本發(fā)明屬于3D打印領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)正在快速發(fā)展的一項新興技術(shù)，被稱為“具有第三次工業(yè)革命重要標(biāo)志意義的制造技術(shù)”，各主要發(fā)達(dá)國家將其列為戰(zhàn)略發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前，3D打印技術(shù)依托多個學(xué)科領(lǐng)域尖端技術(shù)，在航空航天技術(shù)、汽車家電制造生產(chǎn)、生物醫(yī)藥、食品加工等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印三維快速成型制造技術(shù)省略了產(chǎn)品模具的加工制造，從而在時間上極大的縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。經(jīng)濟(jì)效益與前景方面有非常大的發(fā)展?jié)摿?，根?jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威報告《Wohlers Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果顯示，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988年到2010年之間以26.2％的年均速度增長。報告預(yù)測，3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將會保持著較快地增長速度，到2020年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到52億美元。在2012年的國際新技術(shù)發(fā)展趨勢調(diào)查中，3D打印制造技術(shù)居首位。目前，現(xiàn)有的增材制造技術(shù)還面臨著諸多方面的瓶頸和探索，因此，需要進(jìn)一步深入研究，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

利用3D打印技術(shù)打印出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品，不僅具備高強(qiáng)度、高剛度、質(zhì)量輕等特點，而且可以控制纖維的分布方向，從而控制制品的性能。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印技術(shù)無論是在民用還是軍事上都具有重大的意義。例如，利用碳纖維復(fù)合材料制作汽車零部件，提升汽車性能并降低油耗；碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品涵蓋航天光學(xué)遙感器的各個部位，如相機(jī)鏡筒、相機(jī)支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速發(fā)展和增材制造技術(shù)的日益成熟，基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印技術(shù)將會應(yīng)用到各行各業(yè)，推動制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

但是目前的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印技術(shù)研究較少，尚處于研發(fā)階段，存在諸多問題。比如，樹脂無法充分進(jìn)入纖維絲帶內(nèi)部，無法將各個纖維絲通過樹脂粘結(jié)在一起，從而在打印工件內(nèi)部形成空洞，嚴(yán)重降低了工件的力學(xué)性能。此外，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印容易堵頭，從而導(dǎo)致纖維無法出絲或樹脂從噴頭內(nèi)部往外溢出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭，可以提高樹脂與纖維的粘結(jié)效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明屬于3D打印領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭，包括打印噴頭、內(nèi)腔壁、纖維喉管、溫度傳感器、蓋帽、加熱棒、樹脂噴頭、樹脂喉管和鐵氟龍，可以提高樹脂與纖維的粘結(jié)效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

所述打印噴頭可拆卸連接在纖維喉管下端，所述蓋帽可拆卸連接在內(nèi)腔壁的上端，所述蓋帽上嵌套著加熱棒和溫度傳感器，所述纖維喉管上端可拆卸連接在蓋帽上，纖維喉管下端可拆卸連接在內(nèi)腔壁下端；樹脂噴頭可拆卸連接在樹脂喉管下端，樹脂喉管可拆卸連接在蓋帽上，樹脂喉管的內(nèi)部套有環(huán)狀的鐵氟龍。

所述纖維喉管上設(shè)有多個貫穿的向下傾斜的斜孔，斜孔的軸線與纖維喉管的軸線的夾角小于90度。

所述內(nèi)腔壁、蓋帽、樹脂噴頭、樹脂喉管均為金屬材質(zhì)。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的纖維喉管包括錐形段、豎直段和通孔，錐形段與豎直段相連，并且錐形段位于纖維喉管的上端，錐形段的尖端處設(shè)有通孔。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的纖維喉管上的斜孔設(shè)在豎直段上并且均位于內(nèi)腔壁內(nèi)。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的打印噴頭通過螺紋連接方式連接在纖維喉管下端，所述蓋帽通過螺紋連接方式連接在內(nèi)腔壁的上端，所述纖維喉管上端通過螺紋連接方式連接在蓋帽上，纖維喉管下端通過螺紋連接方式連接在內(nèi)腔壁下端；樹脂噴頭通過螺紋連接方式連接在樹脂喉管下端，樹脂喉管通過螺紋連接方式連接在蓋帽上。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的螺紋均為矩形螺紋或梯形螺紋。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的加熱棒有偶數(shù)個，對稱分布在蓋帽上。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的樹脂噴頭、樹脂喉管和鐵氟龍均有多個。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的樹脂噴頭的上端頂著樹脂喉管的下端。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭所述的打印噴頭、內(nèi)腔壁、纖維喉管和蓋帽的軸線均共線。

