CN114407358A - 一种多自由度连续复合纤维材料3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机，包括三棱柱机架，在三棱柱机架的内部设置有喷嘴机构和打印平台，喷嘴机构通过第一运动机构与三棱柱机架相连，其上设置有测距模块和剪切机构，打印平台与第二运动机构相连，测距模块用于测量喷嘴机构和打印平台之间的距离信息，剪切机构用于对喷嘴机构喷出的连续复合纤维丝材进行剪切，第二运动机构用于带动打印平台绕XYZ轴方向转动，第一运动机构用于带动喷嘴机构在XYZ轴方向的运动，处理器通过第一运动机构、第二运动机构调整喷嘴机构、打印平台的位姿，同时接收距离信息进一步调整喷嘴机构的位姿，确保喷嘴机构的喷嘴始终与打印平台平行，再结合剪切机构完成对复杂产品的打印。
Description
技术领域
本发明属于增材制造的技术领域，具体涉及一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机。
背景技术
随着技术水平的不断发展，增材制造的逐渐成熟，越来越多的高性能材料被应用于增材制造。碳纤维作为一种高性能复合材料，具有轻质化、高强度、高模性、热膨胀系数小、耐腐蚀、导热性好、耐磨损、耐高温等一系列优点，而被广泛应用于航天航空、汽车制造、运动器材、衡量器具、集热导热材料等领域，其优异的性能当然会被用于进行增材制造的研究与应用。
连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料，密度低、强度高，开展复合材料空间3D打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造，具有重要意义。碳纤维的引入，不仅提高了打印件的刚性强度，而且结晶度更均匀，同时分析了碳纤维引入和打印方向对于打印件微观结构组成、打印件受力断裂模式，这些都有利于大型部件的制造。同时，可以观察到运用3D打印机通过改变打印方向和打印参数，除打印件具有优异的力学性能，还具有较为光滑的表面，这就是碳纤维/玻璃纤维复合材料的诞生以及应用推广的关键点。碳纤维复合材料具有多种优势-工程材料可用于制造智能产品，并在设计时提供无限的灵活性。
FDM，也称为熔融沉积成型技术，是至今为止最容易采纳和运用最广泛的3D打印技术。FDM 3D打印技术依照软件分析得出的坐标喷射出热塑性金属丝，并从下到上逐层构建零件，这项印刷技术主要依靠ABS，PC，尼龙热塑性线材为原料，操作方便，体积小，使用方便，适合办公环境。印刷零件具有良好的耐热性和化学强度，它可以实现复杂的几何形状和腔体，这是传统技术无法实现的。此外，FDM 3D打印技术减少了零件加工中的繁琐过程，方便随时更改设计，降低了生产所需的费用，答覆地减少了生产周期。专业级FDM打印机主要定位于中小型企业和专业生产领域，其具有消费级设备的尺寸，但可打印PC、PA等工程塑料甚至纤维增强材料，适合制造具有高强度、耐用性和刚度的功能性原型以及最终用途零件。
当前基于熔丝挤出成形(FDM)的碳纤维3D打印工艺成形表面精度较低,在打印模型过程中，产品容易出现断层、变形翘曲、纤维脱落、纤维中断等缺陷。FDM 3D打印工艺在成形具有连续纤维的跨越结构、延伸结构等悬浮特征的零件时，纤维零件容易出现变形、扭曲、塌陷等一系列问题，导致最终打印失败，另外打印一些小角度特征时台阶效应比较明显，很大程度导致表面精度比较低。
发明内容
