CN116141677A - 用于连续纤维复合材料3d打印的张力联合控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，包括放料盘、滑轮、摇纱杆和圆盘式张力控制器，预浸丝转载于放料盘上，滑轮放置于放料盘左侧，圆盘式张力控制器放置于最上方，摇纱杆放置在滑轮与圆盘式张力控制器之间，预浸丝通过滑轮，进入摇纱杆，通过摇纱杆进入圆盘式张力控制器，所述摇纱杆用于调节在3D打印过程中预浸丝的冗余长度，使预浸丝在连续纤维增强复合材料3D打印过程中始终处于张紧的状态；所述圆盘式张力控制器根据预设张力值和标准值实时调整预浸丝上的张力。本发明实现了连续纤维增强树脂基复合材料3D打印过程中预浸丝上张力的精确控制，有利于实现连续纤维增强复合材料低损伤3D打印技术。
Description
技术领域
本发明涉及连续纤维增强复合材料3D打印领域，具体涉及一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置。
背景技术
连续纤维增强复合材料3D打印是一种新型增材制造技术，它是通过连续纤维预浸丝在喷头内部熔融挤出并随着3D打印喷头的运动层层堆叠形成整体结构。高性能复合材料增强体制成的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。而随着连续纤维增强复合材料3D打印技术的发展，降低了纤维增强复合材料的制造成本，进一步扩展了复合材料的应用领域。
随着连续纤维增强复合材料3D打印技术的发展，基于高精度纤维铺设角度复合材料3D打印制件的应用及快速低成本制造的迫切需求，制件打印成形的质量稳定性要求也越来越高。常规使用张力传感器直接在工艺过程中进行张力检测并进行控制的方式存在着对预浸丝磨损大，且不能在连续纤维复合材料3D打印过程中对预浸丝长度进行有效补偿，目前缺乏一种适用于连续纤维增强复合材料3D打印的预浸丝张力控制装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，解决连续纤维增强复合材料3D打印过程中预浸丝上张力难以控制的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为，一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，包括放料盘、滑轮、摇纱杆和圆盘式张力控制器，预浸丝转载于放料盘上，滑轮放置于放料盘左侧，圆盘式张力控制器放置于最上方，摇纱杆放置在滑轮与圆盘式张力控制器之间，预浸丝通过滑轮，进入摇纱杆，通过摇纱杆进入圆盘式张力控制器，所述摇纱杆用于调节在3D打印过程中预浸丝的冗余长度，使预浸丝在连续纤维增强复合材料3D打印过程中始终处于张紧的状态，补偿预浸丝在连续纤维增强树脂基复合材料3D打印过程中的长度变化；所述圆盘式张力控制器根据预设张力值和标准值实时调整预浸丝上的张力，所述的张力实时调整能够最大程度地减少预浸丝的张力波动。
进一步地，所述预设张力值为上一时候预浸丝通过圆盘式张力控制器后的张力值。
进一步地，所述标准值为打印过程中通过预浸丝张力变化曲线得到的平均值。
进一步地，所述预浸丝分别采用往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径和分形扫描填充路径进行打印。
进一步地，所述标准值为打印过程中通过预浸丝张力变化曲线得到的平均值具体为：在往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径和分形扫描填充路径进行打印打印过程中，采用张力传感器分别测量预浸丝上的张力变化曲线，将往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径、分形扫描填充路径对应的5条曲线分别标记为A1、A2、A3、A4、A5，分别统计计算A1至A5上的预浸丝张力平均值，对应记为标准值X1、X2、X3、X4、X5，根据连续纤维预浸丝的类型实时调控张力大小以降低纤维受拉应力的损伤。
进一步地，所述圆盘式张力控制器与预浸丝非接触，非接触式避免了在传统张力控制方法中对预浸丝的损伤。
基于所述装置的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制方法，包括步骤：
S1：放料盘5上的预浸丝1首先通过滑轮4，进入摇纱杆3，并通过摇纱杆3调节在3D打印过程中预浸丝的冗余长度；
S2:预浸丝1通过摇纱杆3进入圆盘式张力控制器2，圆盘式张力控制器2根据预设张力值实时调整预浸丝1上的张力；
S3:预浸丝1通过圆盘式张力控制器2后张力调整为预设值后进入下一工作单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种张力调节装置，能够确保3D打印过程中预浸丝上的张力基本恒定，实现连续纤维增强复合材料3D打印过程中的张力控制，确保大范围的预浸丝整体张力的可控性，使张力显著降低并保持恒定，能够减少连续纤维增强复合材料3D打印过程中张力不均、张力突变等问题的出现，有利于提高连续纤维增强复合材料3D打印过程的可控化、自动化程度；
2、在圆盘式张力控制器与滑轮之间设置摇纱杆，采用摇纱杆补偿纱线在连续纤维复合材料3D打印过程中的长度变化，储存多余的预浸丝，使得预浸丝在连续纤维增强复合材料3D打印过程中始终处于张紧的状态，通过摇纱杆的摆动补偿预浸丝在连续纤维增强树脂基复合材料3D打印过程中的长度变化，确保预浸丝的张力恒定以及制件的内部质量稳定性；