本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭的有益效果為：

本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭，能夠增強(qiáng)熔融樹脂與纖維的粘結(jié)效果，從而提高打印質(zhì)量；此外，噴頭結(jié)構(gòu)通過可拆卸連接，在發(fā)生堵絲情況時，能夠拆卸后快速清理。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方法對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的局部放大圖。

圖中：打印噴頭1；內(nèi)腔壁2；纖維喉管3；錐形段3-1；豎直段3-2；通孔3-3；溫度傳感器4；蓋帽5；加熱棒6；纖維束7；樹脂8；樹脂噴頭9；樹脂喉管10；鐵氟龍11。

具體實施方式

具體實施方式一：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本發(fā)明屬于3D打印領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的噴頭，包括打印噴頭1、內(nèi)腔壁2、纖維喉管3、溫度傳感器4、蓋帽5、加熱棒6、樹脂噴頭9、樹脂喉管10和鐵氟龍11，可以提高樹脂與纖維的粘結(jié)效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

所述打印噴頭1可拆卸連接在纖維喉管3下端，所述蓋帽5可拆卸連接在內(nèi)腔壁2的上端，所述蓋帽5上嵌套著加熱棒6和溫度傳感器4，所述纖維喉管3上端可拆卸連接在蓋帽5上，纖維喉管3下端可拆卸連接在內(nèi)腔壁2下端；樹脂噴頭9可拆卸連接在樹脂喉管10下端，樹脂喉管10可拆卸連接在蓋帽5上，樹脂喉管10的內(nèi)部套有環(huán)狀的鐵氟龍11；上述可拆卸連接方式可以是螺紋連接或者過盈配合或者其他可拆卸連接方式，使用可拆卸連接方式，主要用于在發(fā)生堵絲現(xiàn)象時可以快速拆卸，別于清理。此外，將噴頭分成多個零件組合而成，也有利于零件的加工制造，有利于降低成本。蓋帽5上嵌套著的加熱棒6用于產(chǎn)生熱量，從而加熱蓋帽5，蓋帽5將熱量傳遞給樹脂噴頭9和內(nèi)腔壁2。變熱后的樹脂噴頭9使得樹脂8融化，并在擠絲機(jī)構(gòu)的作用下擠入內(nèi)腔壁2與蓋帽5形成的樹脂容腔內(nèi)。變熱后的內(nèi)腔壁2會保持樹脂容腔內(nèi)的樹脂保持熔融狀態(tài)。

所述纖維喉管3上設(shè)有多個貫穿的向下傾斜的斜孔，斜孔的軸線與纖維喉管3的軸線的夾角a小于90度。隨著擠入樹脂容腔內(nèi)的樹脂不斷增多，在擠壓作用下樹脂容腔內(nèi)的樹脂會從纖維喉管3上的斜孔擠進(jìn)纖維喉管3內(nèi)，并在斜孔的導(dǎo)流作用下向下流動，從而包裹在纖維喉管3內(nèi)的纖維束7的周圍。該結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加了樹脂包裹纖維束7的時間和流動的長度，有利于樹脂與纖維束7充分粘結(jié)，從而提高樹脂與纖維束7的粘結(jié)效果，最終提高打印質(zhì)量。

此外，熔融樹脂8和纖維束7會在纖維喉管3內(nèi)充分浸潤，熔融樹脂8會包裹在纖維束7的四周并從打印噴頭1擠出，有效防止纖維束7彎曲而造成堵絲。即使偶爾發(fā)生堵絲，也可以通過拆卸打印噴頭1進(jìn)行快速清理。

