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专利号: 2021109046138
申请人: 王书杰
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铸造;粉末冶金
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于包括:基座(2),所述基座(2)用于放置碳纤维复合材料成型件(1),所述基座(2)的左侧从外到内设置有第一导轨(5)和第二导轨(6),所述基座(2)的右侧设置有第三导轨(7),所述第一导轨(5)上设置有第一滑轮(8),第一滑动轮(8)上设置有用于驱动其转动的第一主驱动电机(11),所述第一主驱动电机(11)上设置有竖直的第一运动主臂(14),所述第一运动主臂(14)的上端固定有第一伸缩驱动装置(20),所述第一伸缩驱动装置(20)的动力输出端连接有水平设置的第一伸缩臂(17),所述第一伸缩驱动装置(20)用于驱动所述第一伸缩臂(17)水平运动,所述第一伸缩臂(17)的自由端固定有竖直设置的第一辅助驱动装置(23),所述第一辅助驱动装置(23)的动力输出端固定有第一转动丝杠(26),所述第一转动丝杠(26)的下端设置有铝合金3D打印装置(4),所述第一辅助驱动装置(23)用于通过驱动所述第一转动丝杠(26)驱动所述铝合金3D打印装置(4)上下竖直运动,所述铝合金3D打印装置(4)用于输出打印用熔化状态的铝合金;

所述第二导轨(6)上设置有第二滑轮(9),第二滑动轮(9)上设置有用于驱动其转动的第二主驱动电机(12),所述第二主驱动电机(12)上设置有竖直的第二运动主臂(15),所述第二运动主臂(15)的上端固定有第二伸缩驱动装置(21),所述第二伸缩驱动装置(21)的动力输出端连接有水平设置的第二伸缩臂(18),所述第二伸缩驱动装置(21)用于驱动所述第二伸缩臂(18)水平运动,所述第二伸缩臂(18)的自由端固定有竖直设置的第二辅助驱动装置(24),所述第二辅助驱动装置(24)的动力输出端固定有第二转动丝杠(27),所述第二转动丝杠(27)的下端设置有旋转铣刀(29),所述第二辅助驱动装置(24)用于通过驱动所述第二转动丝杠(27)驱动所述旋转铣刀(29)进行升降以及旋转运动,所述旋转铣刀(29)用于对铝合金表面进行平整处理;

所述第三导轨(7)上设置有第三滑轮(10),第三滑动轮(10)上设置有用于驱动其转动的第三主驱动电机(13),所述第三主驱动电机(13)上设置有竖直的第三运动主臂(16),所述第三运动主臂(16)的上端固定有第三伸缩驱动装置(22),所述第三伸缩驱动装置(22)的动力输出端连接有水平设置的第三伸缩臂(19),所述第三伸缩驱动装置(22)用于驱动所述第三伸缩臂(19)水平运动,所述第三伸缩臂(19)的自由端固定有竖直设置的第三辅助驱动装置(25),所述第三辅助驱动装置(25)的动力输出端固定有第三转动丝杠(28),所述第三转动丝杠(28)的下端设置有复合3D打印装置(3),所述第三辅助驱动装置(25)用于通过驱动所述第三转动丝杠(28)驱动所述复合3D打印装置(3)上下竖直运动,所述复合3D打印装置用于输出打印用复合材料。

2.如权利要求1所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:第一伸缩臂(17)上设置有第一测距仪(20-1),所述第一测距仪(20-1)用于测量所述第一伸缩臂(17)的伸缩长度;第二伸缩臂(18)上设置有第二测距仪(21-1),所述第二测距仪(21-1)用于测量所述第二伸缩臂(18)的伸缩长度;第三伸缩臂(19)上设置有第三测距仪(22-1),所述第三测距仪(22-1)用于测量所述第三伸缩臂(19)的伸缩长度。

3.如权利要求1所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述复合3D打印装置(3)包括第一陶瓷坩埚(33),所述第一陶瓷坩埚(33)的上部为矩形结构,下部为四棱台结构且内部中空下端具有通孔,所述第一陶瓷坩埚(33)的下端设置有复合3D打印头,所述复合3D打印头上侧的第一陶瓷坩埚(33)内设置有待熔炼的铝合金原材料,所述第一陶瓷坩埚(33)的外侧从上到下形成有第一加热丝(3-3)和第一保温层(3-2),所述第一加热丝(3-3)位于所述第一保温层(3-2)内,所述第一保温层(3-2)的外侧形成有第一打印炉筒(35),所述复合3D打印头的出料口位于所述第一打印炉筒(35)的下端开口外,所述第一打印炉筒(35)的上端开口处装配有第一打印炉盖(3-1),通过第一打印炉盖(3-1)对所述第一打印炉筒(35)的上端开口进行密封,所述第一打印炉盖(3-1)通过第一应力传感器(31)与所述第三转动丝杠(28)的下端连接,所述第一打印炉盖(3-1)上设置有与所述第一陶瓷坩埚(33)的内腔相连通的第一压力平衡管(3-4),所述第一打印炉筒(35)的外壁的上侧通过第一固定杆固定有张紧器(3-11),所述张紧器(3-11)上设置有碳纤维轮(3-12),所述碳纤维轮(3-12)上缠绕有碳纤维束(3-13),所述碳纤维束(3-13)的自由端经导向轮以及辅助预热系统后缠绕到复合打印导辊(36)上,通过张紧器(3-11)控制碳纤维轮(3-12)上碳纤维束(3-13)的张紧力,碳纤维束(3-13)通过导向轮(3-14)连接至复合3D打印头的复合打印导辊(36)上。

