一种连续纤维增强复合材料3D打印的纤维剪切方法和装置与流程

本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法和装置。

背景技术

连续纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性强和功能性(如吸波和隔热)等优点，被广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。传统连续纤维增强复合材料的制造工艺，如缠绕成型工艺、自动铺放工艺和编织工艺等，制造过程都需要模具，成本高、周期长，并且无法制造出复杂的连续纤维增强复合材料制件，大大限制了连续纤维增强复合材料的应用。近年来，随着连续纤维增强复合材料3d打印工艺的出现，不仅降低了连续纤维增强复合材料的制造成本，而且有效的提高了其制造效率。

但现有的3d打印机上的剪断装置存在可靠性差、适用材料范围有限，并且对于打印过程的计算和控制精度要求高的技术问题。

技术实现要素：

第一方面，本发明实施例提供了一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法，所述方法包括：将打印头支架上移；启动第一动力单元带动联轴单元、剪切支架、剪切单元及第二动力单元向下运动，3d打印头中引出的纤维进入左压块与右压块之间；转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与第一弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具；将所述纤维剪断后，第二动力单元复位带动所述凸轮进入进程休止角阶段，完成剪切单元复位；第一动力单元复位带动所述联轴单元、所述剪切支架向上运动复位，所述打印头支架向下移动复位。

优选的，所述将打印头支架上移之前，包括：在进行打印时，设置所述剪切单元处于抬起状态。

优选的，所述转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具，包括：所述凸轮转动推动所述顶杆向左运动；所述顶杆上设置的所述右压块向左运动与所述左压块接触；在所述第一弹簧的推动下所述左压块压紧所述右压块，压住第二弹簧，夹持住所述纤维。

优选的，所述完成剪切单元复位，包括：所述第二弹簧复位使复位螺栓带动所述右压块向右运动。

第二方面，本发明实施例提供了一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切装置，所述装置包括：打印头支架；第一动力单元，所述第一动力单元设置在所述打印头支架的下端上；联轴单元，所述联轴单元设置在所述第一动力单元的动力输出端上，且所述联轴单元与剪切支架连接；剪切单元，所述剪切单元与所述剪切支架连接，且所述剪切单元包括：顶杆；右压块，所述右压块的一端与所述顶杆连接，且所述右压块具有第一中心通孔，其中所述顶杆可推动所述右压块向左运动；左压块，所述左压块具有第二中心通孔，所述左压块与所述右压块相对设置，且所述左压块与所述右压块之间具有一预定距离；第一弹簧，所述第一弹簧与所述左压块的一端连接；第二弹簧，所述第二弹簧与所述右压块连接；刀具，所述刀具设置在所述第二中心通孔内，且所述刀具可穿入所述第一中心通孔；第二动力单元，所述第二动力单元与所述剪切支架连接；凸轮，所述凸轮设置在所述剪切支架上，且所述凸轮与所述第二动力单元的动力输出端连接；3d打印头，所述3d打印头设置在所述打印头支架上，且所述3d打印头在所述剪切单元的上方。

优选的，所述第一动力单元运动可带动所述剪切支架与联轴单元进行旋转运动。

优选的，所述剪切单元还包括：左固定支架，所述左固定支架设置在所述剪切支架上；调节螺栓，所述调节螺栓与所述左固定支架滑动连接，且所述调节螺栓与所述左压块固定连接，所述调节螺栓的外表面上套有所述第一弹簧。

优选的，所述剪切单元还包括：右固定支架，所述右固定支架与所述左固定支架相对设置在所述剪切支架上，且所述右固定支架与所述顶杆滑动连接；复位螺杆，所述复位螺杆与所述右固定支架滑动连接，且所述复位螺杆与所述右压块连接，所述复位螺杆的外表面上套有所述第二弹簧。

