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一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置

文檔序號(hào):40640921發(fā)布日期:2025-01-10 18:47閱讀:2來源:國(guó)知局
一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置

本發(fā)明涉及連續(xù)纖維復(fù)合材料3d打印領(lǐng)域,尤其涉及一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置。


背景技術(shù):

1、連續(xù)纖維復(fù)合材料3d打印具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng),無(wú)需模具制造等優(yōu)勢(shì),近年來被應(yīng)用在醫(yī)療器械、體育用品等領(lǐng)域。連續(xù)纖維復(fù)合材料3d技術(shù)采用逐層堆積的方式將復(fù)雜零件離散為多個(gè)包含幾何信息的二維特征平面,并根據(jù)每個(gè)平面中的幾何特征形成不同平面內(nèi)的打印路徑。但在同一平面內(nèi),路徑常會(huì)因構(gòu)件幾何特征的限制而產(chǎn)生斷點(diǎn),所以連續(xù)纖維打印末端需要具備剪絲模塊來切斷纖維絲材。此外,纖維絲材在切斷過程中的過大變形也會(huì)使纖維絲卡在導(dǎo)管中,進(jìn)而影響送絲模塊,所以剪絲模塊在切斷纖維絲時(shí)不能產(chǎn)生過大變形。因此要實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維復(fù)合材料復(fù)雜樣件的快速打印,需要開發(fā)一種可快速剪斷絲材且斷口形變較小的連續(xù)纖維絲材剪絲裝置。

2、針對(duì)連續(xù)纖維復(fù)合材料3d打印路徑跳轉(zhuǎn)對(duì)剪絲功能的需求,cn117067582a中提出一種用于連續(xù)纖維預(yù)浸絲材的打印頭結(jié)構(gòu),采用電動(dòng)液壓缸帶動(dòng)斷絲刀來切斷預(yù)浸絲。該專利雖然實(shí)現(xiàn)了連續(xù)纖維絲的切斷,但是利用液壓缸的前進(jìn)后退來切斷纖維絲其反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),這很大程度上降低了3d打印路徑跳轉(zhuǎn)速度;針對(duì)連續(xù)纖維復(fù)合材料3d打印路徑跳轉(zhuǎn)對(duì)剪絲速度以及對(duì)纖維絲斷口變形的需求,cn109016497a中提出一種用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印機(jī)的纖維絲切斷裝置,使用伺服電機(jī)帶動(dòng)四連桿再帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)切斷纖維絲材的方法。與液壓缸帶動(dòng)剪絲相比,該方法的剪絲速度有了顯著提高,同時(shí),該裝置在剪絲過程時(shí),上下夾緊機(jī)構(gòu)會(huì)夾緊纖維絲材,從而減小纖維絲材切斷時(shí)的形變。但其剪絲工序較為復(fù)雜,附加的夾緊機(jī)構(gòu)也增加了打印末端與打印樣件干涉的風(fēng)險(xiǎn),顯著降低了打印工藝的靈活性。因此,需要綜合考慮纖維路徑快速跳轉(zhuǎn)對(duì)剪絲速度的要求以及送絲需求對(duì)纖維絲斷口形變的要求,開發(fā)一種可快速剪斷,工序簡(jiǎn)單,斷口形變小的連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維復(fù)合材料復(fù)雜樣件的快速成型。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了通過控制電磁鐵通斷電來吸附和脫離鐵片并進(jìn)而帶動(dòng)刀片做旋轉(zhuǎn)剪切的剪絲機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的電機(jī)帶動(dòng)刀片剪絲相比,該方式具有更大的力矩,改善了傳統(tǒng)剪絲模式中因力矩不夠而切不斷纖維絲材的情況。此外,在剪絲模塊中引入兩段毛細(xì)導(dǎo)管,通過控制毛細(xì)導(dǎo)管之間的距離來調(diào)節(jié)對(duì)絲材反向約束力的大小,從而實(shí)現(xiàn)剪切過程中對(duì)絲材變形的抑制作用,減小了絲材斷口形變,顯著提升了剪絲質(zhì)量。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,包括送絲模塊a、剪絲模塊b和加熱模塊c;所述送絲模塊a主要實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維絲材的主動(dòng)進(jìn)給;剪絲模塊b由電磁鐵的開關(guān)來帶動(dòng)刀片切斷纖維絲材,在提高剪絲速度同時(shí)保證纖維絲材斷口形變小;加熱模塊c實(shí)現(xiàn)纖維絲的熔融和擠出;纖維絲材經(jīng)送絲模塊a進(jìn)給至加熱模塊c,剪絲模塊b于送絲模塊a和加熱模塊c之間,進(jìn)行切斷纖維絲材;

