連續(xù)碳纖維三維打印的剪切算法及裝置

供稿人:者露 賀健康

目前,，連續(xù)碳纖維3D打印技術(shù)的發(fā)展還處于初級階段,。基于連續(xù)路徑的優(yōu)化,，在復(fù)雜模型的打印路徑形成過程中不可避免地會出現(xiàn)跳躍點(diǎn),，產(chǎn)生包括不同輪廓和不同層之間的跳躍。因此,，需要利用剪切系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型的3D打印,。

美國Mark Forged公司生產(chǎn)的3D打印機(jī)有一個(gè)前端剪切裝置，可以在材料進(jìn)入噴嘴之前實(shí)時(shí)剪切碳纖維,。與后端剪切裝置（碳纖維從噴嘴擠出后被切斷）相比,，前端剪切裝置可以在不影響成形模型的情況下剪切連續(xù)的碳纖維，但其裝置中打印噴嘴與剪斷裝置之間的距離過長,，限制了其應(yīng)用范圍,。

武漢理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)基于Mark Forged公司的打印機(jī)的前端剪斷原理，重新設(shè)計(jì)了剪斷裝置和其與打印機(jī)的裝配結(jié)構(gòu),，減小了噴嘴與剪斷裝置之間的距離,，拓寬了剪斷處理的應(yīng)用范圍。通過對剪斷算法的研究,、控制指令的匹配以及進(jìn)料裝置與剪斷裝置的交替操作設(shè)計(jì),，得到包含剪斷點(diǎn)位置信息，剪斷指令和進(jìn)料指令的控制代碼,，如圖1所示,。

圖1 包含剪斷點(diǎn)位置信息、剪斷指令和進(jìn)料指令的G代碼

研究團(tuán)隊(duì)基于實(shí)際的控制需求,，設(shè)計(jì)并搭建出如圖2所示的剪切裝置及裝配結(jié)構(gòu),，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸，進(jìn)而驅(qū)動刀片進(jìn)行剪斷操作,，完成打印-剪斷-跳躍-進(jìn)料-打印的交替操作，實(shí)現(xiàn)打印過程,。最后對裝置進(jìn)行單層跳躍及多層跳躍的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,，模型及打印結(jié)果如圖3所示。該團(tuán)隊(duì)研究工作可為連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供一種實(shí)現(xiàn)方法,，為連續(xù)纖維3D打印技術(shù)的發(fā)展提供思路,。

圖2 剪斷裝置及裝配結(jié)構(gòu)

圖3 （a）單層跳躍實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃停╞）結(jié)果 （c）多層跳躍實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃停╠）結(jié)果

參考文獻(xiàn)：
Tu Y , Tan Y , Zhang F , et al. Shearing algorithm and device for the continuous carbon fiber 3D printing[J]. Journal of Advanced Mechanical Design Systems and Manufacturing, 2019, 13(1):JAMDSM0016-JAMDSM0016.

供稿人:者露 賀健康 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室