本发明提供了一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机，在现有FDM 3D打印结构中加入并联运动机构、剪切机构，构建紧凑型6自由度连续纤维3D打印机，对于具有非规则曲面复杂结构的零件，可以实现沿法线方向垂直于曲面表面进行熔丝挤出，提高3D打印曲面效果精度，满足切片轮廓会出现孤岛、中断、多个环等特殊要求，提高打印过程中碳纤维零件的表面精度、提高整体打印效率、降低中断穿丝过程，结果表明设计的结构满足其碳纤维3D打印高精度打印工艺要求，并且结构紧凑、制造成本低。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机，包括三棱柱机架，在所述三棱柱机架的内部设置有喷嘴机构和打印平台，所述喷嘴机构通过第一运动机构与三棱柱机架相连，其上设置有测距模块和剪切机构，所述打印平台与第二运动机构相连，所述喷嘴机构、测距模块、剪切机构、第一运动机构和第二运动机构均与处理器相连，
所述测距模块用于测量喷嘴机构和打印平台之间的距离信息，所述剪切机构用于对喷嘴机构喷出的连续复合纤维丝材进行剪切，所述第二运动机构用于带动打印平台绕X、Y和Z轴方向转动，所述第一运动机构用于带动喷嘴机构在X、Y和Z轴方向的运动，所述处理器通过第一运动机构、第二运动机构调整喷嘴机构、打印平台的位姿，同时接收距离信息，借助第一运动机构进一步调整喷嘴机构的位姿，确保喷嘴机构的喷嘴始终与打印平台平行，执行打印作业，保障打印质量，再结合剪切机构，完成对复杂产品的打印。
进一步，所述喷嘴机构包括加热腔，所述加热腔的顶部设置有与复合纤维丝材配合的开口，底部通过加热器与喷嘴连通，其腔体外侧设置有栅格式冷却塔和散热器，在所述开口的旁边设置有近端送丝机构，所述加热器对加热腔进行加热，以便将加热腔内部的复合纤维丝材加热至熔融状，其侧面设置有测距模块，
在所述开口的上方、三棱柱机架的顶部设置有远端送丝机构，所述远端送丝机构用于将复合纤维丝材不间断输送至开口处，所述近端送丝机构用于向开口处的复合纤维丝材施加作用力，以挤压加热腔内部熔融状的复合纤维丝材从喷嘴挤出。
进一步，所述远端送丝机构包括相互配合的主动齿轮和从动齿轮，其齿尖均设置有与复合纤维丝材配合的凹口，分别来自主动齿轮和从动齿轮的两个凹口一起组成与复合纤维丝材接触的摩擦面通道，所述主动齿轮的中心轴与丝材输送电机的输出轴相连，所述从动齿轮采集惰性齿轮结构，与主动齿轮配合共同输送复合纤维丝材；
所述近端送丝机构采用一对加持轮输送复合纤维丝材进入开口处。
进一步，所述第一运动机构包括三组并联支链，每组并联支链的一端分别通过滑块与三棱柱机架的一个支柱相连，所述滑块与并联支链的一端通过球形转动副连接，且能够沿支柱上的滑轨移动，每组并联支链的另一端分别通过球形转动副与六边形支架的顶角连接；
每组并联支链均包括平行设置的两个连杆，两个连杆的一端均通过转动副与滑块的一侧连接，另一端分别通过转动副与六边形支架的顶角连接；
所述六边形支架与加热腔的顶部连接，其顶部也设置有与开口对应连通的通孔。
进一步，所述测距模块设置为激光测距传感器。
进一步，所述剪切机构包括与喷嘴机构相连的安装板，在所述安装板的底部与平行设置的两个导向柱的一端连接，两个导向柱的另一端与纵向滑块连接，在所述纵向滑块的一侧设置有滑轨，在所述滑轨上设置有两个横向滑块，每个所述横向滑块均与伸缩杆的一端连接，两个伸缩杆的另一端分别与对称式的左刀刃和右刀刃连接，所述纵向滑块与第一气动驱动机构相连，所述第一气动驱动机构用于带动纵向滑块沿喷嘴内部复合纤维丝材的挤出方向即Z轴方向运动，每个所述横向滑块均与第二气动驱动机构相连，所述第二气动驱动机构用于带动两个横向滑块沿垂直于复合纤维丝材的挤出方向即X轴方向相向运动，从而带动与之连接的左刀刃和右刀刃对复合纤维丝材进行剪切作业，所述伸缩杆用于带动左刀刃或者右刀刃沿X轴方向运动，从而带动左刀刃或者右刀刃移动至喷嘴下方的出丝位置或者从喷嘴下方的出丝位置缩回。