3、所述剪絲模塊b包括磁鐵安裝座b1、刀座b2、法蘭軸承b3、刀片b4、第三導(dǎo)管b5、限位塊b6、電磁鐵b7、鐵塊b8、拉簧b9和第三壓塊b10;磁鐵安裝座b1從底座a2一側(cè)連接在底座a2上;刀座b2通過法蘭軸承b3從底座a2另一側(cè)固定在底座a2上;刀片b4固定在刀座b2上,保證其和刀座b2同步運(yùn)動(dòng);鐵塊b8和刀座b2相連;電磁鐵b7固定在磁鐵安裝座b1上;電磁鐵b7與鐵塊b8相對(duì)接觸或分離;限位塊b6固定在底座a2上,用于限制鐵塊b8旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離電磁鐵b7的距離;拉簧b9一端和刀座b2相連,另一端連接在下滑道a4上;第三導(dǎo)管b5安裝在底座a2上,并通過第三壓塊b10固定。

4、所述送絲模塊a包括步進(jìn)電機(jī)a1、底座a2、上滑道a3、下滑道a4、側(cè)板a5、膠輪a6、從動(dòng)輪底座a7、從動(dòng)輪軸a8、金屬輪a9、卡簧a10、推力軸a11、固定環(huán)a12、第一壓塊a13、第二壓塊a14、第一導(dǎo)管a15和第二導(dǎo)管a16;底座a2固定在步進(jìn)電機(jī)a1上;膠輪a6固定在步進(jìn)電機(jī)a1的輸出軸上;上滑道a3和下滑道a4緊固在底座a2上,側(cè)板a5兩端分別連接在上滑道a3和下滑道a4端部;從動(dòng)輪底座a7兩側(cè)于上滑道a3和下滑道a4內(nèi)滑動(dòng);金屬輪a9通過從動(dòng)輪軸a8安裝在從動(dòng)輪底座a7上,且通過卡簧a10固定;推力軸a11穿過側(cè)板a5通過固定環(huán)a12連接從動(dòng)輪底座a7;保證推力軸a11旋轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí),固定環(huán)a12帶動(dòng)從動(dòng)輪底座a7移動(dòng);第一導(dǎo)管a15和第二導(dǎo)管a16放置在底座a2上,二者位于同一豎直線,并用第一壓塊a13和第二壓塊a14固定住防止導(dǎo)管晃動(dòng),纖維絲材從上方依次穿過第一導(dǎo)管a15、金屬輪和膠輪間隙以及第二導(dǎo)管a16。

5、所述加熱模塊c包括風(fēng)扇c1、風(fēng)扇連接架c2、喉管c3、加熱棒c4、加熱塊c5、熱電偶c6、快換接頭c7、散熱器c8、第一特氟龍管c9、第二特氟龍管c10、第三特氟龍管c11和噴嘴c12;散熱器c8固定在底座a2上,風(fēng)扇c1通過風(fēng)扇連接架c2固定在散熱器c8上,用來對(duì)散熱器c8進(jìn)行風(fēng)冷降溫;快換接頭c7連接在散熱器c8一端;散熱器c8另一端依次連接喉管c3、加熱塊c5、噴嘴c12;第一特氟龍管c9連卡在快換接頭c7上;第二特氟龍管c10一端和第一特氟龍管c9相連,另一端和噴嘴c12相連;第三特氟龍管c11套在第一特氟龍管c9和第二特氟龍管c10二者的外側(cè);加熱棒c4和熱電偶c6插在加熱塊c5的對(duì)應(yīng)孔中。

