后依次通过连接件过料孔701、上套筒过料孔403从而与螺杆1接触，在螺杆1旋转作用下挤压推进；同时，连续纤维则依次通过纤维送入孔402、纤维通过孔301，最终与喷头2内部熔融态原料结合；

2)通过挤出口201实现连续纤维复合材料的挤出，在配合***控制打印基板在X、Y、Z平面内的运动下，从而实现复合材料的螺杆挤出打印制件。

本发明的有益效果为：

本发明针对现有连续纤维复合材料的挤出成形中送丝力小、制件效率低、原料形态约束大等缺点，通过螺杆挤出，保留原有的打印过程中同步送料和送纤维的工艺优点，从而实现连续纤维复合材料3D打印的高效率、高精度及高适应性制件，从而对于挤出成形材料的3D打印有着非常大的影响和意义

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的拆分示意图。

图3是上套筒4的剖面图。

图4是下套筒3的结构示意图，其中图b为图a的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，包括喷头2，喷头2连接在下套筒3底部，下套筒3顶部外侧和下固定板5连接，下套筒3顶部穿过下固定板5，和上套筒4底部连接，上套筒4顶部连接上固定板6，在上固定板6侧边设有料筒8，料筒8底部通过料筒连接件7和上套筒4连接，在上套筒4、下套筒3内腔设有螺杆1，螺杆1上部通过轴承9连接在上套筒4内，螺杆1的顶端伸出上固定板6外。

参照图2、图3和图4，所述的上套筒4分别与上固定板6、与下固定板5和下套筒3均通过螺纹孔对齐，用螺栓来实现相对固定连接，连接过程中需保证上固定板上螺纹通过孔601、上套筒螺杆配合孔401、下固定板螺杆通过空501以及下套筒螺杆配合孔302四孔的中轴线重合，并偏心分布于同一侧，用于通过螺杆1实现配合；连接时保证螺杆1在其轴承内接段101与轴承9内径配合，上套筒4的纤维送入孔402与下套筒3的纤维通过孔301分布在同一侧，其中纤维通过孔301与下套筒3和上套筒4的外壁同中心轴分布。

参照图1、图2和图3，所述的上套筒4一侧与料筒连接件7通过螺纹孔配合实现相对固定连接，料筒连接件7通过螺纹孔配合实现与料筒8的相对固定连接，从而保证原料能依次顺畅地通过料筒8上的入料孔801、料筒连接件7上的连接件过料孔701和上套筒4上的上套筒过料孔403。

参照图1、图2和图4一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：

1)将热塑性原料投放入料筒8的入料孔801，然后依次通过连接件过料孔701、上套筒过料孔403从而与螺杆1接触，在螺杆1旋转作用下挤压推进；同时，连续纤维则依次通过纤维送入孔402、纤维通过孔301，最终与喷头2内部熔融态原料结合；

2)通过挤出口201实现连续纤维复合材料的挤出，在配合***控制打印基板在X、Y、Z平面内的运动下，从而实现复合材料的螺杆挤出打印制件。

Claims (4)

1.一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，包括喷头(2)，其特征在于：喷头(2)连接在下套筒(3)底部，下套筒(3)顶部外侧和下固定板(5)连接，下套筒(3)顶部穿过下固定板(5)，和上套筒(4)底部连接，上套筒(4)顶部连接上固定板(6)，在上固定板(6)侧边设有料筒(8)，料筒(8)底部通过料筒连接件(7)和上套筒(4)连接，在上套筒(4)、下套筒(3)内腔设有螺杆(1)，螺杆(1)上部通过轴承(9)连接在上套筒(4)内，螺杆(1)的顶端伸出上固定板(6)外。

2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，其特征在于：所述的上套筒(4)分别与上固定板(6)、与下固定板(5)和下套筒(3)均通过螺纹孔对齐，用螺栓来实现相对固定连接，保证上固定板上螺纹通过孔(601)、上套筒螺杆配合孔(401)、下固定板螺杆通过空(501)以及下套筒螺杆配合孔(302)四孔的中轴线重合，并偏心分布于同一侧，同时保证螺杆(1)在其轴承内接段(101)与轴承(9)内径配合，上套筒(4)的纤维送入孔(402)与下套筒(3)的纤维通过孔(301)分布在同一侧，其中纤维通过孔(301)与下套筒(3)和上套筒(4)的外壁同中心轴分布。

3.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置，其特征在于：所述的上套筒(4)一侧与料筒连接件(7)通过螺纹孔配合实现相对固定连接，料筒连接件(7)通过螺纹孔配合实现与料筒(8)的相对固定连接，保证原料依次通过料筒(8)上的入料孔(801)、料筒连接件(7)上的连接件过料孔(701)和上套筒(4)上的上套筒过料孔(403)。

4.一种连续纤维增强复合材料螺杆挤出3D打印装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将热塑性原料投放入料筒(8)的入料孔(801)，然后依次通过连接件过料孔(701)、上套筒过料孔(403)从而与螺杆(1)接触，在螺杆(1)旋转作用下挤压推进；同时，连续纤维则依次通过纤维送入孔(402)、纤维通过孔(301)，最终与喷头(2)内部熔融态原料结合；

2)通过挤出口(201)实现连续纤维复合材料的挤出，在配合***控制打印基板在X、Y、Z平面内的运动下，从而实现复合材料的螺杆挤出打印制件。