[發明專利]打印碳纖維的3D打印機

有效

• 申請號: 201510040649.0
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104552957B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 孫勛峰;劉廣浩;崔放
• 申請（專利權）人: 廣州三迪沃信息技術有限公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B29C31/04;B33Y30/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 鄭威波

技術領域

本發明屬于熔融堆積快速成型設備技術領域，具體涉及一種打印碳纖維的3D打印機。

背景技術

由于3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸方面的前沿技術知識，使大規格的個性化生產成為可能并且引領著全球制造業經濟的重大變革，因而廣泛受到人們的關注。打印機構是3D打印的核心設備，其是以數字模型文件為基礎運用耗材（耗材如：粉末狀金屬材料、塑料、陶瓷、砂之類的可粘合材料）通過逐層打印的方式構建物體，即在計算機的控制下根據工件的三維模型直接成形三維實體，無需傳統的加工機床之類的裝備及其工裝模具、工裝夾具等。就3D打印機即3D打印設備的種類而言，目前大體上分為三類：一為樹脂熔融成型；二為光固化成型；三為繳光金屬成型。

上面提及的碳纖維是一種含碳量約在95%以上的高強度、高模量新型纖維材料，由于其具有外柔內剛、質量比金屬鋁輕但強度卻高于鋼鐵、耐腐蝕性能優異、比熱及導電性介于非金屬與金屬之間、非氧化環境下耐超高溫、耐疲勞、熱膨脹系數小且各向異性好、導熱性能優異以及電磁屏蔽性好等特點，因而在諸如航空航天、國防、汽車、風力發電、建筑、醫療器械和民用等領域得到了廣泛的應用。以日常所見的并且應用于工業和建筑的碳纖維布（也稱碳素纖維布）為例，其制造過程是：先將碳纖維浸膠，再逐層鋪疊并加以壓制，而后引入烘烤裝置烘烤成型。該制造過程由于工藝環節多、效率低、能耗大，因而致使產品價格昂貴。尤其是當使用碳纖維制造復雜的零部件時，不僅成本高而且制造效率難以滿足工業化放大生產要求。

在公開的中國專利文獻中可見諸關于3D打印機的技術信息，如發明專利申請公布號CN103317726A推薦有“3D打印機的噴頭傳動機構及具有該機構的3D打印機”，又如授權公告號CN203485190U提供有“一種基于并聯機構的3D打印機”，再如發明專利申請公布號CN103862679A介紹有“3D打印機”，等等。但是在迄今為止公開的中外專利和非專利文獻中均未見諸得以打印碳纖維的3D打印機的技術信息。具體而言，如果有一種結構合理的能打印碳纖維的3D打印機，那么傳統的碳纖維制造方式所存在的諸如前述的工藝煩瑣、效率低、對復雜形狀及構造的零部件的挑剔性、成本高之類的問題便可消除。從理論上講，既然已有技術中的3D打印機對于打印PLA、ABS之類的材料并不存在技術障礙，那么將3D打印機打印碳纖維似乎也不會存在困惑。但是，經本申請人的實驗表明，由于并非限于以下因素而務必對已有技術中的3D打印機的打印機構加以實質而非形式的改良；其一，作為打印材料的碳纖維是預浸過的碳纖維原絲，與PLA、ABS之類的材料差異較大；其二，在向打印機構的打印頭送絲過程中不能出現擠壓變形并且需要確保送絲穩定與可靠其三，由于碳纖維具有極高的耐溫性例如不會在兩三百度的溫度下熔化，因而需要有節湊地分斷喂入，例如通過剪切部件剪切后逐一喂送給打印頭；其四，在打印頭打印的同時需對碳纖維施加適度的壓力，否則會出現分層現象，影響成型后的產品的整體結合效果，等等。

針對上述已有技術，本申請人作了積極而有效的設計，終于形成了下面將要介紹的技術方案，并且在采取了保密措施下進行了模擬試驗，結果證明是切實可行的。

發明內容

本發明的任務在于提供一種有助于穩定而可靠地將碳纖維絲向打印頭的方向輸送并且可避免造成碳纖維絲擠壓變形、有利于在打印頭打印的過程中將碳纖維絲剪切和有益于在打印頭打印的同時對碳纖維絲施加適度壓力的打印碳纖維的3D打印機。

本發明的任務是這樣來完成的，一種打印碳纖維的3D打印機，包括一底座，在該底座上并且位于底座朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺；一驅動機構，該驅動機構設置在所述的底座上；一打印機構，該打印機構設置在所述的驅動機構上，特征在于：所述的打印機構包括打印頭、用于向打印頭喂送碳纖維絲的送絲裝置和用于將由送絲裝置送出的碳纖維絲剪斷的碳纖維絲剪切裝置，打印頭設置在所述的驅動機構上，送絲裝置在對應于打印頭的上方的位置設置在驅動機構上，碳纖維絲剪切裝置伴隨于送絲裝置并且在對應于送絲裝置的一側的位置設置在驅動機構上。