[發明專利]一種回轉類曲面結構復合材料增材制造裝置

在審

• 申請號: 202010824963.9
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN112140529A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 胡俊;陸九如
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B29C64/30;B33Y30/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明涉及一種回轉類曲面結構復合材料增材制造裝置，屬于復合材料快速成型設備技術領域。包括裝置框架結構、芯模裝夾驅動裝置、纖維打印噴頭、樹脂打印噴頭、噴頭位置姿態調節裝置和材料擠出打印裝置；芯模裝夾驅動裝置上方的裝置框架結構分別通過噴頭位置姿態調節裝置與纖維打印噴頭和樹脂打印噴頭連接，纖維打印噴頭和樹脂打印噴頭分別與材料擠出打印裝置連接。本發明通過雙噴頭位置姿態調節裝置與芯模裝夾驅動裝置聯動控制，實現纖維材料與基體材料在回轉曲面上沿著設定的曲線路徑與噴頭姿態進行鋪放，保證了纖維和基體材料鋪放質量，提高了增材制造的回轉類曲面結構復合材料零件的強度和纖維力學性能的利用率。

技術領域

本發明涉及一種回轉類曲面結構復合材料增材制造裝置，屬于復合材料快速成型設備技術領域。

背景技術

傳統的基于熔融沉積技術FDM原理的3D打印機通常采用單一熱塑性的樹脂材料打印成型零件，受材料力學性能約束，往往強度較低，不適于需要具有較大承載力的應用領域。纖維增強復合材料具有比強度、比模量高的突出優點，將3D打印技術與纖維增強復合材料成型工藝相結合，能夠很大程度上克服單一組分材料力學性能低的缺陷。近年來，復合材料3D打印技術取得快速發展，其中連續纖維增強的復合材料3D打印工藝，打印成型的復合材料零件力學性能好，成型質量穩定，已在汽車、航空等領域取得較廣泛應用。

目前，連續纖維增強的復合材料3D打印機采用傳統的平面切片方法，增強纖維被約束在一平面內，只有在平面方向具有增強效果。當打印薄壁回轉類曲面結構零件時，纖維無法沿著曲面進行鋪放，纖維力學性能利用率低，零件在曲面方向力學性能差。

發明內容

本發明的目的是為解決如何能夠在曲面上進行連續纖維鋪放，進行復合材料增材制造的技術問題，解決現有技術中連續纖維復合材料3D打印機打印薄壁回轉類曲面零件時纖維力學性能利用率低的缺陷的技術問題。

為達到解決上述問題的目的，本發明所采取的技術方案是提供一種回轉類曲面結構復合材料增材制造裝置，包括裝置框架結構、芯模裝夾驅動裝置、纖維打印噴頭、樹脂打印噴頭、噴頭位置姿態調節裝置和材料擠出打印裝置；所述裝置框架結構設有的底板上設有芯模裝夾驅動裝置；芯模裝夾驅動裝置上方的裝置框架結構分別通過噴頭位置姿態調節裝置與纖維打印噴頭和樹脂打印噴頭連接，纖維打印噴頭和樹脂打印噴頭分別與材料擠出打印裝置連接。

優選地，所述裝置框架結構包括底板、左右支撐立柱和水平線性模組；底板上垂直設有左右支撐立柱，左右支撐立柱之間設有平行于底板平面的水平線性模組。

優選地，所述芯模裝夾驅動裝置包括所述底板上設有的兩根相互平行的底部線性模組，底部線性模組垂直于所述水平線性模組；兩根底部線性模組之間設有底部線性模組連接板，底部線性模組連接板上垂直設有主動端立柱和從動端立柱；主動端立柱和從動端立柱之間設有用于夾持芯模的夾持機構。

優選地，所述從動端立柱通過芯模橫向移動線性模組與所述底部線性模組連接板活動連接；所述主動端立柱遠離底部線性模組連接板的一端設有主動端四爪卡盤，主動端四爪卡盤與伺服電機連接；所述從動端立柱遠離底部線性模組連接板的一端設有與主動端四爪卡盤相對應的從動端四爪卡盤。

優選地，所述噴頭位置姿態調節裝置包括與裝置框架結構的水平線性模組連接的水平線性模組滑塊；水平線性模組滑塊上垂直設有兩套相互平行的噴頭切換線性模組，噴頭切換線性模組通過噴頭切換線性模組滑塊分別設有用于調整纖維打印噴頭和樹脂打印噴頭位置姿態的噴頭調節機構。

優選地，所述噴頭調節機構包括垂直轉軸固定板、垂直轉軸驅動電機、水平轉軸固定板和水平轉軸驅動電機；噴頭切換線性模組滑塊與L形的垂直轉軸固定板的一面連接，L形的垂直轉軸固定板的另一面上穿設有垂直轉軸驅動電機；垂直轉軸驅動電機設有的垂直轉軸與L形的水平轉軸固定板的一面連接，L形的水平轉軸固定板的另一面上穿設有水平轉軸驅動電機，水平轉軸驅動電機設有的水平轉軸與噴頭連接。