一种3D皮芯结构复合材料打印机的制作方法

本发明涉及3D打印机技术领域，特别涉及一种3D皮芯结构复合材料打印机。

背景技术：

3D打印是通过材料逐层堆积的方式成型所需零件，称为“增材制造技术”，它是以数字三维CAD模型文件为基础，将丝状、片状等特定的材料进行逐层堆积叠加成型，该成型方式具有制造成本低、生产周期短等优势。但是，目前3D打印机往往只能打印材料单一的制品，如PLA、ABS、PE等，并且材料逐层堆积过程中层间粘合性不好，导致打印的制品在强度和刚度等力学性能差，因此由现有的3D打印机打印出来的产品往往用于外形展示、模型、工艺品等，无法很好的在工程领域使用。本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种3D皮芯结构复合材料打印机，方便实现打印制品的个性化改性，获得性能和外观令客户满意的打印制件。

技术实现要素：

为了克服以上技术问题，本发明提供一种3D皮芯结构复合材料打印机，具有方便快速实现3D打印、可操作性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种3D皮芯结构复合材料打印机，包括喷头部件20和驱动部件30，所述的喷头部件20包括芯材送进部分、皮材送进部分、以及皮、芯材料包覆挤出部分；

所述的芯层材料送进部分包括安装在喷头部件20上方的第一步进电机1，第一步进电机1的输出轴与第一送料辊2的内孔相连接，用于驱动第一送料辊2，第一送料辊2的外缘夹紧芯层丝材3，向喷头部件20送进芯层丝材3；

所述的皮层材料送进部分包括第二步进电机4和第二送料辊5，第二步进电机4安装在喷头部件20一侧，第二步进电机4的输出轴与第二送料辊5的内孔相连接，用于驱动第二送料辊5，第二送料辊5的外缘夹紧皮层丝材6，向喷头部件20送进皮层丝材6；

所述的皮层和芯层材料包覆挤出部分包括喷头芯模10，喷头芯模10穿过定径套9，由螺钉将喷头芯模10与定径套9上端面相连接；喷头盖板7挡住喷嘴8和定径套9，由螺钉将喷头盖板7与定径套9的下端面相连接。

所述的喷头盖板7、喷嘴8、定径套9、喷头芯模10为同轴零件。

所述的喷头部件20的两侧安装有第一电加热器11和第二电加热器12，用于加热喷头部件20中的材料。

所述的驱动部件30包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置；所述的驱动步进电动机为永磁式步进电机、反应式步进电机、混合式步进电机的任意一种；实施例中采用的是A4982型微步驱动电动机；

所述的喷嘴8为锥面流道。

所述的送料辊主动送料辊13、从动送料辊14和弹簧15组成，由弹簧15连接主动送料辊13和从动送料辊14。

本发明的有益效果：

本发明可以打印皮芯结构复合材料的3D打印机设计巧妙，可操作性高，皮层和芯层材料可选用不同颜色、或不同性能、或不同配方的丝材进入共挤打印头，从而打印出皮层均匀包覆芯材的皮芯结构复合材料，从而可通过皮层、芯层材料颜色、配方等的优化组合，方便快速的实现3D打印制品的功能化、个性化改性，包括皮层可采用粘合性改性好的丝材、芯层采用强韧化改性材料，从而提高打印制品的综合力学性能；亦可通过改变皮层材料颜色改变制品颜色；还可以在皮层或芯层使用阻燃、耐老化、耐腐蚀等功能性材料，赋予打印制品很好的功能性等。

附图说明

图1示出了本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，喷头部件，用于喷射皮芯结构复合材料；

驱动部件，包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D皮芯结构复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向的运动；

机身，用于支撑整个3D皮芯结构复合材料打印机；

控制部件，用于控制3D皮芯结构复合材料打印机的运行；

根据本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的一实施例，喷头部件包括芯层材料送进部分、皮层材料送进部分、以及皮层和芯层材料包覆挤出部分；

根据本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的一实施例，芯层材料送进部分包括第一步进电机1和第一送料辊2。所述第一步进电机1安装在喷头部件20上方，与芯层材料送料方向垂直，第一步进电机1的输出轴与第一送料辊2的内孔相连接，用于驱动第一送料辊2。所述第一送料辊2安装在喷头部件20上，第一送料辊2由主动送料辊13、从动送料辊14和弹簧15组成，主动送料辊13和从动送料辊14在弹簧15的作用下，用第一送料辊2的外缘夹紧芯层丝材3，向喷头部件20送进芯层丝材3。

