[發明專利]連續纖維增強復合材料增材制造噴頭及打印機

有效

• 申請號: 201710541302.3
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107127972B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 華明進
• 申請（專利權）人: 華明進
• 主分類號: B29C64/209
• 分類號: B29C64/209;B29C64/336;B29C64/118;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11466
• 代理人: 張璐;林潮

技術領域

本發明屬于增材制造領域，更具體的說，涉及一種連續纖維增強復合材料增材制造噴頭及打印機。

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。此外，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。

專利號為201611004458.X的發明專利一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭和專利號為201611026706.0的發明專利一種適用于連續纖維增強復合材料3D打印的噴頭均公開了一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭，但是噴頭的結構比較復雜，導致噴頭尺寸較大，容納樹脂材料的腔體體積較大，此外內頭出口與外頭出口之間的距離無法調節，無法控制纖維復合材料的對中性。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種連續纖維增強復合材料增材制造噴頭及打印機，噴頭結構簡單，尺寸較小，可以提高成型精度；此外，內噴頭的出口與外噴頭的出口之間的豎直距離可調，可以控制纖維復合材料的對中性，改善成型質量。

為解決上述技術問題，本發明屬于增材制造領域，更具體的說，涉及一種連續纖維增強復合材料增材制造噴頭，由外噴頭和內噴頭組成，噴頭結構簡單，尺寸較小，可以提高成型精度；此外，內噴頭的出口與外噴頭的出口之間的豎直距離可調，可以控制纖維復合材料的對中性，改善成型質量。

所述內噴頭螺紋連接在外噴頭的內部，所述內噴頭的內部設有用于穿纖維絲的內腔Ⅱ，所述外噴頭的內部設有容納樹脂材料的內腔Ⅰ，所述內腔Ⅰ與內腔Ⅱ同軸，所述外噴頭上還設有連通內腔Ⅰ的連接孔，所述連接孔位于外噴頭的側面。

作為本技術方案的進一步優化，本發明連續纖維增強復合材料增材制造噴頭所述外噴頭的上端為圓柱體，下端為圓錐體，所述圓柱體上對稱設有兩個平面，所述連接孔位于其中一個平面上，另一個平面上設有定位孔，所述定位孔為螺紋盲孔。

作為本技術方案的進一步優化，本發明連續纖維增強復合材料增材制造噴頭所述內噴頭為圓柱體，內噴頭的上端直徑大于下端直徑，內噴頭的上端設有擰緊頭，所述擰緊頭的下端設置有擋塊，所述內腔Ⅱ貫穿內噴頭并與內噴頭同軸，所述內腔Ⅱ為兩個圓柱形腔體組成，上端圓柱形腔體的直徑大于下端圓柱形腔體的直徑，兩個圓柱形腔體的連接處為弧形過渡。

作為本技術方案的進一步優化，本發明連續纖維增強復合材料增材制造噴頭所述內噴頭由上噴頭和下噴頭組成，所述上噴頭和下噴頭螺紋連接，所述上噴頭的內部設有貫穿上噴頭的圓柱通孔Ⅰ，所述圓柱通孔Ⅰ與上噴頭同軸，所述下噴頭的內部設有貫穿下噴頭的圓柱通孔Ⅱ，所述圓柱通孔Ⅱ與下噴頭同軸，所述圓柱通孔Ⅰ與圓柱通孔Ⅱ同軸，所述圓柱通孔Ⅰ的直徑大于圓柱通孔Ⅱ的直徑。