本發(fā)明專利技術(shù)屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種短纖維增強(qiáng)樹脂的3D打印工藝及設(shè)備，針對現(xiàn)有的長纖維束產(chǎn)生軸向斷裂時(shí)，螺旋式排布的短纖維不能提供豎向作用力，從而會(huì)降低短纖維對內(nèi)部裂紋的阻礙作用；且將短纖維環(huán)繞長纖維軸向排布，會(huì)更加容易致使噴頭堵塞的問題，現(xiàn)提出如下方案，其將含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材熱熔，熱熔的含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材通過流道調(diào)節(jié)取向性，加熱融化的樹脂包含著短纖維浸漬到長纖維之間，且短纖維通過流道調(diào)節(jié)取向性后，短纖維呈放射狀傾斜朝向長纖維，然后通過3D打印噴頭打印到打印平臺(tái)上，本申請能夠加強(qiáng)短纖維在連續(xù)纖維軸向上的作用力，能夠避免堵塞從而保護(hù)關(guān)鍵部件不受損壞，延長設(shè)備的使用壽命。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及3d打印，尤其涉及一種短纖維增強(qiáng)樹脂的3d打印工藝及設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、連續(xù)纖維主要承擔(dān)拉伸載荷，但由于其脆性，斷裂可能在打印件的拉伸過程中首先發(fā)生。添加短纖維輔助增強(qiáng)基體，提高其強(qiáng)度，并減緩纖維的斷裂。在拉伸加載下，連續(xù)纖維和基體會(huì)共同承擔(dān)應(yīng)變，但連續(xù)纖維的斷裂通常會(huì)在基體之前發(fā)生。隨著拉伸的進(jìn)行，打印件內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展，但由于短纖維的增強(qiáng)作用，基體能夠承受更大的力，并改善應(yīng)力集中效應(yīng)，從而延緩打印件的斷裂，一方面，打印件內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展趨勢會(huì)受到短纖維的一定阻礙作用，另一方面，由于短纖維對基體的增強(qiáng)作用，打印件基體可以承受更大的力，斷裂纖維四周的應(yīng)力集中效應(yīng)也會(huì)得到一定程度的改善。
2、如202310388345.8所提供的一種用短纖維實(shí)現(xiàn)z向僑聯(lián)效應(yīng)的復(fù)合材料3d打印裝置，利用旋轉(zhuǎn)磁場，可以有效控制短切碳纖維在樹脂中呈螺旋式排布，提高長短纖維共增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，然而螺旋式排布時(shí)，長纖維束產(chǎn)生軸向斷裂時(shí)，螺旋式排布的短纖維不能提供豎向作用力，從而會(huì)降低短纖維對內(nèi)部裂紋的阻礙作用；
3、且將短纖維環(huán)繞長纖維軸向排布，會(huì)更加容易致使噴頭堵塞，噴頭堵塞時(shí)，首先，停止3d打印機(jī)的運(yùn)行，以防止堵塞情況進(jìn)一步惡化，讓打印噴頭冷卻一段時(shí)間。這將有助于固化或凝固在噴頭中的熔體，使其更容易清理，將噴嘴從3d打印機(jī)中取下。這通常涉及松開噴嘴固定螺絲并將其從熱端移除，使用適當(dāng)?shù)墓ぞ?例如針頭、鉗子等)小心地清理噴嘴中的堵塞物。這可能需要一些耐心和細(xì)致的操作，以確保不會(huì)損壞噴嘴，從而影響打印效率。
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br/>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種短纖維增強(qiáng)樹脂的3d打印工藝及設(shè)備，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在長纖維束產(chǎn)生軸向斷裂時(shí)，螺旋式排布的短纖維不能提供豎向作用力，從而會(huì)降低短纖維對內(nèi)部裂紋的阻礙作用；且將短纖維環(huán)繞長纖維軸向排布，會(huì)更加容易致使噴頭堵塞的缺點(diǎn)。
2、本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：
