[發明專利]一種鋪絲成型剪裁一體化的復材3D打印多孔噴頭及方法

有效

• 申請號: 202010638519.8
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111941836B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 李暉;陸鵬旭;譚嘉寶;戶純正;鄭如昊;向崢;馬輝;韓清凱;李鶴;姜世杰;聞邦椿
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/209;B29C64/112;B29C70/34;B29C70/54;B33Y30/00;B29K23/00
• 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

本發明涉及一種鋪絲成型剪裁一體化的復材3D打印多孔噴頭及方法，噴頭包括纖維樹脂多孔送絲噴頭、碳纖維絲剪裁機構、纖維絲鋪設中止機構，所述纖維樹脂多孔送絲噴頭包括噴頭基礎架、多孔送絲噴嘴，多孔送絲噴嘴穿過噴頭基礎架向下延展出多孔鋪絲頭和樹脂加熱噴頭；碳纖維絲剪裁機構能夠實現對纖維絲的部分剪裁和修型，纖維絲鋪設中止機構能夠在剪裁前對纖維絲進行夾緊。本發明能夠實現多根碳纖維絲的同時鋪設以及固化與壓緊的同步進行，提高加工效率，并能實現任意角度的碳纖維鋪設及任意剪裁，節約材料、自動化程度高。

技術領域

本發明屬于纖維增強3D打印技術領域，尤其涉及一種鋪絲成型剪裁一體化的復材3D打印多孔噴頭及方法。

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噴頭，但依舊存在一些問題。例如，中國專利(公開號：CN104441658A，公開日：2015年04月22日)公開了一種連續纖維增強智能復合材料3D打印頭，基于熱熔、固化連續纖維提出了一定構思，但該設備的打印方式同傳統3D打印類似，僅能提供最基礎的復合材料3D打印設想，不能高效地滿足一些特殊需要，功能過于單一。中國專利(公開號：CN109016490A，公開日：2018年12月18日)公開了集成結構的連續纖維增強復合材料3D打印機噴頭裝置，該發明由基體/支撐材料打印裝置與纖維打印裝置集成打印事先處理好的復合材料纖維絲，但是在打印過程中基體/支撐材料打印裝置與纖維打印裝置交替打印，并不能實現同時打印，效率相對較低，交替過程中基體材料的性質無法保證在最佳狀態，會影響成品復合材料的結構性能。中國專利(公開號：CN108437457A，公開日：2018年08月24日)公開了一種用于打印纖維增強復合材料的打印噴頭，但該噴頭不能實現多纖維絲的同時鋪放也不能自由改變纖維絲間間距，使得打印效率低下。該專利雖然設置了獨立鋪絲頭與樹脂噴頭，但是不能實現同時鋪放，結構強度不高；雖采用了增材制造，但在處理余絲時不能將余絲有效去除，成品完成度不高。中國專利(公開號：CN107443739A，公開日：2017年12月08日)公開了一種可以實現連續纖維增強復合材料剪切的3D打印噴頭，雖然設計了一種剪裁裝置，但該裝置僅能夠實現對于規則邊界的剪裁，仍不能實現對于不規則邊界的纖維增強復合材料的剪裁，不滿足特殊設計件的加工要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種鋪絲成型剪裁一體化的復材3D打印多孔噴頭及方法，能夠實現多根碳纖維絲的同時鋪設以及固化與壓緊的同步進行，提高加工效率，并能實現任意角度的碳纖維鋪設及任意剪裁，節約材料、自動化程度高。

一種鋪絲成型剪裁一體化的復材3D打印多孔噴頭，包括纖維樹脂多孔送絲噴頭、碳纖維絲剪裁機構、纖維絲鋪設中止機構；