优选的，所述剪切单元还包括：动轮，所述动轮与所述顶杆连接，且所述动轮与所述凸轮滑动连接，其中所述凸轮转动带动所述动轮转动并推动顶杆向左运动。

优选的，所述剪切单元还包括：加热单元，所述加热单元与所述刀具的一端连接。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例提供一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法，所述方法包括：将打印头支架上移；启动第一动力单元带动联轴单元、剪切支架、剪切单元及第二动力单元向下运动，3d打印头中引出的纤维进入左压块与右压块之间；转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与第一弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具；将所述纤维剪断后，第二动力单元复位带动所述凸轮进入进程休止角阶段，完成剪切单元复位；第一动力单元复位带动所述联轴单元、所述剪切支架向上运动复位，所述打印头支架向下移动复位。通过本发明，解决了现有剪断装置可靠性差、适用材料范围有限，并且对于打印过程的计算和控制精度要求高的技术问题，达到了提高增强复合材料打印的效率和稳定性、降低了计算和控制精度的要求、节约成本的技术效果。

2、本发明实施例通过所述转动第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具，包括：所述凸轮转动推动所述顶杆向左运动；所述顶杆上设置的所述右压块向左运动与所述左压块接触；在所述第一弹簧的推动下所述左压块压紧所述右压块，压住第二弹簧，夹持住所述纤维。进一步达到了准确剪切，确保3d打印效率的技术效果。

3、本发明实施例通过所述完成剪切单元复位，包括：所述第二弹簧复位使复位螺栓带动所述右压块向右运动。进一步达到了剪切完成后自动复位，确保3d打印连续性的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切装置的剪切状态结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切装置的抬起状态结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切装置的剪切单元结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法流程图。

附图标记说明：打印头支架1；第一动力单元2；剪切支架3；3d打印头4；剪切单元5；调节螺栓51；第一弹簧52；左压块53；右压块54；右固定支架55；第二弹簧56；复位螺杆57；左固定支架58；调节螺栓59；加热单元510；刀具511；顶杆512；动轮513；纤维6；联轴单元7；第二动力单元8；凸轮9。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法和装置，解决了现有剪断装置可靠性差、适用材料范围有限，并且对于打印过程的计算和控制精度要求高的技术问题，达到了提高增强复合材料打印的效率和稳定性、降低了计算和控制精度的要求、节约成本的技术效果。

本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：将打印头支架上移；启动第一动力单元带动联轴单元、剪切支架、剪切单元及第二动力单元向下运动，3d打印头中引出的纤维进入左压块与右压块之间；转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与第一弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具；将所述纤维剪断后，第二动力单元复位带动所述凸轮进入进程休止角阶段，完成剪切单元复位；第一动力单元复位带动所述联轴单元、所述剪切支架向上运动复位，所述打印头支架向下移动复位。通过本发明，解决了现有剪断装置可靠性差、适用材料范围有限，并且对于打印过程的计算和控制精度要求高的技术问题，达到了提高增强复合材料打印的效率和稳定性、降低了计算和控制精度的要求、节约成本的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明提供了一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法，如图1-4所示，所述方法包括：

步骤110：将打印头支架上移；进一步的，所述将打印头支架上移之前，包括：在进行打印时，设置所述剪切单元处于抬起状态。

具体的，在打印过程中，剪切单元处于抬起状态，当需要执行纤维剪断操作时，打印头支架上移，安装在打印头支架上的剪切单元跟随其上移抬起。

步骤120：启动第一动力单元带动联轴单元、剪切支架、剪切单元及第二动力单元向下运动，3d打印头中引出的纤维进入左压块与右压块之间；

具体的，剪切单元抬起后，第一动力单元带动联轴单元和剪切支架向下摆动，安装在剪切支架上的剪切单元和第二动力单元随着一起下摆，纤维进入左压块和右压块之间。

步骤130：转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与第一弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具；进一步的，所述转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具，包括：所述凸轮转动推动所述顶杆向左运动；所述顶杆上设置的所述右压块向左运动与所述左压块接触；在所述第一弹簧的推动下所述左压块压紧所述右压块，压住第二弹簧，夹持住所述纤维。