3、一方面本申請?zhí)峁┮环N短纖維增強(qiáng)樹脂的3d打印工藝，將含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材熱熔，熱熔的含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材通過流道調(diào)節(jié)取向性，加熱融化的樹脂包含著短纖維浸漬到長纖維之間，且短纖維通過流道調(diào)節(jié)取向性后，短纖維呈放射狀傾斜朝向長纖維，然后通過3d打印噴頭打印到打印平臺(tái)上。
4、另一方面本申請?zhí)峁┮环N打印設(shè)備，其特征在于，包括用于提供連續(xù)纖維線材的連續(xù)纖維輥，用于提供含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材的短纖維樹脂線材輥，以及安裝于打印設(shè)備上可在x軸y軸方向改變位置的打印噴頭，所述打印噴頭下方安裝有能夠調(diào)節(jié)z軸高度的打印平臺(tái)，所述打印噴頭包括用于輸送含短纖維增強(qiáng)樹脂線的第一噴頭以及用于輸送連續(xù)纖維的第二噴頭，所述第一噴頭連接設(shè)在第二噴頭外側(cè)的樹脂線豎向流道，所述樹脂線豎向流道與第二噴頭成型有錐形匯流口。
5、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，
6、優(yōu)選地，所述豎向流道為曲線型流道，所述曲線型流道與錐形匯流口圓滑過渡。
7、優(yōu)選地，所述第一噴頭端部安裝有用于截?cái)嗟谝粐婎^與所述豎直流道的電控開關(guān)。
8、優(yōu)選地，所述豎直流道頂部安裝有活塞環(huán)，所述活塞環(huán)與從動(dòng)桿固定連接，所述從動(dòng)桿通過彈性件與第二噴頭上部的散熱件滑動(dòng)連接，所述從動(dòng)桿一側(cè)安裝有豎直設(shè)置的第一齒條和第二齒條，所述散熱件一側(cè)安裝有驅(qū)動(dòng)氣缸，所述驅(qū)動(dòng)氣缸的輸出軸通過伸縮桿與驅(qū)動(dòng)桿固定連接，所述驅(qū)動(dòng)桿上安裝有豎直設(shè)置的第三齒條、第四齒條，所述第一齒條與第一齒輪嚙合，第一齒輪與第二齒輪嚙合，所述第二齒輪與第一棘輪機(jī)構(gòu)位于同一轉(zhuǎn)軸上，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)配合第三齒條帶動(dòng)第一齒條向上運(yùn)動(dòng)，所述第二齒條與第三齒輪嚙合，第三齒輪與第四齒輪嚙合，所述第四齒輪與第二棘輪機(jī)構(gòu)位于同一轉(zhuǎn)軸上，所述第二棘輪機(jī)構(gòu)配合第四齒條帶動(dòng)第一齒條向下運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)桿上安裝有兩個(gè)用于夾持第一噴頭兩端連續(xù)纖維的夾持氣缸。
9、優(yōu)選地，所述第二噴頭上安裝有限位氣缸，所述限位氣缸的輸出軸上安裝有限位桿，所述從動(dòng)桿上開設(shè)有限位槽。
10、優(yōu)選地，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)、第二棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同均包括內(nèi)棘輪和外齒環(huán)，所述外齒環(huán)通過棘齒配合內(nèi)棘輪上的棘爪帶動(dòng)內(nèi)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
11、優(yōu)選地，所述第一齒輪的齒數(shù)大于第二齒輪的齒數(shù)，所述第四齒輪的齒數(shù)大于第三齒輪的齒數(shù)，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)外齒環(huán)齒數(shù)與第二齒輪齒數(shù)適配，所述第二棘輪機(jī)構(gòu)外齒環(huán)的齒數(shù)與第四齒輪的齒數(shù)適配。
12、優(yōu)選地，所述夾持氣缸其中一個(gè)位于第一噴頭下方，另一個(gè)位于第一噴頭上方，所述夾持氣缸的第一夾臂、第二夾臂上通過彈性伸縮桿安裝有夾持件，所述第一夾臂上部安裝有第一剪切臂，所述夾持氣缸的第二夾臂上部安裝有第二剪切臂，所述第一剪切臂與第二剪切臂相互避讓。