6、所述送絲模塊a中的金屬輪a9和膠輪a6之間的間距通過推力軸a11調(diào)整,在保證不破壞預(yù)浸絲材性能的前提下穩(wěn)定送絲,其中預(yù)浸絲材的直徑d、金屬輪和膠輪之間的距離l1滿足0.7d≤l1≤0.9d。

7、所述送絲模塊a中的第二導(dǎo)管a16和剪絲模塊b中的第三導(dǎo)管b5之間的距離需保證纖維絲材在切斷過程中,第二導(dǎo)管a16和第三導(dǎo)管b5對(duì)纖維絲材起到支撐作用,避免纖維絲材的剪切滑移,二者之間的距離l2和預(yù)浸絲材的直徑d之間滿足d≤l2≤5d。

8、所述剪絲模塊b中的刀片b4通過電磁鐵b7吸附鐵塊b8來旋轉(zhuǎn)剪切纖維絲,電磁鐵b7的吸附質(zhì)量大于35kg;鐵塊b8表面和電磁鐵b7表面的距離l3滿足1mm≤l3≤3mm。

9、所述剪絲模塊b中的拉簧b9保證電磁鐵b7在斷電的時(shí)候?qū)㈣F塊b8從電磁鐵b7表面拉離,同時(shí),拉簧b9的力也不能影響到電磁鐵b7對(duì)鐵塊b8的吸合力,故拉簧b9的線徑需滿足0.4mm≤d≤0.6mm。

10、本發(fā)明的有益效果:通過本發(fā)明提出的連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,改善了連續(xù)纖維預(yù)浸絲在打印復(fù)雜樣件時(shí)剪絲效率低,斷口形變過大的問題,通過電磁鐵的通電斷電與拉簧的配合實(shí)現(xiàn)快速剪絲,同時(shí)大幅減小了剪絲模塊的體積。



技術(shù)特征:

1.一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置包括送絲模塊(a)、剪絲模塊(b)和加熱模塊(c);所述送絲模塊(a)主要實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維絲材的主動(dòng)進(jìn)給;剪絲模塊(b)由電磁鐵的開關(guān)來帶動(dòng)刀片切斷纖維絲材,在提高剪絲速度同時(shí)保證纖維絲材斷口形變??;加熱模塊(c)實(shí)現(xiàn)纖維絲的熔融和擠出;纖維絲材經(jīng)送絲模塊(a)進(jìn)給至加熱模塊(c),剪絲模塊(b)于送絲模塊(a)和加熱模塊(c)之間,進(jìn)行切斷纖維絲材;