进一步，所述第二运动机构包括设置在打印平台和三棱柱机架底面之间的六个电动推杆，它们间隔60度设置共同围成一个圆柱体，两两成一组，共三组，每组电动推杆的一端通过球形转动副与打印平台的底面连接，另一端通过虎克铰与三棱柱机架的底面连接。
本发明有益的技术效果如下：
采用Kossel并联机构与三自由度电动推杆并联结构的打印平台进行结合，组成六自由度并联平台，使得打印喷嘴可以实现XYZ三个方向运动，打印平台也可以做绕XYZ轴的旋转运动，同时借助测量模块，确保喷嘴机构和打印平台始终平行，通过6自由度的运动实现连续限位打印任意零件时，实现沿表面曲面打印以及三维空间上连续打印避免出现孤岛打印情况，以提高零件表面精度、提高打印效率和质量，降低打印中断次数等；
并且，当打印某些复杂模型或多个模型时，根据这种模型进行切片，产生的切片轮廓会出现孤岛、中断、多个环等特点，借助剪切机构对连续纤维熔融丝材进行剪断，避免导致纤维连在这些孤岛的边界处，造成零件中间没有分离而出现变形翘曲等问题。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图一；
图2为本发明的总体结构示意图二；
图3为本发明的第一运动机构结构示意图；
图4为本发明的喷嘴机构的结构示意图；
图5为本发明的近端送丝机构的总体结构示意图；
图6为本发明的远端送丝机构的总体结构示意图；
图7为本发明的远端送丝机构内部结构示意图；
图8为本发明的剪切机构的结构示意图；
其中，1-三棱柱机架，2-喷嘴机构，21-六边形支架，22-开口，23-加热器，24-喷嘴，25-栅格式冷却塔，26-散热器，3-打印平台，4-第一运动机构，5-测距模块，6-剪切机构，61-安装板，62-导向柱，63-纵向滑块，64-横向滑块，65-伸缩杆，66-左刀刃，67-右刀刃，7-第二运动机构，8-近端送丝机构，9-远端送丝机构，91-丝材输送电机，92-主动齿轮，93-从动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
连续纤维3D打印机成形设备通常由送丝机构、喷嘴、工作台、运动机构以及控制***组成。成形时，丝状材料通过送丝机构不断地运送到喷嘴，连续纤维丝材材料在喷嘴中加热到熔融态，计算机根据分层截面信息控制喷嘴沿一定的路径和速度进行移动，熔融态的纤维材料从喷嘴中被挤出并与上一层的纤维材料粘结在一起，在空气中冷却凝固，每成形一层，工作台或者喷嘴上下移动一层的距离继续填充下一层，如此反复，直到成形完成整个工件的成形。但是当工件的轮廓变化比较大时，前一层强度不足以支撑当前层，需设计适当支撑，保证模型顺利成形。
为此，本发明提供了一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机，如图1-8所示，包括三棱柱机架1，在三棱柱机架1的内部设置有喷嘴机构2和打印平台3，该喷嘴机构2通过第一运动机构4与三棱柱机架1相连，其上设置有测距模块5和剪切机构6，该打印平台3与第二运动机构7相连，该喷嘴机构2、测距模块5、剪切机构6、第一运动机构4和第二运动机构7均与处理器相连，该测距模块5用于测量喷嘴机构2和打印平台之间3的距离信息，该剪切机构6用于对喷嘴机构2喷出的连续复合纤维丝材进行剪切，该第二运动机构7用于带动打印平台3绕X、Y和Z轴方向转动，该第一运动机构4用于带动喷嘴机构2在X、Y和Z轴方向的运动，该处理器通过第一运动机构4、第二运动机构7调整喷嘴机2构、打印平台3的位姿，同时接收距离信息，借助第一运动机构4进一步调整喷嘴机构2的位姿，确保喷嘴机构2的喷嘴始终与打印平台3平行，执行打印作业，保障打印质量，再结合剪切机构6，完成对复杂产品的打印。具体如下：
