打印碳纖維的3d打印機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熔融堆積快速成型設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種打印碳纖維的3D打印機。
【背景技術(shù)】
[0002]由于3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸方面的前沿技術(shù)知識，使大規(guī)格的個性化生產(chǎn)成為可能并且引領(lǐng)著全球制造業(yè)經(jīng)濟的重大變革，因而廣泛受到人們的關(guān)注。打印機構(gòu)是3D打印的核心設(shè)備，其是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)運用耗材(耗材如:粉末狀金屬材料、塑料、陶瓷、砂之類的可粘合材料)通過逐層打印的方式構(gòu)建物體，即在計算機的控制下根據(jù)工件的三維模型直接成形三維實體，無需傳統(tǒng)的加工機床之類的裝備及其工裝模具、工裝夾具等。就3D打印機即3D打印設(shè)備的種類而言，目前大體上分為三類:一為樹脂熔融成型；二為光固化成型；三為繳光金屬成型。
[0003]上面提及的碳纖維是一種含碳量約在95%以上的高強度、高模量新型纖維材料，由于其具有外柔內(nèi)剛、質(zhì)量比金屬鋁輕但強度卻高于鋼鐵、耐腐蝕性能優(yōu)異、比熱及導(dǎo)電性介于非金屬與金屬之間、非氧化環(huán)境下耐超高溫、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小且各向異性好、導(dǎo)熱性能優(yōu)異以及電磁屏蔽性好等特點，因而在諸如航空航天、國防、汽車、風(fēng)力發(fā)電、建筑、醫(yī)療器械和民用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以日常所見的并且應(yīng)用于工業(yè)和建筑的碳纖維布(也稱碳素纖維布)為例，其制造過程是:先將碳纖維浸膠，再逐層鋪疊并加以壓制，而后引入烘烤裝置烘烤成型。該制造過程由于工藝環(huán)節(jié)多、效率低、能耗大，因而致使產(chǎn)品價格昂貴。尤其是當(dāng)使用碳纖維制造復(fù)雜的零部件時，不僅成本高而且制造效率難以滿足工業(yè)化放大生產(chǎn)要求。
[0004]在公開的中國專利文獻中可見諸關(guān)于3D打印機的技術(shù)信息，如發(fā)明專利申請公布號CN103317726A推薦有“3D打印機的噴頭傳動機構(gòu)及具有該機構(gòu)的3D打印機”，又如授權(quán)公告號CN203485190U提供有“一種基于并聯(lián)機構(gòu)的3D打印機”，再如發(fā)明專利申請公布號CN103862679A介紹有“3D打印機”，等等。但是在迄今為止公開的中外專利和非專利文獻中均未見諸得以打印碳纖維的3D打印機的技術(shù)信息。具體而言，如果有一種結(jié)構(gòu)合理的能打印碳纖維的3D打印機，那么傳統(tǒng)的碳纖維制造方式所存在的諸如前述的工藝煩瑣、效率低、對復(fù)雜形狀及構(gòu)造的零部件的挑剔性、成本高之類的問題便可消除。從理論上講，既然已有技術(shù)中的3D打印機對于打印PLA、ABS之類的材料并不存在技術(shù)障礙，那么將3D打印機打印碳纖維似乎也不會存在困惑。但是，經(jīng)本申請人的實驗表明，由于并非限于以下因素而務(wù)必對已有技術(shù)中的3D打印機的打印機構(gòu)加以實質(zhì)而非形式的改良；其一，作為打印材料的碳纖維是預(yù)浸過的碳纖維原絲，與PLA、ABS之類的材料差異較大；其二，在向打印機構(gòu)的打印頭送絲過程中不能出現(xiàn)擠壓變形并且需要確保送絲穩(wěn)定與可靠其三，由于碳纖維具有極高的耐溫性例如不會在兩三百度的溫度下熔化，因而需要有節(jié)湊地分?jǐn)辔谷耄缤ㄟ^剪切部件剪切后逐一喂送給打印頭；其四，在打印頭打印的同時需對碳纖維施加適度的壓力，否則會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，影響成型后的產(chǎn)品的整體結(jié)合效果，等等。