3、采用非接触的检测方式，不占用预浸丝传送空间，减小了3D打印过程中的预浸丝磨损，有利于3D打印复合材料制件的高质量成形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明连续纤维增强复合材料3D打印的预浸丝张力联合控制装置原理示意图。
附图标记说明：1-预浸丝，2-圆盘式张力控制器，3-摇纱杆，4-滑轮，5-放料盘。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下结合附图对本发明进行详细的说明。
本实施例提供一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，所述装置包括放料盘5、滑轮4、摇纱杆3、圆盘式张力控制器2，预浸丝1转载于放料盘5上，滑轮4放置于放料盘5左侧，圆盘式张力控制器2放置于最上方，摇纱杆3放置在滑轮与圆盘式张力控制器2之间。
一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制方法包括：
S1:首先计算获取不同的连续纤维增强复合材料3D打印填充路径对丝材打印过程中张力波动的影响作用，即确定圆盘式张力控制器2的标准值，具体操作方法为：针对同一种材料的3D模型，分别采用往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径、分形扫描填充路径对其进行打印，在打印过程中，采用张力传感器(测力式)分别测量丝材上的张力变化曲线，将5条曲线分别标记为A1、A2、A3、A4、A5，分别统计计算A1至A5上的丝材张力平均值，对应记为标准值X1、X2、X3、X4、X5，根据实际打印路径，将该标准值输入至圆盘式张力控制器2中，用以调节预浸丝1上的张力；
S2：针对其他种类材料的使用需求，更换丝材，重复S1的步骤，以获取适用于该材料3D打印的最佳张力预设值，根据连续纤维预浸丝的类型确定对应的标准张力值大小，输入至圆盘式张力控制器中，从而能够实时调控张力大小以降低纤维受拉应力的损伤；
S3:通过连续纤维送丝装置，使放料盘5上的预浸丝1首先通过滑轮4，进入摇纱杆3，摇纱杆的摆动能够起到焊丝长度变化的缓冲作用；
S4:预浸丝1通过摇纱杆3进入圆盘式张力控制器2，圆盘式张力控制器2根据预设张力值实时调整预浸丝1上的张力；
S5:根据得出的预浸丝张力的标准值(步骤1中获得)对圆盘式张力控制器2的参数进行预设，预浸丝1通过圆盘式张力控制器2后张力调整为预设值后进入下一工作单元。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及尝试直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或先用技术中心常用公知技术的替代，以及特征的变化与修饰，例如，收放卷采用直线滑台牵拉张力施加线等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于专利保护范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，包括放料盘(5)、滑轮(4)、摇纱杆(3)和圆盘式张力控制器(2)，预浸丝(1)转载于放料盘(5)上，滑轮(4)放置于放料盘(5)左侧，圆盘式张力控制器(2)放置于最上方，摇纱杆(3)放置在滑轮(4)与圆盘式张力控制器(2)之间，预浸丝(1)通过滑轮(4)，进入摇纱杆(3)，通过摇纱杆(3)进入圆盘式张力控制器(2)，所述摇纱杆(3)用于调节在3D打印过程中预浸丝的冗余长度，使预浸丝(1)在连续纤维增强复合材料3D打印过程中始终处于张紧的状态；所述圆盘式张力控制器(2)根据预设张力值和标准值实时调整预浸丝(1)上的张力。
2.根据权利要求1所述的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，所述预设张力值为上一时候预浸丝(1)通过圆盘式张力控制器(2)后的张力值。
3.根据权利要求1所述的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，所述标准值为打印过程中通过预浸丝(1)张力变化曲线得到的平均值。
4.根据权利要求3所述的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，所述预浸丝(1)分别采用往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径和分形扫描填充路径进行打印。
5.根据权利要求4所述的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，所述标准值为打印过程中通过预浸丝(1)张力变化曲线得到的平均值具体为：在往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径和分形扫描填充路径进行打印打印过程中，采用张力传感器分别测量预浸丝(1)上的张力变化曲线，将往复平行扫描路径、偏置扫描路径、分区扫描填充路径、螺旋式扫描路径、分形扫描填充路径对应的5条曲线分别标记为A1、A2、A3、A4、A5，分别统计计算A1至A5上的预浸丝(1)张力平均值，对应记为标准值X1、X2、X3、X4、X5。
6.根据权利要求1所述的一种用于连续纤维复合材料3D打印的张力联合控制装置，其特征在于，所述圆盘式张力控制器(2)与预浸丝(1)非接触。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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