首先，本发明设计了基于Kossel并联结构的连续复合纤维熔融喷嘴挤出结构，如图3和4所示，该结构包括第一运动机构4和喷嘴机构2，该第一运动机构4包括三副滑动机构、三组并联支链，这三副滑动机构分别通过球形转动副与三组并联支链的一端连接，这三组并联支链的另一端均通过球形转动副与喷嘴机构2连接，这三副滑动机构分别设置在三棱柱机架1的三个支柱上，可以在支柱上设置导轨，该导轨与滑块配合，组成滑动机构，为了保证移动的同步性，可以采用同步传送带结构即电动机带动同步带运动，而同步带固定连接在滑块上，同步带可在Z向驱动电机的旋转下沿Z轴上下运动，继而带动连接块沿着Z向导轨进行Z向运动，最终实现平行连杆的上下运动；每组并联支链均包括平行设置的两个连杆，每个连杆的端部均呈球体结构，其一端的球体结构和滑块两侧的球形轴承配合，另一端的球体结构与喷嘴机构2中的六边形支架顶角的球形轴承配合，分别组成球形转动副，如图2所示，这样，每个滑块均可以同时独立移动，从而带动喷嘴机构2可以移动给定空间范围内的任何位置进行移动。记三个支柱上的三个滑块分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，以喷嘴机构向X轴方当滑块Ⅰ向上移动，滑块Ⅱ、Ⅲ同时向下运动，则能够带动喷嘴机构向靠近滑块Ⅰ方向移动，若以向靠近滑块Ⅰ方向的移动为X轴方向，则可以实现沿X轴方向运动，若此时将滑块Ⅰ再继续向上移动，则可以控制喷嘴机构绕X轴方向的转动；采用上述类似的控制方式，就可以实现Y轴方向的运动；如果三个滑块同时移动并共同工作，喷嘴机构可以在垂直平面上移动，即实现Z轴方向运动，从而实现喷嘴机构沿XYZ轴三个方向上的运动控制。在打印过程中，通过喷嘴机构的熔融挤出来实现纤维材料的丝材连续熔融挤出。
在本发明中，采用连续纤维丝材进行熔融加热挤出，其连续纤维丝材主要基于聚合物包覆纤维丝形成一种复合的可加热的丝材。目前，本发明使用了两种主要类型的熔融材料，一种是聚乳酸PLA包覆连续纤维丝材，另一个是ABS树脂包覆连续纤维丝材，ABS树脂可以是研磨，有色，缝制，冲击，耐热，熔融温度约为210摄氏度；聚乳酸PLA是那种在特定条件下可以降解的生物材料。PLA低于ABS溶解度点，可以在180摄氏度下挤压，冷却后非常坚硬。为了提高产品质量，压制后，必须用于冷却风扇和喷嘴，其丝材直径为1.65mm与2mm。在本发明中优先使用2mmPLA包覆的连续纤维丝材。
如图4所示，该喷嘴机构2包括加热腔，该加热腔的顶部与六边形支架21连接，其上均设置有与复合纤维丝材配合的开口22，两者是连通的，该加热腔的底部通过加热器23与喷嘴24连通，其腔体外侧设置有栅格式冷却塔25和散热器26，在开口22的旁边设置有近端送丝机构8，该加热器23对加热腔进行加热，以便将加热腔内部的复合纤维丝材加热至熔融状，其侧面设置有测距模块5，在开口22的上方、三棱柱机架1的顶部设置有远端送丝机构9，该远端送丝机构9用于将复合纤维丝材不间断输送至开口22处，该近端送丝机构8用于向开口22处的复合纤维丝材施加作用力，以挤压加热腔内部熔融状的复合纤维丝材从喷嘴24挤出。
