一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3D打印末端机构

本发明属于3d打印，涉及一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3d打印末端机构。

背景技术：

1、复合材料夹芯吸波结构不单具有吸波功能，同时具有更好的承载与减重效果，在隐身飞机机翼等部位广泛使用。复合材料夹芯吸波结构通常可分为板-芯-板三层，上层板多采用透波材料，例如玻璃纤维复合材料；下层板多采用反射材料，例如碳纤维复合材料；中间为芯子层，为主要吸波层，其结构多为蜂窝，波纹，金字塔结构等，采用功能复合材料(即添加功能辅料如短纤、碳纳米管等的树脂)制备。传统复合材料夹芯吸波结构制造时需将芯子结构上下胶接在两块面板中，而芯子结构经过模具及热压成型等工艺制备，面对吸波性能的要求提升，芯子结构逐渐复杂化，传统成型方式在复杂结构制造方面具有了局限性，因此需要一种新技术满足复合材料复杂夹芯吸波结构一体化制备。

2、复合材料3d打印技术通过层层堆叠的方式实现零件的成形，具有不需要模具，工艺简单灵活等特点，是解决复合材料复杂夹芯吸波结构一体化成型的一种有效方法。然而复合材料夹芯吸波结构需要由连续碳纤维、连续玻璃纤维以及功能复合材料三种材料打印而成，打印机需同时具备多材料切换与连续纤维切断等功能。聚焦以上功能需求，冶文广等人提出的专利号为cn 114083797a的专利“一种多基体连续纤维复合材料3d打印喷头及使用方法”，可实现连续纤维复合材料和功能复合材料的一同打印。但该喷头中没有纤维切断装置，无法满足纤维材料打印后的切换需求。为此，景喜双等人提出专利号为cn115366420a的“一种适用于连续纤维复合材料的双喷头机构及打印系统”，可实现连续纤维及功能复合材料的打印并具有纤维切断功能，但该装置的喷头结构为并联设置的多喷头，在打印构件时可能出现不工作的喷嘴与工件干涉问题。因此，需开发一种能分别打印多种材料且喷嘴不与工件干涉的3d打印末端机构，实现多种连续纤维复合材料及功能复合材料的材料切换与一体化打印。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决多种连续纤维复合材料和功能复合材料无法一同打印、以及现有多喷头打印末端与工件干涉等问题，发明了一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3d打印末端机构。该机构包括喷头装置，旋转装置和剪丝装置，通过旋转装置带动喷头装置实现打印喷头的切换，最终实现多种纤维及功能复合材料在同一工件上的打印，剪丝装置实现纤维复合材料的切断以便喷头切换；喷头在三维空间的切换能避免现有多喷头打印机构喷嘴与打印工件的干涉问题。

2、本发明的技术方案：

3、一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3d打印末端机构，包括喷头装置3、剪丝装置4和旋转装置6；喷头装置3、剪丝装置4和旋转装置6通过支撑座5集成；

4、所述喷头装置3下方设置有加热平台1，喷头装置3上的喷头在加热平台1上打印工件2；

5、所述喷头装置3包括第一喷头301、第二喷头302、第三喷头303、喷头底座304、打印头外壳305、风扇306、连接轴307、喉管308、轴端固定件309、三孔散热管310、下轴承连接件311、特氟龙管312、轴承313、弹簧314，卡扣315和上轴承连接件316；第一喷头301、第二喷头302、第三喷头303分别通过喉管308与喷头底座304连接，特氟龙管312连接在喷头底座304与轴端固定件309间，用于引导纤维及树脂进入；喷头底座304通过顶丝与轴端固定件309连接，连接轴307依次贯通上轴承连接件316、轴承313、下轴承连接件311、三孔散热管310和轴端固定件309，并与轴端固定件309通过螺钉连接，三孔散热管310与轴端固定件309连接，下轴承连接件311与三孔散热管310连接，上轴承连接件316与下轴承连接件311通过轴承313连接；下轴承连接件311固定在支撑座5上，支撑座5与下轴承连接件311之间安装有弹簧314和卡扣315，旋转喷头装置3时卡扣315在弹簧314的压力下进行往复运动，进行喷嘴定位；

