[發明專利]角鋪設碳纖維/樹脂復合材料制品3D打印修型機及方法

有效

• 申請號: 201911069665.7
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN111037923B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）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）人: 東北大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/165;B33Y30/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

一種角鋪設碳纖維/樹脂復合材料制品3D打印修型機，包括：加工平臺、穿絲板結構、纖維樹脂多功能噴頭、修型刀，打印時可根據工件大小自主選擇單層穿絲板直徑大小，且穿絲板結構的層數可由加工工件的大小來決定，選擇合適的穿絲板結構層數可以有效節省碳纖維絲，同時提高穿絲的效率；纖維樹脂多功能噴頭包括鋪絲噴頭、熱塑性材料噴頭、噴頭轉換器、加熱噴頭，可以實現鋪絲、噴樹脂、加快凝固以及智能調節功能；修型刀用于剪斷每一層加工結束時工件與穿絲板之間連接的碳纖維絲以及去除工件表面毛刺，同時在加工結束后還可以類似于機床主軸的刀具一樣對工件表面進行精確修型；加工平臺中升降平臺的上下移動使得每一層材料鋪設方便快捷。

技術領域

本發明屬于纖維增強3D打印技術領域，尤其涉及一種角鋪設碳纖維/樹脂復合材料制品3D打印修型機及方法。

背景技術

纖維增強復合材料由于其高比強度、高比模量、耐燒蝕和抗侵蝕等一系列優點在當代制造業中得到普遍認可，已經成為現代工業，尤其是航天航空、國防軍事、汽車賽車、機器人和醫療領域的一種重要的結構用材，其發展十分迅速。近年來，各種復合材料制造技術應運而生，其中，纖維鋪放技術在航天、航空等高性能復合材料零件制造中的應用得到了各界的廣泛關注。復合材料纖維鋪放成型技術是20世紀70年代作為對纖維纏繞和自動鋪帶技術的改革而發展起來的一種全自動復合材料加工技術，也是近年來發展最快、效率最高的復合材料自動化成型制造技術之一，具有生產速度較快、產品質量比較穩定、可靠性高等優勢。

然而，盡管復合材料纖維鋪放技術消除了傳統復合材料制造工藝中的纖維編織問題，可實現復雜的曲面結構的鋪放，但是該工藝必須要有預先定制的模具，而大型模具的制造成本非常昂貴，同時，纖維鋪放裝備極其復雜，一般需要價格昂貴的電子束或激光作為熱源進行固化，這就造成設備本身的制造成本非常高，進一步拉高了纖維鋪放工藝所制備的復合材料零件的價格，且纖維鋪放工藝只適合規則表面復合材料結構鋪放成型，很難實現具有三維復雜結構的復合材料零件的制造，大大阻礙了纖維增強復合材料在更廣泛的領域得到應用。

目前，人們在纖維增強復合材料打印領域已經進行了深入的研究，已經設計了一些纖維增強復合材料的打印設備，但依舊存在一些問題。專利CN201410325650.3提出了一種基于3D打印機原理的鋪絲噴絲設備進行纖維增強復合材料的3D打印，該設備僅能提供最基礎的3D打印設想，由于對于鋪絲過程沒有更進一步的技術處理，比如不能增強纖維絲的強度，導致在實際使用時，強度要求不能很好實現，只能作為一種理想狀態的構思。CN201810422931.9提供了一種用于打印纖維增強復合材料的打印噴頭，但該噴頭不能進行全角度鋪絲，不能滿足實際生產中對于纖維鋪放方向的要求，功能不完善。CN201711345896.7在打印時不能自由的改變所利用的平臺大小，會導致材料的使用浪費。CN201711050843.2同樣設計出了圓盤旋轉平臺，但該設備噴頭不能旋轉，旋轉平臺的運動僅彌補噴頭的運動不足，而不能實現纖維絲的拉緊，功能較單一。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種角鋪設碳纖維/樹脂復合材料制品3D打印修型機及方法，能夠實現任意角度的碳纖維鋪設，并能夠增強碳纖維絲的強度，且該方法節約材料，加工效率高。

一種角鋪設碳纖維/樹脂復合材料制品3D打印修型機，包括：加工平臺、穿絲板結構、纖維樹脂多功能噴頭、修型刀；

所述加工平臺包括升降電機、聯軸器、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、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，蝸桿與升降電機連接，絲桿穿過推力軸承，受蝸輪控制，通過電機運轉使蝸桿運動，帶動蝸輪轉動，控制絲桿的升降，進而控制升降平臺的升降；

所述穿絲板結構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，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，穿絲板電機安裝在加工平臺上層下表面與穿絲板傳動齒輪相對應的位置；