所述內(nèi)腔壁2、蓋帽5、樹脂噴頭9、樹脂喉管10均為金屬材質(zhì)，可以是不銹鋼、銅、鐵、鋁等金屬，有利于熱量傳遞。

具體實施方式二：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述纖維喉管3包括錐形段3-1、豎直段3-2和通孔3-3，錐形段3-1與豎直段3-2相連，并且錐形段3-1位于纖維喉管3的上端，錐形段3-1的尖端處設(shè)有通孔3-3。通孔3-3用于穿纖維束7，并設(shè)有密封墊圈，用于防止樹脂溢出。此外，錐形段3-1與豎直段3-2共同形成了凹型腔體，從而改變了熔融樹脂8的受力方向，引導(dǎo)熔融樹脂8向下擠出，減小熔融樹脂8從通孔3-3擠出的概率，有效降低了熔融樹脂8溢出。

具體實施方式三：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述纖維喉管3上的斜孔設(shè)在豎直段3-2上并且均位于內(nèi)腔壁2內(nèi)。纖維喉管3上的斜孔均位于內(nèi)腔壁2內(nèi)，是為了防止樹脂經(jīng)過斜孔并從內(nèi)腔壁2與纖維喉管3或纖維喉管3與蓋帽5的連接初溢出。舉例而言，如果斜孔正好位于蓋帽5或內(nèi)腔壁2與纖維喉管3連接的孔內(nèi)，熔融樹脂8便會在擠壓作用下從斜孔擠出并從蓋帽5或內(nèi)腔壁2與纖維喉管3連接的孔內(nèi)溢出。

具體實施方式四：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述打印噴頭1通過螺紋連接方式連接在纖維喉管3下端，所述蓋帽5通過螺紋連接方式連接在內(nèi)腔壁2的上端，所述纖維喉管3上端通過螺紋連接方式連接在蓋帽5上，纖維喉管3下端通過螺紋連接方式連接在內(nèi)腔壁2下端；樹脂噴頭9通過螺紋連接方式連接在樹脂喉管10下端，樹脂喉管10通過螺紋連接方式連接在蓋帽5上。螺紋連接便于快速拆卸，當(dāng)發(fā)生堵絲現(xiàn)象時，可以快速拆卸清理。此外，螺紋連接還可以有效防止熔融的樹脂溢出。

具體實施方式五：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式四作進(jìn)一步說明，所述螺紋均為矩形螺紋或梯形螺紋。經(jīng)過實驗研究得知，當(dāng)螺紋為矩形螺紋或梯形螺紋時，樹脂溢出的可能性更小。

具體實施方式六：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述加熱棒6有偶數(shù)個，對稱分布在蓋帽5上，從而使得樹脂溫度更加均勻，有利于提高樹脂與纖維的粘結(jié)性能。

具體實施方式七：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述樹脂噴頭9、樹脂喉管10和鐵氟龍11均有多個，從而實現(xiàn)多股樹脂同時或者不同時進(jìn)絲。樹脂的材料可以相同也可以不同。

具體實施方式八：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述樹脂噴頭9的上端頂著樹脂喉管10的下端，從而防止熔融的樹脂從縫隙中溢出。

具體實施方式九：

下面結(jié)合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，所述打印噴頭1、內(nèi)腔壁2、纖維喉管3和蓋帽5的軸線均共線，用于保證纖維束7始終位于正中心位置，從而提高樹脂與纖維束7的粘結(jié)效果，從而提高打印質(zhì)量。

工作原理：在打印之前，先裝入纖維束7和樹脂8，加熱加熱棒6，熱量會通過蓋帽5以及各個金屬零件傳遞給樹脂噴頭9，樹脂噴頭9融化樹脂8，樹脂8在擠絲機(jī)構(gòu)的作用下會不斷擠進(jìn)內(nèi)腔壁2與蓋帽5形成的樹脂容腔內(nèi)，樹脂容腔內(nèi)的樹脂吸收內(nèi)腔壁2和蓋帽5的熱量保持熔融狀態(tài)，并從從纖維喉管3上的斜孔擠進(jìn)纖維喉管3內(nèi)，并在斜孔的導(dǎo)流作用下向下流動，從而包裹在纖維喉管3內(nèi)的纖維束7的周圍，并帶動纖維束7擠出，從而形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一起粘結(jié)到工作臺表面，在噴頭移動的過程中，纖維束7就會不斷被拉出，并且纖維束7的四周會包裹有熔融的樹脂8，從而實現(xiàn)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印，必要時可以剪斷纖維束7。該打印頭可以適用于目前現(xiàn)有的3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)，并且控制程序也可適用于現(xiàn)有的程序，僅需將纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料看成是普通的樹脂材料便可。

當(dāng)然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。