如图5所示，该近端送丝机构8采用一对加持轮输送复合纤维丝材进入开口处，在温度达到丝材的软化点之前，材料与加热腔之间有一段间隙不变的区域，称其加料段，加料段中，刚***的丝材和已熔融的物料共存，尽管料丝已开始被加热，但仍能保持固体时的物性，己熔融的物料则呈流体特性；由于间隙较小，已熔融的物料只有薄薄的一层，包裹在料丝外，此处的熔料不断受到加热腔的加热，能够及时将热量传递给丝材，熔融物料的温度可视为不随时间变化，又因为熔体层厚度较薄，熔体内各点的温度近似视为相等，随着单丝表面温度升高，物料熔融，形成一段直径逐渐变细直到完全熔融的区域，称为熔化段；在物料被挤出口模之前，有一段完全由熔融物料充满机筒的区域，称为熔融段，在这个过程中，丝材本身既是原料，又要起到活塞的作用，从而把熔融态的材料从喷嘴中挤出。
在加热腔的外侧设置有格栅式冷却塔25，其目的是为了冷却由下方加热器23传递上来的热量，以保持PLA纤维丝材不至被加热以影响熔融状丝材的挤出，同时为了加快冷却，在侧方还安装有一个散热风扇，以形成强制对流风以加速冷却。
如图6-7所示，在复合纤维丝材输送到喷嘴机构2之前，需利用丝材输送电机进行控制输送的长度即为远端送丝机构9，具体为丝材输送电机91的输出轴安装有一个主动齿轮92，主动齿轮92对面安装有一个固定的从动齿轮93即为旋转惰轮，主动齿轮92和旋转惰轮中间有一个很小的间隙构成一个输送通道即在主动齿轮和旋转惰轮的齿尖均设置有与复合纤维丝材配合的凹口，分别来自主动齿轮92和从动齿轮93的两个凹口一起组成与复合纤维丝材接触的摩擦面通道。当丝材输送电机91按计算机控制进行一定角度旋转时，带动主动齿轮92旋转，齿轮旋转则带动丝材沿摩擦通道进行向下的输送，其输送距离长短与电机旋转度数一一对应，旋转度数大则距离长，这样就可以根据预打印的材料路径长短来精确控制纤维丝材的输送距离了。
该第二运动机构7也采用并联机构结构，包括设置在打印平台3和三棱柱机架1底面之间的六个电动推杆，它们间隔60度设置共同围成一个圆柱体，两两成一组，共三组，每组电动推杆的一端通过球形转动副与打印平台3的底面连接，另一端通过虎克铰与三棱柱机架1的底面连接。该电动推杆可在微型电机的控制下自由伸缩，从而带动打印平台3的三个方向的摆动，具体以打印平台3绕X轴旋转为例，当1#组微型电机反向运动时，1#组两个电动推杆将收缩，此时2#组和3#组两个微型电机需要相应的正向运动，但2#组两微型电机运动角度有一定的差异，3#组两个微型电机运动角度也有一定的差异，具体可根据打印平台3的旋转角度的逆运算来解算出六个微型电机的正反向运动角度，总之，本发明的第二运动机构7通过控制六个电微型机的差异化运动实现打印平台3的任意角度摆动，也即沿XYZ三个轴的任意旋转运动，因此在空间上就可以实现打印平台3三个自由度的并联摆动运动。
由于连续纤维在打印过程中是连续的熔融丝材，然后按照连续轨迹进行熔融挤出再粘接在前一层的层面上，但当打印某些复杂模型或多个模型时，根据这种模型进行切片，产生的切片轮廓会出现孤岛、中断、多个环等特点，由于连续纤维是连续挤出的，若在打印时碰到这种有孤岛、中断、多环等特点的切片轮廓时，打印路径计算出来是有中断的，若不对连续纤维熔融丝材进行剪断，则会导致纤维连在这些孤岛的边界处，造成零件中间没有分离而出现变形翘曲等问题。因此，本发明设计了一套在喷嘴下方能够沿三个方向进行伸缩、移动的对称式刀刃剪切机构。