具体的，纤维进入左压块和右压块之间后，第二动力单元开始旋转，带动凸轮旋转进入推程阶段，固定在顶杆上的右压块跟着顶杆向左运动，使左压块和右压块接触，右压块继续向左运动，在第一弹簧的作用下，左压块和右压块将纤维牢牢夹持住，同时使纤维撞向刀具，实现纤维剪断的目的，这时第二弹簧受压，将纤维夹持住。

步骤140：将所述纤维剪断后，第二动力单元复位带动所述凸轮进入进程休止角阶段，完成剪切单元复位；进一步的，所述完成剪切单元复位，包括：所述第二弹簧复位使复位螺栓带动所述右压块向右运动。

具体的，纤维剪断后，第二动力单元复位，带动凸轮进入近程休止角阶段，第二弹簧复位使复位螺栓带动右压块向右运动，完成剪切单元复位。

步骤150：第一动力单元复位带动所述联轴单元、所述剪切支架向上运动复位，所述打印头支架向下移动复位。

具体的，剪切单元复位后，第一动力单元复位，带动联轴单元和剪切支架向上摆动，完成整个纤维剪断装置复位，然后打印头支架下移，继续打印任务。

实施例二

如图2-4所示，本发明提还供了一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切装置，所述装置包括：

打印头支架1；进一步的，所述装置还包括：3d打印头4，所述3d打印头4设置在所述打印头支架1上，且所述3d打印头4在所述剪切单元5的上方。

具体的，所述3d打印头4设置在所述打印头支架1上，所述打印头支架1支撑所述3d打印头4，并将所述3d打印头4悬于所述剪切单元5的上方。

第一动力单元2，所述第一动力单元2设置在所述打印头支架1的下表面上；进一步的，所述第一动力单元2运动可带动所述剪切支架1与联轴单元7进行旋转运动。

具体的，所述第一动力单元2与所述打印头支架1的下表面连接，所述第一动力单元2开启后，可带动与之连接的剪切支架3和联轴单元7一起转动，使所述联轴单元7和所述剪切支架3向下摆动。

联轴单元7，所述联轴单元7设置在所述第一动力单元2的动力输出端上，且所述联轴单元7与剪切支架3连接；

具体的，所述联轴单元7与所述第一动力单元2的动力输出端相连接，所述联轴单元7为动力传输装置，是指联接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的一种装置。有时也作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。所述联轴单元7可将第一动力单元2的动力传输至所述剪切支架3上，带动所述剪切支架3一起运动。

剪切单元5，所述剪切单元5与所述剪切支架3连接，且所述剪切单元5包括：顶杆512；进一步的，所述剪切单元5还包括：左固定支架58，所述左固定支架58设置在所述剪切支架3上；调节螺栓51，所述调节螺栓51与所述左固定支架58滑动连接，且所述调节螺栓51与所述左压块53固定连接，所述调节螺栓51的外表面上套有所述第一弹簧52。进一步的，所述剪切单元5还包括：右固定支架55，所述右固定支架55与所述左固定支架58相对设置在所述剪切支架3上，且所述右固定支架55与所述顶杆512滑动连接；复位螺杆57，所述复位螺杆57与所述右固定支架55滑动连接，且所述复位螺杆57与所述右压块54连接，所述复位螺杆57的外表面上套有所述第二弹簧56；动轮513，所述动轮513与所述顶杆512连接，且所述动轮513与所述凸轮9滑动连接，其中所述凸轮9转动带动所述动轮513转动并推动顶杆512向左运动。所述剪切单元5还包括：右压块54，所述右压块54的一端与所述顶杆512连接，且所述右压块54具有第一中心通孔，其中所述顶杆512可推动所述右压块54向左运动；左压块53，所述左压块53具有第二中心通孔，所述左压块53与所述右压块54相对设置，且所述左压块53与所述右压块54之间具有一预定距离；其中，左压块为图3方向的左侧压块，右压块为如图3方向的右侧压块。第一弹簧52，所述第一弹簧52与所述左压块53的一端连接；第二弹簧56，所述第二弹簧56与所述右压块54连接；刀具511，所述刀具511设置在所述第二中心通孔内，且所述刀具511可穿入所述第一中心通孔；第二动力单元8，所述第二动力单元8与所述剪切支架3连接。

