[發明專利]一種連續碳纖維3D打印裝置

在審

• 申請號: 201710253528.3
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106915079A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 沈圣成;張遠明;呂東喜
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/295;B29C64/209;B33Y30/00;B33Y70/00
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 崔佳佳,馬莉華

技術領域

本發明涉及增材制造領域，更具體地涉及一種連續碳纖維3D打印裝置。

背景技術

增材制造技術是制造業領域內正在快速發展的一項新興技術，被稱為“具有第三次工業革命重要標志意義的制造技術”，各主要發達國家將其列為戰略發展的關鍵技術。目前，增材制造技術依托多個學科領域尖端技術，在航空航天技術、汽車家電制造生產、生物醫藥、食品加工等領域得到了一定應用。與傳統制造技術相比，增材制造三維快速成型制造技術省略了產品模具的加工制造，從而在時間上極大的縮短了產品的研制周期，提高了生產率和降低生產成本。經濟效益與前景方面有非常大的發展潛力，根據國際快速制造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發布的調查結果顯示，全球3D打印產業產值在1988年到2010年之間以26.2％的年均速度增長。報告預測，3D打印產業未來仍將會保持著較快地增長速度，到2020年，包含設備制造和服務在內的產業總產值將達到52億美元。在2012年的國際新技術發展趨勢調查中，3D打印制造技術居首位。目前，現有的增材制造技術還面臨著諸多方面的瓶頸和探索，因此，需要進一步深入研究，擴大其應用領域。

利用增材制造技術打印出的纖維增強復合材料制品，不僅具備高強度、高剛度、質量輕等特點，而且可以控制纖維的分布方向，從而控制制品的性能。纖維增強復合材料的增材制造技術無論是在民用還是軍事上都具有重大的意義。例如，利用碳纖維復合材料制作汽車零部件，提升汽車性能并降低油耗；碳纖維復合材料產品涵蓋航天光學遙感器的各個部位，如相機鏡筒、相機支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速發展和增材制造技術的日益成熟，基于纖維增強復合材料的增材制造技術將會應用到各行各業，推動制造產業的快速發展。

但是目前的連續纖維增強復合材料增材制造技術研究較少，尚處于研發階段，存在諸多問題。比如，樹脂無法充分進入纖維絲帶內部，無法將各個纖維絲通過樹脂粘結在一起，從而在打印工件內部形成空洞，嚴重降低了工件的力學性能，連續纖維增強復合材料增材制造容易堵頭，從而導致纖維無法出絲或樹脂從噴頭內部往外溢出。此外，由于一般樹脂固化比較慢，影響成型速度。

因此，本領域急需開發一種新的能夠實現快速連續打印碳纖維的裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的裝置，可以提高樹脂與纖維的粘結效果，并且快速固化樹脂，實現連續纖維的快速打印。

在本發明中，本發明提供了一種連續碳纖維3D打印裝置，所述裝置包括噴腔、噴嘴、纖維絲、供液泵、樹脂罐以及激光器；

其中，所述噴腔為具有空腔的柱狀結構，所述噴腔具有第一端和第二端，所述第一端的直徑大于所述第二端的直徑；所述第一端上部設有第一入口，所述第二端下部設有噴腔出口，所述第一端側面設有第二入口，所述第二入口與所述第一入口以及所述噴腔出口連通，構成一三通結構；

所述噴嘴與所述噴腔的出口連接；所述纖維絲貫穿所述噴腔；

所述樹脂罐通過軟管與所述供液泵的入口連接，所述供液泵的出口與所述噴腔的第二入口連接；

所述噴腔的第二端包覆有加熱線圈，在所述噴嘴附近所述噴腔的第二端還設有支架，所述支架的一端與所述噴腔固定連接，所述支架的另一端與一準直鏡固定連接；

所述激光器通過光纖與所述準直鏡連接。

所述準直鏡在所述支架上的安裝角度使得從所述準直鏡射出的激光光束與所述纖維絲對準。

在另一優選例中，在所述噴腔的第一端內設有密封環。

在另一優選例中，在所述噴腔的第一入口之前，所述纖維絲上設有導輪。

所述噴嘴由耐高溫材料制成。

在另一優選例中，所述噴嘴由陶瓷材料制成。

在另一優選例中，所述噴嘴與噴腔為可拆卸連接。

在另一優選例中，所述供液泵為耐腐蝕液體泵。

在另一優選例中，所述激光器為激光功率可調的二極管激光器。

所述密封環由橡膠類柔性材料制成。

在一優選例中，所述導輪為主動輪。

在另一優選例中，所述導輪為從動輪。

應理解，在本發明范圍內中，本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為本發明的3D打印裝置的結構示意圖。

附圖中各標記：