4.如权利要求3所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述复合3D打印头包括与所述第一陶瓷坩埚(33)右侧的前下部相适配的第一复合打印夹持(37)、与所述第一陶瓷坩埚左侧的前下部相适配的第二复合打印夹持(38)、与所述第一陶瓷坩埚后侧下部相适配的第一固定夹持(39)以及复合打印导辊(36),所述第一复合打印夹持(37)上形成有贯穿其前后侧的第一复合打印固定销孔(37-1),所述第一固定夹持(39)的上侧形成第一复合固定孔(39-1)和第二复合固定孔(39-2),所述第一固定夹持(39)的下侧形成第一滑动轴孔(39-3),第一定位销(43)穿过所述第一复合打印固定销孔(37-1)以及第二复合固定孔(39-2)后与第一陶瓷坩埚的内壁连接;所述第二复合打印夹持(38)上形成有贯穿其前后侧的第二复合打印固定销孔(38-1),第二定位销穿过所述第二复合打印固定销孔(38-1)以及第一复合固定孔(39-1)后与第一陶瓷坩埚的内壁连接;所述第一复合打印夹持(37)以及第二复合打印夹持(38)之间形成有第一铝合金熔体通道(3-9),且所述第一复合打印夹持(37)、第二复合打印夹持(38)以及第一固定夹持(39)与所述第一陶瓷坩埚的内壁之间通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层(42);所述复合打印导辊(36)上形成有贯穿其前后侧的通孔,第一滑动轴(44)依次穿过所述通孔以及第一滑动轴孔(39-3)后与第一打印炉筒连接,且所述复合打印导辊(36)位于所述第一铝合金熔体通道的下端开口处,所述碳纤维束(3-13)的自由端经辅助预热装置(3-10)后连接至所述复合打印导辊(36)上;随着第三转动丝杠(28)和第三运动主臂(16)的运动实现复合3D打印装置(3)的三维运动;在复合打印导辊(36)和第一铝合金熔体通道(3-9)的交界面处实现碳纤维束(3-13)和铝合金熔体的浸润混合;第一铝合金熔体通道(3-9)中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着复合打印导辊(36)的转动转运至碳纤维复合材料成型件(1)上;同时通过复合打印导辊(36)带动碳纤维束(3-13)不断运动并压制到碳纤维复合材料成型件(1)上;随着复合打印导辊(36)的不断运动最终实现碳纤维束(3-13)和铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件(1)上。

5.如权利要求4所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述第一复合打印夹持(37)的右侧形成有第一复合打印热偶孔(37-2),与所述第一复合打印热偶孔(37-2)相对的第一陶瓷坩埚上形成有第一坩埚热偶孔(33-1),第一热偶(3-6)依次穿过第一打印炉筒上的第一热偶孔(3-5)、第一保温层以及第一坩埚热偶孔(33-1)后插入到所述第一复合打印热偶孔(37-2)内;所述第二复合打印夹持(38)的左侧形成有第二复合打印热偶孔(38-2),与所述第二复合打印热偶孔(38-2)相对的第一陶瓷坩埚上形成有第二坩埚热偶孔(33-2),第二热偶(3-8)依次穿过第一打印炉筒上的第二热偶孔(3-7)、第一保温层以及第二坩埚热偶孔(33-2)后插入到所述第二复合打印热偶孔(38-2)内。

6.如权利要求4所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述复合3D打印装置(3)还包括通过固定杆固定在所述第一打印炉筒(35)上的第一保护气体管(47),所述第一保护气体管(47)的出气口朝向所述复合打印导辊(36),通过第一保护气体管(47)向第一铝合金熔体通道(3-9)出口附近吹扫惰性气体。