6、所述支撑座5与下轴承连接件311的接触面设置凹槽501，凹槽501两端设置圆角过渡，以使卡扣315在弹簧314作用下顺利在凹槽501内移动；

7、所述旋转装置6包括伺服电机601，伺服电机601固定在支撑座5上，伺服电机连接有传动软轴602，传动软轴602连接喷头装置3的连接轴307；

8、所述剪丝装置4包括直线舵机402，舵机402连接在支撑座5上，舵机402通过螺钉连接有刀片401；当一种纤维材料打印完成，直线舵机402开始向前运动，带动刀片401向前运动，当刀片401顶到轴端固定件309时，纤维被切断，后直线舵机轴带动刀片收回。

9、所述喷头底座304上的三个喷头以夹角为120°分布，保证三个喷头切换位置的定位准确。

10、所述喷头的数量至少为3个，均匀分布在喷头底座304上。

11、所述下轴承连接件311、轴承313、三孔散热管310和喷头底座304分别各留三个均匀分布的贯通孔，供打印材料进入，且以上零件的三个孔的轴线均重合。

12、当进行喷头切换时，伺服电机601轴转动120°，连接的传动软轴602带动连接轴307，连接轴307带动喷头装置3一起转动，弹簧314和卡扣315在支撑座5内的滑槽内被压缩并进行相对运动，直到转动角度达到要求，弹簧314在凹槽501内弹起，卡扣顶住支撑座内的滑槽凹口。

13、本发明的有益效果：本发明可实现功能复合材料与多种纤维材料的一同打印，多喷头在三维空间内进行切换，避免了现有并联式多喷头打印机出现的喷嘴与打印工件干涉问题，相对增加打印平台面积，并增加了剪丝功能，为夹芯型吸波结构的一体化制备提供实验支撑。

技术特征：

1.一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3d打印末端机构，其特征在于，该可旋转式多喷头3d打印末端机构包括喷头装置(3)、剪丝装置(4)和旋转装置(6)；喷头装置(3)、剪丝装置(4)和旋转装置(6)通过支撑座(5)集成；

2.根据权利要求1所述的可旋转式多喷头3d打印末端机构，其特征在于，所述喷头底座(304)上的三个喷头以夹角为120°分布，保证三个喷头切换位置的定位准确。

3.根据权利要求1所述的可旋转式多喷头3d打印末端机构，其特征在于，所述喷头的数量至少为3个，均匀分布在喷头底座(304)上。

4.根据权利要求1所述的可旋转式多喷头3d打印末端机构，其特征在于，所述下轴承连接件(311)、轴承(313)、三孔散热管(310)和喷头底座(304)分别各留三个均匀分布的贯通孔，供打印材料进入，且以上零件的三个孔的轴线均重合。

5.根据权利要求1所述的可旋转式多喷头3d打印末端机构，其特征在于，当进行喷头切换时，伺服电机(601)轴转动120°，连接的传动软轴(602)带动连接轴(307)，连接轴(307)带动喷头装置(3)一起转动，弹簧(314)和卡扣(315)在支撑座(5)内的滑槽内被压缩并进行相对运动，直到转动角度达到要求，弹簧(314)在凹槽(501)内弹起，卡扣顶住支撑座内的滑槽凹口。

技术总结本发明属于3D打印技术领域，提供了一种面向多类型复合材料一体化制造的可旋转式多喷头3D打印末端机构。针对多种连续纤维复合材料和功能复合材料的打印需求，本发明设计了多喷头装置；特别是连续纤维复合材料，还设计了剪丝装置，可实现纤维打印完成后的材料切换；为避免传统并联式多喷头打印机构喷嘴与工件的干涉问题，设计了旋转装置，通过传动软轴带动多喷头在三维空间内旋转，实现不同材料打印头的工作切换，以进行不同材料的打印，同时设计定位卡扣实现喷头的定位锁死，保证稳定打印。本发明结构简单，操作便捷，可为实现多种类型连续纤维复合材料和功能复合材料的一体化制造提供良好基础。技术研发人员：付饶,雷雅静,赵猛,王公硕,何佳宁,王福吉受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14