根据本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的一实施例，皮层材料送进部分包括第二步进电机4和第二送料辊5。所述第二步进电机4安装在喷头部件20一侧，与皮层材料送料方向垂直，第二步进电机4的输出轴与第二送料辊5的内孔相连接，用于驱动第二送料辊5。所述第二送料辊5安装在喷头部件20上，第二送料辊5由主动送料辊13、从动送料辊14和弹簧15组成，由弹簧15连接主动送料辊13和从动送料辊14，在弹簧15的拉紧作用下，主动送料辊13和从动送料辊14夹紧皮层丝材6，向喷头部件20送进皮层丝材6。

根据本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的一实施例，芯层和皮层材料包覆挤出部分包括喷头盖板7、喷嘴8、定径套9、喷头芯模10、第一电加热器11、第二电加热器12。

根据本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的一实施例，所述第一电加热器11和第二电加热器12安装在喷头部件20的两侧，用于加热喷头部件20中的材料。

图1示出了本发明的3D皮芯结构复合材料打印机的实施例的组成示意图。请参见图1，本实施例的3D皮芯结构复合材料打印机主要包括：喷头部件20、驱动部件30、机身(未示出)和控制部件(未示出)。其中喷头部件20用于喷射皮芯结构复合材料。驱动部件30包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D皮芯结构复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向的运动。机身用于支撑整个3D皮芯结构复合材料打印机。控制部件用于控制3D皮芯结构复合材料打印机的运行。

喷头部件20包括芯层材料送进部分、皮层材料送进部分、以及皮层和芯层材料包覆挤出部分。

芯层材料送进部分包括第一步进电机1和第一送料辊2。第一步进电机1安装在喷头部件20上方，与芯层材料送料方向(Z向)垂直，第一步进电机1的输出轴与第一送料辊2的内孔相连接，用于驱动第一送料辊2。第一送料辊2安装在喷头部件20上，第一送料辊2由主动送料辊、从动送料辊和弹簧组成，主动送料辊和从动送料辊在弹簧的作用下，用第一送料辊2的外缘夹芯层丝材3，向喷头部件20送进芯层丝材3。

皮层材料送进部分包括第二步进电机4和第二送料辊5。第二步进电机4安装在喷头部件20一侧，与皮层材料送料方向(Y向)垂直，第二步进电机的输出轴与第二送料辊5的内孔相连接，用于驱动第二送料辊5。第二送料辊5安装在喷头部件20上，第二送料辊5由主动送料辊、从动送料辊和弹簧组成，主动送料辊和从动送料辊在弹簧的作用下，用第二送料辊5的外缘夹皮层丝材6，向喷头部件20送进皮层丝材6。

芯层和皮层材料包覆挤出部分包括喷头盖板7、喷嘴8、定径套9、喷头芯模10、第一电加热器11、第二电加热器12。

第一电加热器11和第二电加热器12安装在喷头部件20的两侧，用于加热喷头部件20中的材料。

3D皮芯结构复合材料打印机工作时，喷头部件20中的第一步进电机1驱动第一送料辊2，使其夹持的芯层丝材3进入喷头芯模10中，再由于第一电加热器11和第二电加热器12的加热作用，喷头芯模10中的芯层丝材3受热熔融，逐渐由喷头芯模10向下流向喷嘴8；同时，喷头部件20中的第二步进电机4驱动第二送料辊5，在第一电加热器11和第二电加热器12的加热作用下，皮层丝材6受热熔融，从定径套9流入喷嘴8的锥面流道中；随着两个加热器的进一步加热和塑料在流道中的摩擦热，塑料的粘度降低、流动性增强，熔融的皮层材料与芯层材料在喷头芯模10和喷嘴8的交汇处汇聚，从而使皮层将芯层的外表面完整包覆并向下运动，最后从喷嘴8挤出皮芯结构复合材料，沉积在驱动部件30的工作平台上。

采用本发明的上述实施例的结构后，根据设计制件的三维图形，可以自动打印用皮芯结构复合材料构成的制件。

进一步改进为，芯层或皮层材料可为塑料丝材、颗粒、粉末或液体的任意一种，本发明中喷头部件的流道结构仍然可行，只需根据材料性状改变送料装置即可。