[0005]針對上述已有技術(shù)，本申請人作了積極而有效的設(shè)計，終于形成了下面將要介紹的技術(shù)方案，并且在采取了保密措施下進行了模擬試驗，結(jié)果證明是切實可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種有助于穩(wěn)定而可靠地將碳纖維絲向打印頭的方向輸送并且可避免造成碳纖維絲擠壓變形、有利于在打印頭打印的過程中將碳纖維絲剪切和有益于在打印頭打印的同時對碳纖維絲施加適度壓力的打印碳纖維的3D打印機。
[0007]本發(fā)明的任務(wù)是這樣來完成的，一種打印碳纖維的3D打印機，包括一底座，在該底座上并且位于底座朝向上的一側(cè)設(shè)置有一用于承載打印物的載物臺；一驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在所述的底座上；一打印機構(gòu)，該打印機構(gòu)設(shè)置在所述的驅(qū)動機構(gòu)上，特征在于:所述的打印機構(gòu)包括打印頭、用于向打印頭喂送碳纖維絲的送絲裝置和用于將由送絲裝置送出的碳纖維絲剪斷的碳纖維絲剪切裝置，打印頭設(shè)置在所述的驅(qū)動機構(gòu)上，送絲裝置在對應(yīng)于打印頭的上方的位置設(shè)置在驅(qū)動機構(gòu)上，碳纖維絲剪切裝置伴隨于送絲裝置并且在對應(yīng)于送絲裝置的一側(cè)的位置設(shè)置在驅(qū)動機構(gòu)上。
[0008]在本發(fā)明的一個具體的實施例中，所述的驅(qū)動機構(gòu)包括包括直線電機座、直線電機、旋轉(zhuǎn)電機座、近端旋轉(zhuǎn)電機、近端旋轉(zhuǎn)臂、遠端旋轉(zhuǎn)電機和遠端旋轉(zhuǎn)臂，直線電機座以縱向狀態(tài)固定在所述底座上，直線電機設(shè)置在直線電機座朝向近端旋轉(zhuǎn)臂的一側(cè)，旋轉(zhuǎn)電機座固定在直線電機上，近端旋轉(zhuǎn)電機固定在旋轉(zhuǎn)電機座上，并且該近端旋轉(zhuǎn)電機的近端旋轉(zhuǎn)電機軸與近端旋轉(zhuǎn)臂左端固定連接，遠端旋轉(zhuǎn)電機與近端旋轉(zhuǎn)臂的右端固定，并且該遠端旋轉(zhuǎn)電機的遠端旋轉(zhuǎn)電機軸與遠端旋轉(zhuǎn)臂的左端固定連接，而遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端以水平懸臂狀態(tài)對應(yīng)于所述載物臺的上方，所述的打印機構(gòu)的打印頭設(shè)置在所述遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端朝向下的一側(cè)，而所述的送絲裝置以及碳纖維絲剪切裝置設(shè)置在遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端朝向上的一側(cè)。
[0009]在本發(fā)明的另一個具體的實施例中，所述的直線電機包括一組直線電機定子、直線電機動子和一對直線電機導(dǎo)軌，一組直線電機定子沿著所述直線電機座的高度方向自上而下間隔固定于直線電機座朝向所述近端旋轉(zhuǎn)臂的一側(cè)，直線電機動子在與所述的一組直線電機定子相配合的狀態(tài)下與一對直線電機導(dǎo)軌滑動配合，而一對直線電機導(dǎo)軌彼此縱向并行并且在分別對應(yīng)于一組直線電機定子的兩側(cè)的位置與所述直線電機座固定，所述的旋轉(zhuǎn)電機座與直線電機動子朝向所述近端旋轉(zhuǎn)臂的一側(cè)固定。