7.如权利要求1所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述铝合金3D打印装置包括第二陶瓷坩埚,所述第二陶瓷坩埚的上部为矩形结构,下部为四棱台结构且内部中空下端具有通孔,所述第二陶瓷坩埚的下端设置有铝合金3D打印头,所述铝合金3D打印头上侧的第二陶瓷坩埚内放置有待熔炼的铝合金原材料,所述第二陶瓷坩埚的外侧从上到下形成有第二加热丝(4-3)和第二保温层(4-2),所述第二加热丝(4-3)位于所述第二保温层(4-2)内,所述第二保温层(4-2)的外侧形成有第二打印炉筒,所述铝合金3D打印头的出料口位于所述第二打印炉筒的下端开口外,所述第二打印炉筒的上端开口处装配有第二打印炉盖(4-1),通过第二打印炉盖(4-1)对所述第二打印炉筒的上端开口进行密封,所述第二打印炉盖(4-1)通过第二应力传感器(30)与所述第一转动丝杠(26)的下端连接,所述第二打印炉盖(4-1)上设置有与所述第二陶瓷坩埚的内腔相连通的第二压力平衡管(4-4),铝合金3D打印头中第二铝合金熔体通道(4-9)中的熔体在界面张力和第二打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着铝合金打印导辊(34)的转动转运至碳纤维复合材料成型件(1)上。

8.如权利要求7所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述铝合金3D打印头包括与所述第二陶瓷坩埚右侧的前下部相适配的第一打印夹持(41)、与所述第二陶瓷坩埚左侧的前下部相适配的第二打印夹持(40)、与所述第二陶瓷坩埚后侧下部相适配的第二固定夹持以及铝合金打印导辊(34),所述第一打印夹持(41)上形成有贯穿其前后侧的第一打印固定销孔(41-1),所述第二固定夹持的上侧形成第一固定孔和第二固定孔,所述第二固定夹持的下侧形成第二滑动轴孔,第三定位销(45)穿过所述第一打印固定销孔(41-1)以及第二固定孔后与第二陶瓷坩埚的内壁连接;所述第二打印夹持(40)上形成有贯穿其前后侧的第二打印固定销孔(40-1),第四定位销穿过所述第二打印固定销孔(40-1)以及第一固定孔后与第二陶瓷坩埚的内壁连接;所述第一打印夹持(41)以及第二打印夹持(40)之间形成有第二铝合金熔体通道(4-9),且所述第一打印夹持(41)、第二打印夹持(40)以及第二固定夹持与所述第二陶瓷坩埚的内壁之间通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层(42);所述铝合金打印导辊(34)上形成有贯穿其前后侧的通孔,第二滑动轴依次穿过所述通孔以及第二滑动轴孔后与第二打印炉筒连接,且所述铝合金打印导辊(34)位于所述第二铝合金熔体通道(4-9)的下端开口处;随着第一转动丝杠(26)和第一运动主臂(14)的运动实现铝合金3D打印装置(4)的三维运动;第二铝合金熔体通道(4-9)中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着铝合金打印导辊(34)的转动转运至碳纤维复合材料成型件(1)上;随着铝合金打印导辊(34)的不断运动,最终实现铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件(1)上,并覆盖复合3D打印装置形成的裸露的碳纤维表面上。

9.如权利要求8所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述第一打印夹持(41)的右侧形成有第一打印热偶孔(41-2),与所述第一打印热偶孔(41-2)相对的第二陶瓷坩埚上形成有第三坩埚热偶孔,第三热偶(4-6)依次穿过第二打印炉筒上的第三热偶孔(4-5)、第二保温层以及第三坩埚热偶孔后插入到所述第一打印热偶孔(41-2)内;所述第二打印夹持(40)的左侧形成有第二打印热偶孔(40-2),与所述第二打印热偶孔相对的第二陶瓷坩埚上形成有第四坩埚热偶孔,第四热偶(4-8)依次穿过第二打印炉筒上的第四热偶孔(4-7)、第二保温层以及第四坩埚热偶孔后插入到所述第二打印热偶孔(40-2)内;所述铝合金3D打印装置还包括通过固定杆固定在所述第二打印炉筒上的第二保护气体管,所述第二保护气体管的出气口朝向所述铝合金打印导辊(34),通过第二保护气体管(48)向第二铝合金熔体通道(4-9)出口附近吹扫惰性气体。

10.如权利要求4所述的铝基连续碳纤维增强复合材料的成型系统,其特征在于:所述第二转动丝杠(27)上设置有冷却气体管(29-1),所述冷却气体管(29-1)的出气口朝向所述旋转铣刀(29),用于对旋转铣刀(29)和碳纤维复合材料成型件(1)表面进行冷却处理;所述复合打印导辊(36)上形成有复合引导槽(36-3),所述复合引导槽(36-3)上形成有碳纤维槽(36-2);所述铝合金打印导辊(34)上形成有铝合金引导槽(34-1)。