13、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本專利技術(shù)。
14、本專利技術(shù)中，短纖維呈放射狀傾斜朝向長纖維，然后通過3d打印噴頭打印到打印平臺(tái)上，通過設(shè)備調(diào)節(jié)短纖維取向性，使得短纖維呈放射狀傾斜朝向長纖維，因此短纖維的作用方向不僅僅是沿連續(xù)纖維長度方向，短纖維同時(shí)還對連續(xù)纖維軸向上有作用力；
15、通過伸縮氣缸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿上下移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)兩個(gè)夾持氣缸上下移動(dòng)，且在移動(dòng)過程中會(huì)帶動(dòng)活塞組件一起上下移動(dòng)，且第一齒輪的齒數(shù)大于第二齒輪的齒數(shù)，第一棘輪機(jī)構(gòu)外齒環(huán)齒數(shù)與第二齒輪齒數(shù)適配，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿向上移動(dòng)時(shí)，從動(dòng)桿向上移動(dòng)的更快，使得曲線型流道內(nèi)產(chǎn)生更多的負(fù)壓，使得向上拉連續(xù)纖維時(shí)降低內(nèi)部熔融材料的壓持作用；
16、當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿向下移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)桿下移速度更快，使得先對下部線材產(chǎn)生下拉作用力，形成突破口，隨后通過活塞組件對熔融體提供向下的助力作用；
17、通過持續(xù)的上下連續(xù)動(dòng)作使得堵塞處產(chǎn)生松動(dòng)，通過在從動(dòng)桿處設(shè)置彈性伸縮桿，使得堵塞情況下內(nèi)部作用力大時(shí)，活塞組件以及夾持氣缸在豎向上的位移會(huì)相對較小，隨著逐漸疏通后，內(nèi)部作用力更小，使得活塞組件以及夾持氣缸在豎向上的位移會(huì)逐漸變大，直到被完全疏通。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種短纖維增強(qiáng)樹脂的3D打印工藝，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短纖維增強(qiáng)樹脂的3D打印工藝的打印設(shè)備，其特征在于，包括用于提供連續(xù)纖維線材的連續(xù)纖維輥，用于提供含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材的短纖維樹脂線材輥，以及安裝于打印設(shè)備上可在x軸y軸方向改變位置的打印噴頭，所述打印噴頭下方安裝有能夠調(diào)節(jié)z軸高度的打印平臺(tái)，所述打印噴頭包括用于輸送含短纖維增強(qiáng)樹脂線的第一噴頭以及用于輸送連續(xù)纖維的第二噴頭，所述第一噴頭連接設(shè)在第二噴頭外側(cè)的樹脂線豎向流道，所述樹脂線豎向流道與第二噴頭成型有錐形匯流口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述豎向流道為曲線型流道，所述曲線型流道與錐形匯流口圓滑過渡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述第一噴頭端部安裝有用于截?cái)嗟谝粐婎^與所述豎直流道的電控開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述豎直流道頂部安裝有活塞環(huán)，所述活塞環(huán)與從動(dòng)桿固定連接，所述從動(dòng)桿通過彈性件與第二噴頭上部的散熱件滑動(dòng)連接，所述從動(dòng)桿一側(cè)安裝有豎直設(shè)置的第一齒條和第二齒條，所述散熱件一側(cè)安裝有驅(qū)動(dòng)氣缸，所述驅(qū)動(dòng)氣缸的輸出軸通過伸縮桿與驅(qū)動(dòng)桿固定連接，所述驅(qū)動(dòng)桿上安裝有豎直設(shè)置的第三齒條、第四齒條，所述第一齒條與第一齒輪嚙合，第一齒輪與第二齒輪嚙合，所述第二齒輪與第一棘輪機(jī)構(gòu)位于同一轉(zhuǎn)軸上，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