[發明專利]一種組合式多通道連續干纖維3D打印復合材料成形裝置

有效

• 申請號: 201811149847.0
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109094055B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 張小輝;張天宇;吳文鋒;李明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38;B29C70/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種組合式多通道連續干纖維3D打印復合材料成形裝置，包括干纖維存儲架、干纖維鋪放頭、引導裝置、定型劑涂覆裝置、壓實裝置、干纖預成形體鋪放模具和鋪放運動機構；干纖維存儲架設置在鋪放運動機構上，鋪放運動機構能夠帶動干纖維存儲架沿X軸、Y軸或Z軸方向移動；干纖維存儲架的下方設置有干纖維鋪放頭，干纖維鋪放頭的下方設置有干纖預成形體鋪放模具；干纖維存儲架和干纖維鋪放頭之間設置有引導裝置；干纖維鋪放頭出口處設置有壓實裝置，干纖維鋪放頭的側面設置有定型劑涂覆裝置。本發明的干纖維絲束鋪放解決了預浸絲束窄帶不能再面內進行彎曲的問題，減少預浸絲束窄帶在鋪放過程中存在的褶皺問題。

技術領域

本發明屬于復合材料增材制造技術領域，特別涉及一種組合式多通道連續干纖維3D 打印復合材料成形裝置。

背景技術

先進復合材料具有輕質、高比強度、高比模量、抗疲勞、可設計等優點，隨著復合材料的廣泛應用，如何制造出高性能、滿足復合材料結構和型面要求的復合材料構件成為行業中廣泛關注的問題。近年來連續纖維自動鋪放技術的出現讓人們看到了自動鋪放技術在復合材料自動化制造領域的巨大應用潛力。自動鋪放技術采用增材制造的方式制造樹脂基復合材料構件，與常規復合材料的鋪疊制造方式具有天然的匹配性。但是目前的連續纖維自動鋪放技術所制備的復合材料構件纖維含量較低，且由于樹脂和纖維絲束浸潤效果差，會形成明顯的富樹脂區和貧樹脂區，從而導致復合材料構件的內部缺陷，無法充分體現復合材料的性能優勢。同時，在傳統的樹脂基復合材料液體成型工藝中，復合材料鋪層多采用人工的方式進行鋪疊，制造效率較低，也不易實現大型復雜型面復合材料構件的高效自動化制造。目前，復合材料自動化制造工藝應用較多的自動鋪絲技術采用具有一定寬度的預浸絲束(常見寬度為6.35mm)，該帶狀預浸絲束一般采用直線鋪疊方式，不易使纖維在鋪放模具表面面內進行彎曲。如果型面曲率變化較大，強制預浸絲束彎曲的話，容易產生復合材料預浸料的褶皺和堆積的問題，從而造成產品制造的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種組合式多通道連續干纖維3D打印復合材料成形裝置，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種組合式多通道連續干纖維3D打印復合材料成形裝置，包括干纖維存儲架、干纖維鋪放頭、引導裝置、定型劑涂覆裝置、壓實裝置、干纖預成形體鋪放模具和鋪放運動機構；干纖維存儲架設置在鋪放運動機構上，鋪放運動機構能夠帶動干纖維存儲架沿X 軸、Y軸或Z軸方向移動；干纖維存儲架的下方設置有干纖維鋪放頭，干纖維鋪放頭的下方設置有干纖預成形體鋪放模具；干纖維存儲架和干纖維鋪放頭之間設置有引導裝置；干纖維存儲架出來的干纖維絲束繞過引導裝置進入干纖維鋪放頭；干纖維鋪放頭的出口對準干纖預成形體鋪放模具；干纖維鋪放頭出口處設置有壓實裝置，干纖維鋪放頭的側面設置有定型劑涂覆裝置。

進一步的，壓實裝置包括壓實氣缸、壓實輥和聚四氟乙烯薄膜；壓實輥設置在壓實氣缸的輸出端，壓實輥位于干纖預成形體鋪放模具的正上方；聚四氟乙烯薄膜包裹在壓實輥的外側。

進一步的，干纖維鋪放頭包括鋪放頭體、加熱器、第一導向器、導絲通道和第二導向器；鋪放頭體內貫穿設置有若干導絲通道，導絲通道的一端均設置有第一導向器，另一端均設置有第二導向器；加熱器為環形，加熱器套設在鋪放頭體的外側。

進一步的，引導裝置為一組導向輪，將干纖維絲束引導至干纖維鋪放頭入口處；導向輪表面噴涂有聚四氟乙烯材料涂層。

進一步的，干纖維存儲架和引導裝置之間設置有用于調節干纖維絲束張力的張力調節裝置；干纖維存儲架出來的干纖維絲束繞過張力調節裝置和引導裝置進入干纖維鋪放頭；張力調節裝置包括伺服電機和驅動軸；干纖維存儲架內設置有干纖維絲束料筒；驅動軸連接伺服電機的輸出端，干纖維絲束料筒設置在驅動軸上，伺服電機控制干纖維絲束料筒的放卷速度。