具体的，所述的剪切单元5包括调节螺栓51、第一弹簧52、左压块53、右压块54、右固定支架55、第二弹簧56、复位螺杆57、左固定支架58、调节螺栓59、加热装置510、刀具511、顶杆512和动轮513。左固定支架58、右固定支架55相对设置，并和加热装置510固定在剪切支架3上，两个调节螺栓51与左固定支架58滑动连接，在两个调节螺栓51上分别套有第一弹簧52，左压块53固定在两个调节螺栓51上，复位螺杆57滑动连接在右固定支架55上，顶杆512与右固定支架55滑动连接，动轮513与顶杆512相连接，并且与凸轮9滑动连接，凸轮9固定在第二动力单元8上，凸轮9会随着第二动力单元8做旋转运动，使得顶杆512带动右压块54向左运动，左压块53和右压块54均留有中心通孔，刀具511可通过在两个中心通孔内运动对纤维6进行切割。复位螺杆57与右固定支架55滑动连接，右压块54与复位螺杆57相连，在右压块54向左运动的过程中，第二弹簧56受压，当凸轮9回复到近程休止角时，在第二弹簧56的作用下，右压块54完成复位动作。

加热单元510，所述加热单元510与所述刀具511的一端连接。

具体的，所述加热单元510可采用电加热，电加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，并可根据加热的工艺要求，实现整体均匀加热或局部加热(包括表面加热)，容易实现真空加热和控制气氛加热。在电加热过程中，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境。因此，电加热广泛用于生产、科研和试验等领域中。通过所述加热单元510可将刀具511加热，进而方便切割纤维6等打印材料。

凸轮9，所述凸轮9设置在所述剪切支架3上，且所述凸轮9与所述第二动力单元8的动力输出端连接。

具体的，所述凸轮9为一个具有曲面或曲槽之机件，利用其摆动或回转，可以使另一组件—从动子提供预先设定的运动。从动子之路径大部限制在一个滑槽内，以获得往覆运动。在其回复的行程中，有时依靠其本身之重量，但有些机构为获得确切的动作，常以弹簧作为回复之力，有些则利用导槽,使其在特定的路径上运动。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、一种连续纤维增强复合材料3d打印的纤维剪切方法，所述方法包括：将打印头支架上移；启动第一动力单元带动联轴单元、剪切支架、剪切单元及第二动力单元向下运动，3d打印头中引出的纤维进入左压块与右压块之间；转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与第一弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具；将所述纤维剪断后，第二动力单元复位带动所述凸轮进入进程休止角阶段，完成剪切单元复位；第一动力单元复位带动所述联轴单元、所述剪切支架向上运动复位，所述打印头支架向下移动复位。通过本发明，解决了现有剪断装置可靠性差、适用材料范围有限，并且对于打印过程的计算和控制精度要求高的技术问题，达到了提高增强复合材料打印的效率和稳定性、降低了计算和控制精度的要求、节约成本的技术效果。

2、本发明实施例通过所述转动所述第二动力单元带动凸轮转动，在顶杆与弹簧的推动下所述右压块与所述左压块夹持住所述纤维，所述纤维撞向刀具，包括：所述凸轮转动推动所述顶杆向左运动；所述顶杆上设置的所述右压块向左运动与所述左压块接触；在所述第一弹簧的推动下所述左压块压紧所述右压块，压住第二弹簧，夹持住所述纤维。进一步达到了准确剪切，确保3d打印效率的技术效果。

3、本发明实施例通过所述完成剪切单元复位，包括：所述第二弹簧复位使复位螺栓带动所述右压块向右运动。进一步达到了剪切完成后自动复位，确保3d打印连续性的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。