本發明屬于增材制造領域，更具體的說，涉及一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭。

背景技術：

增材制造技術是制造業領域內正在快速發展的一項新興技術，被稱為“具有第三次工業革命重要標志意義的制造技術”，各主要發達國家將其列為戰略發展的關鍵技術。目前，增材制造技術依托多個學科領域尖端技術，在航空航天技術、汽車家電制造生產、生物醫藥、食品加工等領域得到了一定應用。與傳統制造技術相比，增材制造三維快速成型制造技術省略了產品模具的加工制造，從而在時間上極大的縮短了產品的研制周期，提高了生產率和降低生產成本。經濟效益與前景方面有非常大的發展潛力，根據國際快速制造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發布的調查結果顯示，全球3D打印產業產值在1988年到2010年之間以26.2％的年均速度增長。報告預測，3D打印產業未來仍將會保持著較快地增長速度，到2020年，包含設備制造和服務在內的產業總產值將達到52億美元。在2012年的國際新技術發展趨勢調查中，3D打印制造技術居首位。目前，現有的增材制造技術還面臨著諸多方面的瓶頸和探索，因此，需要進一步深入研究，擴大其應用領域。

利用增材制造技術打印出的纖維增強復合材料制品，不僅具備高強度、高剛度、質量輕等特點，而且可以控制纖維的分布方向，從而控制制品的性能。纖維增強復合材料的增材制造技術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；碳纖維復合材料產品涵蓋航天光學遙感器的各個部位，如相機鏡筒、相機支架、遮光罩、桁架等。依靠打印材料的快速發展和增材制造技術的日益成熟，基于纖維增強復合材料的增材制造技術將會應用到各行各業，推動制造產業的快速發展。

但是目前的連續纖維增強復合材料增材制造技術研究較少，尚處于研發階段，存在諸多問題。比如，樹脂無法充分進入纖維絲帶內部，無法將各個纖維絲通過樹脂粘結在一起，從而在打印工件內部形成空洞，嚴重降低了工件的力學性能。此外，連續纖維增強復合材料增材制造容易堵頭，從而導致纖維無法出絲或樹脂從噴頭內部往外溢出。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭，可以提高樹脂與纖維的粘結效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

為解決上述技術問題，本發明屬于增材制造領域，更具體的說，涉及一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭，包括噴頭、內腔、導熱塊、帽蓋、纖維噴頭、纖維喉管、鐵氟龍管Ⅰ、樹脂噴頭、樹脂喉管、鐵氟龍管Ⅱ、加熱棒和溫度傳感器，可以提高樹脂與纖維的粘結效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

所述噴頭可拆卸連接在內腔下端，所述導熱塊套在噴頭上，所述導熱塊上嵌套著加熱棒和溫度傳感器，所述內腔的上端可拆卸連接有帽蓋；

所述帽蓋上設有連接纖維喉管和樹脂喉管的通孔，纖維喉管和樹脂喉管均可拆卸連接在帽蓋的通孔上，連接樹脂喉管的通孔上還可拆卸連接有樹脂噴頭；

所述纖維喉管的內部套有鐵氟龍管Ⅰ，纖維喉管的下端可拆卸連接有纖維噴頭；

所述樹脂喉管的內部套有鐵氟龍管Ⅱ；

所述內腔和帽蓋連接后形成腔體。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的內腔包括傾斜段Ⅰ和豎直段Ⅰ，纖維噴頭包括傾斜段Ⅱ和豎直段Ⅱ，內腔的傾斜段Ⅰ和纖維噴頭的傾斜段Ⅱ形成橫截面的面積從上往下依次減小的樹脂材料流動引導腔體，內腔的豎直段Ⅰ形成圓柱形的擠壓腔體，纖維噴頭的豎直段Ⅱ形成圓柱形的擋流柱。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的纖維噴頭的豎直段Ⅱ的最下端位于內腔的豎直段Ⅰ內。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的噴頭通過螺紋連接方式連接在內腔下端，所述內腔的上端通過螺紋連接方式連接有帽蓋，纖維喉管和樹脂喉管均通過螺紋連接方式連接在帽蓋的通孔上，連接樹脂喉管的通孔上還通過螺紋連接方式連接有樹脂噴頭，纖維喉管的下端通過螺紋連接方式連接有纖維噴頭。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的螺紋均為矩形螺紋或梯形螺紋。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的導熱塊的下端頂著噴頭的上端，導熱塊的上端頂著帽蓋的下端。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的加熱棒有偶數個，對稱分布在導熱塊上。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的樹脂噴頭、樹脂喉管和鐵氟龍管Ⅱ均有多個。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的樹脂噴頭的上端頂著樹脂喉管的下端。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭所述的內腔、帽蓋、纖維噴頭和纖維喉管的軸線均共線。

