[發(fā)明專利]角鋪設(shè)碳纖維/樹脂復(fù)合材料制品3D打印修型機(jī)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911069665.7
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN111037923B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李暉;陸鵬旭;鄭如昊;王文煜;劉洋;任旭輝;聞邦椿
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/165;B33Y30/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

1.一種角鋪設(shè)碳纖維/樹脂復(fù)合材料制品3D打印修型機(jī)，其特征在于：包括：加工平臺、穿絲板結(jié)構(gòu)、纖維樹脂多功能噴頭、修型刀；

所述加工平臺包括升降電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、蝸輪、蝸桿、推力軸承、升降平臺、噴頭移動架、修型刀移動架、推拉電機(jī)、加工平臺移動架a和加工平臺移動架b，升降平臺通過絲杠與加工平臺下層固定，蝸輪安裝在推力軸承之間與蝸桿嚙合，蝸桿與升降電機(jī)連接，絲桿穿過推力軸承，受蝸輪控制，通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使蝸桿運(yùn)動，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，控制絲桿的升降，進(jìn)而控制升降平臺的升降；

所述穿絲板結(jié)構(gòu)包括若干單層穿絲板、若干金屬連桿、穿絲板傳動齒輪、穿絲板電機(jī)，其中，單層穿絲板包括穿絲板上半部分和穿絲板下半部分，穿絲板傳動齒輪與第一層穿絲板下半部分嚙合，穿絲板電機(jī)安裝在加工平臺上層下表面與穿絲板傳動齒輪相對應(yīng)的位置；每層穿絲板上半部分包括360個位錯小孔，每兩個相鄰的位錯小孔相距1°，每層穿絲板下半部分包括540個位錯小孔，每兩個相鄰的位錯小孔相距2/3°；

所述纖維樹脂多功能噴頭包括鋪絲噴頭、熱塑性材料噴頭、噴頭轉(zhuǎn)換器、加熱噴頭，鋪絲噴頭、熱塑性材料噴頭通過噴頭轉(zhuǎn)換器固定在具有z方向自由度的噴頭移動架上，噴頭移動架與固定在加工平臺移動架a上的推拉電機(jī)采用螺紋連接，加工平臺移動架a擁有沿x、y方向移動的自由度，加熱噴頭在該移動架下方位置支出，鋪絲噴頭與熱塑性材料噴頭上分別安裝傳感器；

所述修型刀以球面副連接在修型刀移動架上，修型刀移動架與固定安裝在加工平臺移動架b上的推拉電機(jī)采用螺紋連接，避免修型刀與纖維樹脂多功能噴頭干涉，加工平臺移動架b具有沿x、y方向移動的自由度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角鋪設(shè)碳纖維/樹脂復(fù)合材料制品3D打印修型機(jī)，其特征在于：所述穿絲板結(jié)構(gòu)的層數(shù)由加工工件的大小來決定，越高層的單層穿絲板直徑越小，用于加工尺寸較小的工件，越低層的單層穿絲板直徑越大，用于加工尺寸較大的工件，當(dāng)選用高層的單層穿絲板加工小尺寸工件時，添加高度調(diào)節(jié)圓片來補(bǔ)償高底層單層穿絲板之間的高度差；第一層穿絲板下半部分安裝在加工平臺上層中央，每單層穿絲板上半部分通過楔形結(jié)構(gòu)與該層穿絲板下半部分咬合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角鋪設(shè)碳纖維/樹脂復(fù)合材料制品3D打印修型機(jī)，其特征在于：所述鋪絲噴頭與熱塑性材料噴頭上安裝的傳感器為粘性流體流量傳感器。

4.權(quán)利要求1所述的角鋪設(shè)碳纖維/樹脂復(fù)合材料制品3D打印修型機(jī)的使用方法，包括以下步驟：

步驟1、打印開始前，預(yù)裝碳纖維絲，導(dǎo)入圖紙，根據(jù)打印目標(biāo)大小自主選擇穿絲板結(jié)構(gòu)層數(shù)以及高度調(diào)節(jié)圓片的尺寸，安裝高度調(diào)節(jié)圓片，打印過程中無二次安裝；

步驟2、執(zhí)行編程好的3D打印程序及數(shù)控進(jìn)給程序，鋪絲噴頭開始放出一部分碳纖維絲穿過最上層穿絲板上下貫通的位錯小孔，啟動穿絲板電機(jī)使穿絲板下半部分轉(zhuǎn)過1/3°，保證至少有一對位錯小孔是上下貫通的，將碳纖維絲的一端夾緊；

步驟3、每次穿絲結(jié)束，穿絲板下半部分都將轉(zhuǎn)過1/3°，使上下部分下一對位錯小孔貫通，同時夾緊已穿過的碳纖維絲，鋪絲噴頭按給定方向進(jìn)給，重復(fù)執(zhí)行該步驟直至一層碳纖維絲鋪設(shè)完畢；

步驟4、當(dāng)一層碳纖維絲全部鋪設(shè)完畢，關(guān)閉穿絲板電機(jī)，進(jìn)行熱塑性材料樹脂的鋪設(shè)，當(dāng)一層的碳纖維絲與樹脂全部鋪設(shè)完畢，加熱噴頭開始工作，加速材料凝固，材料凝固后，修型刀剪斷與穿絲板相連的同一層纖維絲，同時去除工件表面毛刺完成對工件的初步修型；

步驟5、切斷碳纖維絲后，啟動穿絲板電機(jī)，使穿絲板下半部分朝步驟3中轉(zhuǎn)動的反方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為鋪設(shè)上一層碳纖維絲時轉(zhuǎn)動的角度之和，使第一對位錯小孔恢復(fù)貫通狀態(tài)，同時放松夾緊于穿絲板上下部分間的殘留碳纖維絲；

步驟6、啟動升降電機(jī)，使升降平臺下降工件纖維絲單層厚度的高度，以進(jìn)行下一層的加工，重復(fù)步驟4、5直至目標(biāo)工件打印完畢；

步驟7、對工件進(jìn)行精確修型，根據(jù)用戶需求利用修型刀進(jìn)行一定程度的表面加工，進(jìn)而達(dá)到精確修型或者提高表面質(zhì)量的目的。