[0010]在本發(fā)明的又一個具體的實施例中，在所述的直線電機動子上并且在對應(yīng)于所述的一對直線電機導(dǎo)軌的位置固定有直線電機動子滑塊，該直線電機動子滑塊與一對直線電機導(dǎo)軌滑動配合；所述的一組直線電機定子為磁鐵。
[0011]在本發(fā)明的再一個具體的實施例中，在所述遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端并且在對應(yīng)于所述打印機構(gòu)的打印頭的位置開設(shè)有一打印頭固定柱孔，所述的打印頭包括壓輪架、壓輪、加熱器固定座、加熱器和風(fēng)扇，壓輪通過壓力輪軸轉(zhuǎn)動地支承在壓輪架上，在該壓輪的長度方向的居中位置并且圍繞壓輪的圓周方向構(gòu)成有一凹陷于壓輪的表面的碳纖維絲槽，加熱器固定座固定在壓輪架朝向所述遠端旋轉(zhuǎn)臂的一側(cè)，在該加熱器固定座的上端以窄縮狀態(tài)構(gòu)成有一直徑小于加熱器固定座的直徑的打印頭固定柱，藉由該打印頭固定柱探入所述打印頭固定柱孔內(nèi)而將壓輪架與所述遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端朝向下的一側(cè)固定，在打印頭固定柱的軸向中央開設(shè)有一碳纖維導(dǎo)引孔，該碳纖維導(dǎo)引孔途經(jīng)開設(shè)在加熱器固定座的軸向中央的孔與壓輪架的壓輪架腔相通，藉由該碳纖維導(dǎo)引孔將由所述送絲裝置送出的并且由所述碳纖維剪切裝置剪斷的碳纖維絲引入所述的壓輪，加熱器的中央位置構(gòu)成有一加熱器固定孔，該加熱器固定孔套置在所述加熱器固定座上，風(fēng)扇固定在遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端朝向下的一偵牝并且該風(fēng)扇的風(fēng)扇出風(fēng)口與所述壓輪的側(cè)面相對應(yīng)，所述的送絲裝置與所述打印頭固定柱孔的上方相對應(yīng)，而所述的碳纖維絲剪切裝置對應(yīng)于打印頭固定柱孔的左側(cè)。
[0012]在本發(fā)明的還有一個具體的實施例中，在所述的加熱器上配設(shè)有一根或以上的加熱棒和一溫度信號米集器；所述的風(fēng)扇為壓電噴射風(fēng)扇。
[0013]在本發(fā)明的更而一個具體的實施例中，所述的溫度信號采集器為溫度傳感器。
[0014]在本發(fā)明的進而一個具體的實施例中，所述的送絲裝置包括基座、壓電陶瓷固定座架、上限位壓電陶瓷、驅(qū)動壓電陶瓷、下限位壓電陶瓷、碳纖維絲導(dǎo)向柱、定位套和彈簧，基座固定在所述遠端旋轉(zhuǎn)臂的右端朝向上的一側(cè)，并且同時對應(yīng)于所述打印頭固定柱孔的右側(cè)，壓電陶瓷固定座架固定在基座的頂部，在該壓電陶瓷固定座架朝向所述碳纖維絲剪切裝置的一側(cè)自上而下以水平懸臂狀態(tài)依次固定有一上限位壓電陶瓷支承臂、一第一柔性鉸鏈和一第二柔性鉸鏈，該上限位壓電陶瓷支承臂、第一柔性鉸鏈和第二柔性鉸鏈彼此處于同一縱軸線上，上限位壓電陶瓷設(shè)置在上限位壓電陶瓷支承臂上，驅(qū)動壓電陶瓷在對應(yīng)于上限位壓電陶瓷的下方的位置設(shè)在第一柔性鉸鏈上并且與上限位壓電陶瓷接觸，下限位壓電陶瓷在對應(yīng)于驅(qū)動壓電陶瓷的下方的位置設(shè)置在第二柔性鉸鏈上并且與驅(qū)動壓電陶瓷接觸，碳纖維導(dǎo)向柱的頂部構(gòu)成有一導(dǎo)向柱固定臂，該導(dǎo)向柱固定臂與所述基座的頂部固定，而碳纖維導(dǎo)向柱的下部與定位套相配合，并且在碳纖