本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭的有益效果為：

本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭，能夠增強熔融樹脂與纖維的粘結效果，從而提高打印質量；此外，噴頭結構通過可拆卸連接，在發生堵絲情況時，能夠拆卸后快速清理。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方法對本發明做進一步詳細的說明。

圖1為本發明一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭的結構示意圖。

圖2為圖1的局部放大圖。

圖中：噴頭1；內腔2；傾斜段Ⅰ2-1；豎直段Ⅰ2-2；導熱塊3；帽蓋4；纖維噴頭5；傾斜段Ⅱ5-1；豎直段Ⅱ5-2；纖維喉管6；鐵氟龍管Ⅰ7；樹脂噴頭8；樹脂喉管9；鐵氟龍管Ⅱ10；纖維11；樹脂12；加熱棒13；溫度傳感器14；腔體15。

具體實施方式

具體實施方式一：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本發明屬于增材制造領域，更具體的說，涉及一種適用于連續纖維增強復合材料增材制造的噴頭，包括噴頭1、內腔2、導熱塊3、帽蓋4、纖維噴頭5、纖維喉管6、鐵氟龍管Ⅰ7、樹脂噴頭8、樹脂喉管9、鐵氟龍管Ⅱ10、加熱棒13和溫度傳感器14，可以提高樹脂與纖維的粘結效果，防止堵頭，而且便于清理噴頭。

所述噴頭1可拆卸連接在內腔2下端，所述導熱塊3套在噴頭1上，所述導熱塊3上嵌套著加熱棒13和溫度傳感器14，所述內腔2的上端可拆卸連接有帽蓋4。可拆卸連接可以是螺紋連接或者過盈配合等，其目的是將噴頭分成多個零件制造，在發生堵絲的情況下，可以將各個零件快速拆卸，便于清理疏通打印頭。

所述帽蓋4上設有連接纖維喉管6和樹脂喉管9的通孔，纖維喉管6和樹脂喉管9均可拆卸連接在帽蓋4的通孔上，連接樹脂喉管9的通孔上還可拆卸連接有樹脂噴頭8。用于連接纖維喉管6和樹脂喉管9的通孔可以是螺紋孔，從而實現螺紋連接，也可以是與纖維喉管6和樹脂喉管9外徑相應的圓柱孔，從而實現過盈配合連接，兩種方式都可以實現可拆卸連接。此外，通孔最好有多個，從而實現多股相同材料的或者不同材料的樹脂12同時進絲。并且通孔應當圍繞纖維喉管6均勻分布，從而使得纖維喉管6各個方位的均有均量的樹脂進入，防止纖維喉管6周圍樹脂進入不均勻，從而無法保證纖維喉管6中的纖維11無法處于正中位置。當包裹在纖維11四周的樹脂最均勻時，也就是纖維11處于樹脂正中間時，打印的效果是最好的。樹脂噴頭8應當從帽蓋4的內部先連接在帽蓋4上，然后再從帽蓋4的外部連接上樹脂喉管9并使得樹脂喉管9的下端和樹脂噴頭8的上端緊密接觸，防止樹脂溢出。如果樹脂喉管9的下端和樹脂噴頭8的上端接觸不夠緊密，樹脂有可能從樹脂喉管9、噴頭8與帽蓋4之間的縫隙中溢出。

所述纖維喉管6的內部套有鐵氟龍管Ⅰ7，纖維喉管6的下端可拆卸連接有纖維噴頭5；鐵氟龍管Ⅰ7主要用于隔絕熱量，防止樹脂的熱量通過纖維喉管6傳遞給纖維11。纖維噴頭5可以通過螺紋連接或者過盈配合等方式可拆卸地連接在纖維喉管6的下端。可拆卸連接用于防止樹脂進入纖維喉管6內時使纖維11堵住無法清理。因為，熔融的樹脂在壓力的作用下絕大部分會從噴頭出口流出，但是還是會有一小部分沿著纖維11的管道逐漸進入纖維喉管6內。纖維噴頭5可以通過控制出口口徑大小控制樹脂進入的量，此外還可以引導樹脂流動，從而防止樹脂進入纖維喉管6內。