如图8所示，该剪切机构6包括与喷嘴机构2相连的安装板61，在安装板61的底部与平行设置的两个导向柱62的一端连接，两个导向柱62的另一端与纵向滑块63连接，在纵向滑块63的一侧设置有滑轨，在滑轨上设置有两个横向滑块64，每个横向滑块64均与伸缩杆65的一端连接，两个伸缩杆65的另一端分别与对称式的左刀刃66和右刀刃67连接，该纵向滑块63与第一气动驱动机构相连，该第一气动驱动机构用于带动纵向滑块63沿喷嘴内部复合纤维丝材的挤出方向即Z轴方向运动，每个横向滑块64均与第二气动驱动机构相连，该第二气动驱动机构用于带动两个横向滑块64沿垂直于复合纤维丝材的挤出方向即X轴方向相向运动，从而带动与之连接的左刀刃66和右刀刃67对复合纤维丝材进行剪切作业，该伸缩杆65用于带动左刀刃66或者右刀刃67沿X轴方向运动，从而带动左刀刃66或者右刀刃67移动至喷嘴24下方的出丝位置或者从喷嘴24下方的出丝位置缩回。其工作过程如下：
1、计算填丝路径；
2、当计算出的丝材路径非连续需要中断时，暂停喷嘴机构并抬高喷嘴10mm；
3、此时先利用外部气压压力将④底部滑动块沿⑤底部垂直移动导柱进行向下移动5mm，以便剪切刀刃可以在喷头喷嘴的下方；
4、左右刀刃分别在外部气压的压力下沿②伸缩杆向喷头喷嘴下方移动，同时在外部气压作用下张开③刀刃横向移动滑块，以便刀刃刚好移动到喷嘴下方的出丝位置；
5、当距离调整好后，调整外部气压收紧③刀刃横向移动滑块，刀刃在横向滑块的带动下瞬间紧贴在一起，然后通过剪切力将连续纤维丝材剪断。
当以上剪断过程执行完后，再以反向动作回收剪断机构，然后根据下一个挤出路径进行连续融丝挤出运动。
为了测量喷嘴机构2与打印平台3之间的平行度，以及实时测量连续纤维熔融挤出后粘接在前一层面上后的高度，进而补偿喷嘴在打印运动过程中的打印高度，因此本发明设计测距模块4并按照在喷嘴机构2的加热器23侧面，该测距模块4采集激光测距传感器，将激光聚焦平面设置和喷嘴24的吐丝平面重合，以保证吐丝高度为零点高度，使本发明具备实时测量融丝高度并反馈控制的功能。具体控制方法如下：
首先，通过数据采集卡实时获取激光测距传感器的信号输出，如果信号为正，通过数据转换公式进行计算测距高度，即测距高度为正，则表明喷嘴高度离绝对零点高度有一定的抬高间隙，会对连续纤维挤出后不能牢固粘接在当前层面上照成分层或脱层现象，造成后续打印失败，因此控制***要立即发出指令将喷嘴向Z反方向运动以补偿这个抬高间隙，保证在下一秒喷头吐丝高度回归正常零位高度；若信号为负，再通过数据转换公式进行计算测距高度，此时算出来测距高度为负值，则表明喷嘴高度离绝对零点高度有一定的挤压间隙或压缩间隙，会对正在打印的连续纤维层面照成挤压剐蹭，将已打印的层面破坏掉，因此控制***要立即发出指令将喷嘴向Z正方向运动以消除这个挤压间隙，保证在下一秒喷嘴吐丝高度回归正常零位高度，以保证正常连续融丝挤出成形。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：包括三棱柱机架，在所述三棱柱机架的内部设置有喷嘴机构和打印平台，所述喷嘴机构通过第一运动机构与三棱柱机架相连，其上设置有测距模块和剪切机构，所述打印平台与第二运动机构相连，所述喷嘴机构、测距模块、剪切机构、第一运动机构和第二运动机构均与处理器相连，
所述测距模块用于测量喷嘴机构和打印平台之间的距离信息，所述剪切机构用于对喷嘴机构喷出的连续复合纤维丝材进行剪切，所述第二运动机构用于带动打印平台绕X、Y和Z轴方向转动，所述第一运动机构用于带动喷嘴机构在X、Y和Z轴方向的运动，所述处理器通过第一运动机构、第二运动机构调整喷嘴机构、打印平台的位姿，同时接收距离信息，借助第一运动机构进一步调整喷嘴机构的位姿，确保喷嘴机构的喷嘴始终与打印平台平行，执行打印作业，保障打印质量，再结合剪切机构，完成对复杂产品的打印。
