[發明專利]一種復合材料原位熔融混合打印裝置及其方法

在審

• 申請號: 202310021054.5
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115972565A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王玉;鄧梓光;于穎
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/336;B29C64/386;B29C64/393;B33Y40/00;B33Y50/00;B33Y50/02;B33Y70/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 廖程

本發明涉及一種復合材料原位熔融混合打印裝置及其方法，該裝置包括相互連通的第一送料部和第二送料部，第一送料部的底部和第二送料部的底部均連接至混合熔融腔，混合熔融腔連接有噴嘴，其中，第一送料部按照設定的對應控制指令將塑料顆粒料加熱熔融后輸送至混合熔融腔；第二送料部按照設定的對應控制指令將短切纖維粒料加熱熔融后輸送至混合熔融腔；混合熔融腔用于將塑料顆粒料和短切纖維粒料均勻混合，并在腔體壓力作用下將混合后的材料輸送至噴嘴。與現有技術相比，本發明能夠在零件滿足功能要求的前提下，實現不同性能材料的定區域填充、含碳量在不同位置能夠根據零件應力信息實時變化，以得到具有功能梯度材料的零件。

技術領域

本發明涉及短切碳纖維打印技術領域，尤其是涉及一種復合材料原位熔融混合打印裝置及其方法。

背景技術

隨著3D打印技術的發展，目前已經能夠使用碳纖維進行3D打印，目前主要有兩種碳纖維打印方法：短切碳纖維填充熱塑性塑料和連續碳纖維增強材料，其中，短切碳纖維填充熱塑性塑料通過標準FFF(FDM)打印機打印，主要構成材料為熱塑性塑料(PLA、ABS或尼龍)和細短切碳纖維。

然而，傳統的短切碳纖維打印絲的含量一般在30％以下，且打印的碳纖維含量為定值，無法根據零件應力信息的變化而調整相應區域的碳纖維含量，也就不能可靠地加工出具有功能梯度材料的零件。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種復合材料原位熔融混合打印裝置及其方法，能夠在零件滿足功能要求的前提下，實現不同性能材料的定區域填充、含碳量在不同位置能夠根據零件應力信息實時變化，以得到具有功能梯度材料的零件。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種復合材料原位熔融混合打印裝置，包括相互連通的第一送料部和第二送料部，所述第一送料部的底部和第二送料部的底部均連接至混合熔融腔，所述混合熔融腔連接有噴嘴，所述第一送料部按照設定的對應控制指令將塑料顆粒料加熱熔融后輸送至混合熔融腔；

所述第二送料部按照設定的對應控制指令將短切纖維粒料加熱熔融后輸送至混合熔融腔；

所述混合熔融腔用于將塑料顆粒料和短切纖維粒料均勻混合，并在腔體壓力作用下將混合后的材料輸送至噴嘴。

進一步地，所述第一送料部和第二送料部均包括轉速可控的步進電機，所述步進電機連接有螺桿，所述螺桿設置于導管內，所述步進電機根據設定的對應控制指令驅動螺桿在導管內發生移動，所述導管的頂端連接有進料口，所述導管的底端設置有加熱塊，所述加熱塊的內部空間構成加熱熔融腔，所述加熱熔融腔與混合熔融腔相連通。

進一步地，所述步進電機通過第一聯軸器與螺桿相連接，所述步進電機通過第一固定片連接有第一螺栓，所述第一螺栓與導管相連接。

進一步地，所述第一螺栓與導管之間連接有第二固定片。

進一步地，所述導管的外部套設有散熱管，所述散熱管的底部通過彈簧與加熱塊相連接。

進一步地，所述導管的外部與散熱管之間設置有鎖緊套筒。

進一步地，所述混合熔融腔內設置有攪拌器，所述攪拌器連接安裝于攪拌電機的輸出端。

進一步地，所述攪拌電機通過第二聯軸器與攪拌器相連接。

進一步地，所述攪拌電機通過第三固定片連接有第二螺栓，所述第二螺栓通過連接片與加熱塊相連接。

一種復合材料原位熔融混合打印方法，包括以下步驟：

S1、將待打印的零件在相應工況下進行有限元分析，得到零件對應的網格節點的應力信息數據；

S2、在應力可視化軟件中對應力信息數據進行處理，得到多條不同的應力等值線；