所述樹脂喉管9的內部套有鐵氟龍管Ⅱ10，鐵氟龍管Ⅱ10用于隔熱，防止熱量傳遞給樹脂喉管9上端的樹脂，使得樹脂喉管9上端的樹脂融化，從而容易堵死樹脂喉管9。

所述內腔2和帽蓋4連接后形成腔體15，腔體15用于容納融化的樹脂，并使得融化的樹脂在壓力的作用下從最下端的出口擠出。

具體實施方式二：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述內腔2包括傾斜段Ⅰ2-1和豎直段Ⅰ2-2，纖維噴頭5包括傾斜段Ⅱ5-1和豎直段Ⅱ5-2，內腔2的傾斜段Ⅰ2-1和纖維噴頭5的傾斜段Ⅱ5-1形成橫截面的面積從上往下依次減小的樹脂材料流動引導腔體，內腔2的豎直段Ⅰ2-2形成圓柱形的擠壓腔體，纖維噴頭5的豎直段Ⅱ5-2形成圓柱形的擋流柱。脂材料流動引導腔體的出口截面積越來越小，從而使得樹脂的流動速度增大，出口處壓力增大，從而使得樹脂與纖維的粘結效果更好，從而提高打印工件的力學性能。圓柱形的擠壓腔體可以使得樹脂充分包裹在纖維的四周，亦是用于提高樹脂與纖維的粘結性能。圓柱形的擋流柱用于改變樹脂的流動方向，較小樹脂流進纖維喉管6的概率。

具體實施方式三：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述纖維噴頭5的豎直段Ⅱ5-2的最下端位于內腔2的豎直段Ⅰ2-2內。這樣可以有效保證纖維11處于樹脂的正中間，從而改善打印效果。

具體實施方式四：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述噴頭1通過螺紋連接方式連接在內腔2下端，所述內腔2的上端通過螺紋連接方式連接有帽蓋4，纖維喉管6和樹脂喉管9均通過螺紋連接方式連接在帽蓋4的通孔上，連接樹脂喉管9的通孔上還通過螺紋連接方式連接有樹脂噴頭8，纖維喉管6的下端通過螺紋連接方式連接有纖維噴頭5。螺紋連接便于快速拆卸，當發生堵絲現象時，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：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式四作進一步說明，所述螺紋均為矩形螺紋或梯形螺紋。經過實驗研究得知，當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：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述導熱塊3的下端頂著噴頭1的上端，導熱塊3的上端頂著帽蓋4的下端，從而使得導熱塊3固定在噴頭1上，而且便于拆卸。

具體實施方式七：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述加熱棒13有偶數個，對稱分布在導熱塊3上，從而使得內腔2內的樹脂溫度更加均勻，有利于提高樹脂與纖維的粘結性能。

具體實施方式八：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述樹脂噴頭8、樹脂喉管9和鐵氟龍管Ⅱ10均有多個，從而實現多股樹脂同時或者不同時進絲。樹脂的材料可以相同也可以不同。

具體實施方式九：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述樹脂噴頭8的上端頂著樹脂喉管9的下端，從而防止熔融的樹脂從縫隙中溢出。

具體實施方式十：

下面結合圖1、2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述內腔2、帽蓋4、纖維噴頭5和纖維喉管6的軸線均共線，用于保證纖維11始終位于正中心位置。

工作原理：在打印之前，先裝入纖維11和樹脂12，加熱加熱棒13，熱量會通過導熱塊3以及各個金屬零件傳遞給樹脂噴頭8，樹脂噴頭8融化樹脂12，樹脂12在擠絲機構的作用下會不斷擠進腔體15，腔體15的樹脂吸收導熱塊3的熱量保持熔融狀態，并從內腔2的豎直段Ⅰ2-2形成圓柱形的擠壓腔體中不斷擠出。在擠出的過程中，熔融的樹脂12會包裹在纖維11的周圍，并帶動纖維11擠出，從而形成纖維增強復合材料一起粘結到工作臺表面，在噴頭移動的過程中，纖維11就會不斷被拉出，并且纖維11的四周會包裹有熔融的樹脂11，從而實現連續纖維增強復合材料增材制造，必要時可以剪斷纖維11。該打印頭可以適用于目前現有的3D打印機結構，并且控制程序也可適用于現有的程序，僅需將纖維增強的復合材料看成是普通的樹脂材料便可。

當然，上述說明并非對本發明的限制，本發明也不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發明的保護范圍。