带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头的制作方法

本技术属于3d打印，具体涉及一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3d打印头。

背景技术：

1、3d打印技术采用逐层铺放、层层叠加的工艺原理进行零部件的制备，由于其具有可设计性强、成本低以及成型速度快等优势，近年来，在工程应用中被广泛应用。连续纤维3d打印技术则是在原有3d打印基础上向打印耗材内部引入了连续纤维，通过连续纤维对构件进行增强，从而使得所制备的构件在力学性能方面得到进一步的提升。

2、然而，在采用3d打印技术制备连续纤维增强复合材料过程中，连续纤维铺放轨迹需与打印喷头移动轨迹严格保持一致，且由于连续纤维的存在，采用传统商用切片软件生成的打印路径通常存在“跳点”，不能直接应用，同时大多数构件也不能通过一条连续纤维制备得到，这就严重限制了连续纤维3d打印技术的推广应用，解决“跳点”问题刻不容缓。

3、现有连续纤维3d打印头在工作过程中多采用伺服舵机，通过舵机的旋转带动切刀实现连续纤维的切断，从而解决打印过程中“跳点”问题，但这种切断方式存在响应速度慢、切割力小等缺点，仅能实现小丝束连续纤维的切断；同时所用的连续纤维丝束在材料组份上多为单一热塑性材料增强的连续纤维预浸丝，材料组分可设计性较差，无法实现热塑性材料与热固性材料混合制备连续纤维复合材料，而多种基体材料混杂则能更好的发挥连续纤维的性能。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供了一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3d打印头，能够实现大丝束连续纤维的斩断，同时树脂基体可以是热塑性材料、热固性材料亦或是两者的掺混体系，从而获得综合力学性能优异的连续纤维增强复合材料。

2、为了达到上述目的，本实用新型拟采用以下技术方案：

3、一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3d打印头，包括基板2，基板2背面连接有散热风扇1，基板2正面连接有束丝模块4、送丝模块5、熔融打印模块6和斩丝模块7，连续纤维3依次经束丝模块4、送丝模块5、斩丝模块7及熔融打印模块6，分别实现连续纤维3的束丝、送丝、斩丝及打印功能。

4、所述的束丝模块4包括上固定块43，上固定块43连接在基板2上，上固定块43下端连接有熔池44，上固定块43上端连接有滑轮支架42，滑轮支架42上安装有滑轮41。

5、所述的熔池44上端有一树脂槽能够添加热塑性或热固性树脂用于连续纤维3的浸渍，熔池44下端有一竖直向下的小孔用于对连续纤维3进行束丝；熔池44内部设有加热组件以及温度传感器。

6、所述的送丝模块5包括上导丝块51和下导丝块56，上导丝块51、下导丝块56与基板2连接，上导丝块51和下导丝块56一端之间安装有弹簧52，上导丝块51另一端上安装有轴承55，轴承55和送丝轮53配合实现送丝，送丝轮53连接在电机54转轴上，电机54固定于基板2上。

7、所述的上导丝块51通过螺栓连接于基板2上，上导丝块51能够绕螺栓进行小范围转动；轴承55与送丝轮53圆柱面相对设置，通过弹簧52将轴承55压紧于送丝轮53；上导丝块51与下导丝块56均有一竖直向下的孔用于连续纤维3的导向。

8、所述的熔融打印模块6包括下固定块61，下固定块61连接在基板2上，下固定块61下端连接有加热块62，加热块62下端连接有打印喷头63。

9、所述的下固定块61有一竖直向下的孔用于将连续纤维3送至打印喷头63；加热块62内部设有加热组件以及温度传感器。

10、所述的斩丝模块7包括气缸固定架71，气缸固定架71连接在基板2上，气缸固定架71上固定有气缸72，气缸72缸头上连接有刀头73，刀头73上连接有斩刀74。

11、所述的连续纤维3为连续纤维干丝或连续纤维预浸丝。

12、和现有技术相比，本实用新型的有益效果为：由于本实用新型采用了熔池44，因此连续纤维3可以采用连续纤维干丝或连续纤维预浸丝，熔池44槽内的树脂可以是热固性树脂、热塑性树脂或两者的掺混体系。结合气动斩丝模块7，该打印头可以实现连续纤维3的快速高效斩断，提高生产效率。

技术特征：

1.一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3d打印头，包括基板(2)，其特征在于：基板(2)背面连接有散热风扇(1)，基板(2)正面连接有束丝模块(4)、送丝模块(5)、熔融打印模块(6)和斩丝模块(7)，连续纤维(3)依次经束丝模块(4)、送丝模块(5)、斩丝模块(7)及熔融打印模块(6)，分别实现连续纤维(3)的束丝、送丝、斩丝及打印功能；

2.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于：所述的熔池(44)上端有一树脂槽能够添加热塑性或热固性树脂用于连续纤维(3)的浸渍，熔池(44)下端有一竖直向下的小孔用于对连续纤维(3)进行束丝；熔池(44)内部设有加热组件以及温度传感器。

3.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于：所述的送丝模块(5)包括上导丝块(51)和下导丝块(56)，上导丝块(51)、下导丝块(56)与基板(2)连接，上导丝块(51)和下导丝块(56)一端之间安装有弹簧(52)，上导丝块(51)另一端上安装有轴承(55)，轴承(55)和送丝轮(53)配合实现送丝，送丝轮(53)连接在电机(54)转轴上，电机(54)固定于基板(2)上。

4.根据权利要求3所述的3d打印头，其特征在于：所述的上导丝块(51)通过螺栓连接于基板(2)上，上导丝块(51)能够绕螺栓进行小范围转动；轴承(55)与送丝轮(53)圆柱面相对设置，通过弹簧(52)将轴承(55)压紧于送丝轮(53)；上导丝块(51)与下导丝块(56)均有一竖直向下的孔用于连续纤维(3)的导向。

5.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于：所述的熔融打印模块(6)包括下固定块(61)，下固定块(61)连接在基板(2)上，下固定块(61)下端连接有加热块(62)，加热块(62)下端连接有打印喷头(63)。

6.根据权利要求5所述的3d打印头，其特征在于：所述的下固定块(61)有一竖直向下的孔用于将连续纤维(3)送至打印喷头(63)；加热块(62)内部设有加热组件以及温度传感器。

7.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于：所述的连续纤维(3)为连续纤维干丝或连续纤维预浸丝。

技术总结
一种带斩丝的连续纤维增强热塑/热固性复合材料3D打印头，包括基板，基板背面连接有散热风扇，基板正面连接有束丝模块、送丝模块、熔融打印模块和斩丝模块，连续纤维依次经束丝模块、送丝模块、斩丝模块及熔融打印模块，分别实现连续纤维的束丝、送丝、斩丝及打印功能；束丝模块包括上固定块，上固定块连接在基板上，上固定块下端连接有熔池，上固定块上端连接有滑轮支架，滑轮支架上安装有滑轮；本技术能够实现大丝束连续纤维的斩断，同时树脂基体可以是热塑性材料、热固性材料亦或是两者的掺混体系，从而获得综合力学性能优异的连续纤维增强复合材料。

技术研发人员：王奔,赵亚涛,段玉岗,辛志博,王枫,王杰,明越科,张少秋
受保护的技术使用者：西安华晟复材科技有限公司
技术研发日：20230831
技术公布日：2024/1/5