[發(fā)明專利]可變半徑的多打印頭一體式桁架3D打印機及其使用方法

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113263723B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設計）人: 田小永;康友偉;張明杰;劉騰飛;周佐新;丁繼鋒;高峰;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B33Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

可變半徑的多打印頭一體式桁架3D打印機及其使用方法，包括機架、棱邊成形模塊、環(huán)繞成形模塊和角度調節(jié)模塊，環(huán)繞成形模塊、角度調節(jié)模塊連接在機架上，環(huán)繞成形模塊、角度調節(jié)模塊和棱邊成形模塊連接；環(huán)繞成形模塊由自下而上的第一順周期環(huán)繞子模塊、第二順周期環(huán)繞子模塊、逆周期環(huán)繞子模塊組成；角度調節(jié)模塊由安裝在機架上的上、下調節(jié)模塊組成，上、下調節(jié)模塊分別有三組，沿機架中軸線等距陣列分布，下調節(jié)模塊與對應的上調節(jié)模塊處于同一豎直平面內；棱邊成形模塊共有三組，沿機架中軸線等距陣列分布；本發(fā)明實現變截面尺寸的高性能復合材料桁架的一體式快速成形制造，具有桁架長度充足、承載性能高、能被航天器承載升空的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于增材制造技術領域，具體涉及可變半徑的多打印頭一體式桁架3D打印機及其使用方法。

背景技術

高性能復合材料桁架一般由連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料制得，一般呈現出具有三角形單元的三棱柱空間結構，三角形單元則由桁架上的各個桿件連接形成，桿件間的結合點稱為節(jié)點，節(jié)點通過復合材料中的熱塑性基體材料自然連接。高性能復合材料桁架除具有先進復合材料優(yōu)異的機械性能以外，如比強度、比模量高，還具有突出的抗彎剛度效率，在航空航天領域的減重設計方面能起到重要作用，可作為支撐結構件，用于建造大功率太陽能面板、高增益衛(wèi)星天線等大型航天器組件。

目前可用于制造高性能復合材料桁架的技術手段，主要是依靠通用的、高端的復合材料自動化鋪放設備，如多軸的鋪帶機、鋪絲機等，這類設備的結構主要有鋪放頭、模具和多軸機械臂，由此可形成鋪放頭與模具之間靈活的相對運動，可用于成形形狀復雜的結構件。在成形過程中，使用模具作為鋪設復合材料的支撐件，鋪放頭在模具表面按照桁架的結構形狀受控移動并輸出材料，材料被精確定位在模具表面并實現定型。然而該技術手段成形高性能復合材料具有以下缺點：

1)模具有尺寸極限，尤其是限制了高性能復合材料桁架的長度，未來在太空中建造大型航天器組件所需高性能復合材料桁架的體量巨大，并且單根桁架的長度可達上百米，現有技術難以滿足整體成形的要求，若通過分段連接，又降低了桁架的力學性能；2)模具有形狀限制，鋪放設備難以成形具有較多的不同的棱邊傾斜夾角的桁架結構件，而空間建造中需使用有各種傾斜夾角的變截面尺寸的桁架，以充分利用有限的材料實現更好的承載性能；3)鋪放設備笨重，不能被航天器承載升空，而桁架具有形狀分散的結構特點，航天運載空間利用率低，形成了矛盾。

發(fā)明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供可變半徑的多打印頭一體式桁架3D打印機及其使用方法，實現變截面尺寸的高性能復合材料桁架的一體式快速成形制造，具有桁架長度充足、承載性能高、能被航天器承載升空的優(yōu)點。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案：

一種可變半徑的多打印頭一體式桁架3D打印機，包括機架4、棱邊成形模塊1、環(huán)繞成形模塊和角度調節(jié)模塊，環(huán)繞成形模塊、角度調節(jié)模塊連接在機架4上，環(huán)繞成形模塊、角度調節(jié)模塊和棱邊成形模塊1連接；

所述的環(huán)繞成形模塊由三組相同機械結構的子模塊組成，自下而上分別是第一順周期環(huán)繞子模塊21、第二順周期環(huán)繞子模塊22、逆周期環(huán)繞子模塊23；

所述的角度調節(jié)模塊由上調節(jié)模塊31和下調節(jié)模塊32組成，上調節(jié)模塊31固定安裝在機架4上部，下調節(jié)模塊32固定安裝在機架4下部，上調節(jié)模塊31和下調節(jié)模塊32共有三組，沿機架4中軸線等距陣列分布，下調節(jié)模塊32與對應的上調節(jié)模塊31處于同一豎直平面內；

所述的棱邊成形模塊1共有三組，沿機架4中軸線等距陣列分布。

所述的上調節(jié)模塊31包括和第一伸縮模塊5-1連接的懸臂支架311，懸臂支架311與棱邊成形模塊1的上部鉸接；下調節(jié)模塊32包括和第二伸縮模塊5-2連接的鉸接底座321，鉸接底座321與電動推拉桿322一端鉸接，電動推拉桿322另一端與棱邊成形模塊1的下部鉸接。