2.根据权利要求1所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述喷嘴机构包括加热腔，所述加热腔的顶部设置有与复合纤维丝材配合的开口，底部通过加热器与喷嘴连通，其腔体外侧设置有栅格式冷却塔和散热器，在所述开口的旁边设置有近端送丝机构，所述加热器对加热腔进行加热，以便将加热腔内部的复合纤维丝材加热至熔融状，其侧面设置有测距模块，
在所述开口的上方、三棱柱机架的顶部设置有远端送丝机构，所述远端送丝机构用于将复合纤维丝材不间断输送至开口处，所述近端送丝机构用于向开口处的复合纤维丝材施加作用力，以挤压加热腔内部熔融状的复合纤维丝材从喷嘴挤出。
3.根据权利要求2所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述远端送丝机构包括相互配合的主动齿轮和从动齿轮，其齿尖均设置有与复合纤维丝材配合的凹口，分别来自主动齿轮和从动齿轮的两个凹口一起组成与复合纤维丝材接触的摩擦面通道，所述主动齿轮的中心轴与丝材输送电机的输出轴相连，所述从动齿轮采集惰性齿轮结构，与主动齿轮配合共同输送复合纤维丝材；
所述近端送丝机构采用一对加持轮输送复合纤维丝材进入开口处。
4.根据权利要求2所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述第一运动机构包括三组并联支链，每组并联支链的一端分别通过滑块与三棱柱机架的一个支柱相连，所述滑块与并联支链的一端通过球形转动副连接，且能够沿支柱上的滑轨移动，每组并联支链的另一端分别通过球形转动副与六边形支架的顶角连接；
每组并联支链均包括平行设置的两个连杆，两个连杆的一端均通过转动副与滑块的一侧连接，另一端分别通过转动副与六边形支架的顶角连接；
所述六边形支架与加热腔的顶部连接，其顶部也设置有与开口对应连通的通孔。
5.根据权利要求2所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述测距模块设置为激光测距传感器。
6.根据权利要求1所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述剪切机构包括与喷嘴机构相连的安装板，在所述安装板的底部与平行设置的两个导向柱的一端连接，两个导向柱的另一端与纵向滑块连接，在所述纵向滑块的一侧设置有滑轨，在所述滑轨上设置有两个横向滑块，每个所述横向滑块均与伸缩杆的一端连接，两个伸缩杆的另一端分别与对称式的左刀刃和右刀刃连接，所述纵向滑块与第一气动驱动机构相连，所述第一气动驱动机构用于带动纵向滑块沿喷嘴内部复合纤维丝材的挤出方向即Z轴方向运动，每个所述横向滑块均与第二气动驱动机构相连，所述第二气动驱动机构用于带动两个横向滑块沿垂直于复合纤维丝材的挤出方向即X轴方向相向运动，从而带动与之连接的左刀刃和右刀刃对复合纤维丝材进行剪切作业，所述伸缩杆用于带动左刀刃或者右刀刃沿X轴方向运动，从而带动左刀刃或者右刀刃移动至喷嘴下方的出丝位置或者从喷嘴下方的出丝位置缩回。
7.根据权利要求1所述的多自由度连续复合纤维材料3D打印机，其特征在于：所述第二运动机构包括设置在打印平台和三棱柱机架底面之间的六个电动推杆，它们间隔60度设置共同围成一个圆柱体，两两成一组，共三组，每组电动推杆的一端通过球形转动副与打印平台的底面连接，另一端通过虎克铰与三棱柱机架的底面连接。
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