)配合第三齒條帶動(dòng)第一齒條向上運(yùn)動(dòng)，所述第二齒條與第三齒輪嚙合，第三齒輪與第四齒輪嚙合，所述第四齒輪與第二棘輪機(jī)構(gòu)位于同一轉(zhuǎn)軸上，所述第二棘輪機(jī)構(gòu)配合第四齒條帶動(dòng)第一齒條向下運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)桿上安裝有兩個(gè)用于夾持第一噴頭兩端連續(xù)纖維的夾持氣缸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述第二噴頭上安裝有限位氣缸，所述限位氣缸的輸出軸上安裝有限位桿，所述從動(dòng)桿上開設(shè)有限位槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)、第二棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同均包括內(nèi)棘輪和外齒環(huán)，所述外齒環(huán)通過棘齒配合內(nèi)棘輪上的棘爪帶動(dòng)內(nèi)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述第一齒輪的齒數(shù)大于第二齒輪的齒數(shù)，所述第四齒輪的齒數(shù)大于第三齒輪的齒數(shù)，所述第一棘輪機(jī)構(gòu)外齒環(huán)齒數(shù)與第二齒輪齒數(shù)適配，所述第二棘輪機(jī)構(gòu)外齒環(huán)的齒數(shù)與第四齒輪的齒數(shù)適配。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述夾持氣缸其中一個(gè)位于第一噴頭下方，另一個(gè)位于第一噴頭上方，所述夾持氣缸的第一夾臂、第二夾臂上通過彈性伸縮桿安裝有夾持件，所述第一夾臂上部安裝有第一剪切臂，所述夾持氣缸的第二夾臂上部安裝有第二剪切臂，所述第一剪切臂與第二剪切臂相互避讓。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種短纖維增強(qiáng)樹脂的3d打印工藝，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短纖維增強(qiáng)樹脂的3d打印工藝的打印設(shè)備，其特征在于，包括用于提供連續(xù)纖維線材的連續(xù)纖維輥，用于提供含短纖維增強(qiáng)的樹脂線材的短纖維樹脂線材輥，以及安裝于打印設(shè)備上可在x軸y軸方向改變位置的打印噴頭，所述打印噴頭下方安裝有能夠調(diào)節(jié)z軸高度的打印平臺(tái)，所述打印噴頭包括用于輸送含短纖維增強(qiáng)樹脂線的第一噴頭以及用于輸送連續(xù)纖維的第二噴頭，所述第一噴頭連接設(shè)在第二噴頭外側(cè)的樹脂線豎向流道，所述樹脂線豎向流道與第二噴頭成型有錐形匯流口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述豎向流道為曲線型流道，所述曲線型流道與錐形匯流口圓滑過渡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述第一噴頭端部安裝有用于截?cái)嗟谝粐婎^與所述豎直流道的電控開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的打印設(shè)備，其特征在于，所述豎直流道頂部安裝有活塞環(huán)，所述活塞環(huán)與從動(dòng)桿固定連接，所述從動(dòng)桿通過彈性件與第二噴頭上部的散熱件滑動(dòng)連接，所述從動(dòng)桿一側(cè)安裝有豎直設(shè)置的第一齒條和第二齒條，所述散熱件一側(cè)安裝有驅(qū)動(dòng)氣缸，所述驅(qū)動(dòng)氣缸的輸出軸通過伸縮桿與驅(qū)動(dòng)桿固定連接，所述驅(qū)動(dòng)桿上安裝有豎直設(shè)置的第三齒條、第四齒條，所述第一齒條與第一齒輪嚙合，第一齒輪與第二齒輪嚙合...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝富春，趙毅，王娟，趙逍，
申請(專利權(quán))人：湖南工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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