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述送絲模塊(a)包括步進(jìn)電機(jī)(a1)、底座(a2)、上滑道(a3)、下滑道(a4)、側(cè)板(a5)、膠輪(a6)、從動(dòng)輪底座(a7)、從動(dòng)輪軸(a8)、金屬輪(a9)、卡簧(a10)、推力軸(a11)、固定環(huán)(a12)、第一壓塊(a13)、第二壓塊(a14)、第一導(dǎo)管(a15)和第二導(dǎo)管(a16);底座(a2)固定在步進(jìn)電機(jī)(a1)上;膠輪(a6)固定在步進(jìn)電機(jī)(a1)的輸出軸上;上滑道(a3)和下滑道(a4)緊固在底座(a2)上,側(cè)板(a5)兩端分別連接在上滑道(a3)和下滑道(a4)端部;從動(dòng)輪底座(a7)兩側(cè)于上滑道(a3)和下滑道(a4)內(nèi)滑動(dòng);金屬輪(a9)通過從動(dòng)輪軸(a8)安裝在從動(dòng)輪底座(a7)上,且通過卡簧(a10)固定;推力軸(a11)穿過側(cè)板(a5)通過固定環(huán)(a12)連接從動(dòng)輪底座(a7);保證推力軸(a11)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí),固定環(huán)(a12)帶動(dòng)從動(dòng)輪底座(a7)移動(dòng);第一導(dǎo)管(a15)和第二導(dǎo)管(a16)放置在底座(a2)上,二者位于同一豎直線,并用第一壓塊(a13)和第二壓塊(a14)固定住防止導(dǎo)管晃動(dòng);纖維絲材從上方依次穿過第一導(dǎo)管(a15)、金屬輪和膠輪間隙以及第二導(dǎo)管(a16)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述加熱模塊(c)包括風(fēng)扇(c1)、風(fēng)扇連接架(c2)、喉管(c3)、加熱棒(c4)、加熱塊(c5)、熱電偶(c6)、快換接頭(c7)、散熱器(c8)、第一特氟龍管(c9)、第二特氟龍管(c10)、第三特氟龍管(c11)和噴嘴(c12);散熱器(c8)固定在底座(a2)上,風(fēng)扇(c1)通過風(fēng)扇連接架(c2)固定在散熱器(c8)上,用來對(duì)散熱器(c8)進(jìn)行風(fēng)冷降溫;快換接頭(c7)連接在散熱器(c8)一端;散熱器(c8)另一端依次連接喉管(c3)、加熱塊(c5)、噴嘴(c12);第一特氟龍管(c9)連卡在快換接頭(c7)上;第二特氟龍管(c10)一端和第一特氟龍管(c9)相連,另一端和噴嘴(c12)相連;第三特氟龍管(c11)套在第一特氟龍管(c9)和第二特氟龍管(c10)二者的外側(cè);加熱棒(c4)和熱電偶(c6)插在加熱塊(c5)的對(duì)應(yīng)孔中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述送絲模塊(a)中的金屬輪(a9)和膠輪(a6)之間的間距通過推力軸(a11)調(diào)整,在保證不破壞預(yù)浸絲材性能的前提下穩(wěn)定送絲,其中預(yù)浸絲材的直徑d、金屬輪和膠輪之間的距離l1滿足0.7d≤l1≤0.9d。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述送絲模塊(a)中的第二導(dǎo)管(a16)和剪絲模塊(b)中的第三導(dǎo)管(b5)之間的距離需保證纖維絲材在切斷過程中,第二導(dǎo)管(a16)和第三導(dǎo)管(b5)對(duì)纖維絲材起到支撐作用,避免纖維絲材的剪切滑移,二者之間的距離l2和預(yù)浸絲材的直徑d之間滿足d≤l2≤5d。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述剪絲模塊(b)中的刀片(b4)通過電磁鐵(b7)吸附鐵塊(b8)來旋轉(zhuǎn)剪切纖維絲,電磁鐵(b7)的吸附質(zhì)量大于35kg;鐵塊(b8)表面和電磁鐵(b7)表面的距離l3滿足1mm≤l3≤3mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,其特征在于,所述剪絲模塊(b)中的拉簧(b9)保證電磁鐵(b7)在斷電的時(shí)候?qū)㈣F塊(b8)從電磁鐵(b7)表面拉離,同時(shí),拉簧(b9)的力也不能影響到電磁鐵(b7)對(duì)鐵塊(b8)的吸合力,故拉簧(b9)的線徑需滿足0.4mm≤d≤0.6mm。


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造技術(shù)領(lǐng)域,公開了一種連續(xù)纖維絲材磁動(dòng)剪絲裝置,包括送絲模塊、剪絲模塊以及加熱模塊。針對(duì)連續(xù)纖維絲材在切斷過程中因剪絲裝置響應(yīng)慢,導(dǎo)致打印效率降低和絲材斷口質(zhì)量差的送絲困難問題,設(shè)計(jì)小型化緊湊式的磁動(dòng)剪絲裝置,通過控制電磁鐵通斷電來吸附和脫離鐵片并進(jìn)而帶動(dòng)刀片做旋轉(zhuǎn)剪切的剪絲機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的舵機(jī)剪絲裝置相比,該裝置響應(yīng)速度更快,剪絲效率更高;通過計(jì)算拉簧線徑以及鐵塊和電磁鐵的間距,改善了切斷過程中纖維絲斷口形變大的問題。本發(fā)明通過小型化的電磁剪絲模塊與送絲模塊、加熱模塊的配合工作,實(shí)現(xiàn)高效剪絲的同時(shí),也顯著改善了纖維絲斷口形變,進(jìn)一步推動(dòng)連續(xù)纖維打印速度的提升。

技術(shù)研發(fā)人員:王琦,何佳寧,王福吉,程明宇,李政倫,付饒
受保護(hù)的技術(shù)使用者:大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/1/9
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