碳纤维长纤增强复合材料双喷头3D打印机设计

为实现FDM(熔融沉积成型法)双喷头3D打印碳纤维长纤增强复合材料,设计了碳纤维长纤增强复合材料双喷头3D打印机机械系统,对其进行运动分析。分析碳纤维长纤增强复合材料双喷头3D打印机控制系统,提出长纤碳纤维与PLA相结合的双材料分层打印算法,对长纤碳纤维进行连续性路径规划,减少了路径跳转点。开发了碳纤维长纤增强复合材料双喷头3D打印机切片软件,为进一步研究碳纤维长纤增强复合材料双喷头3D打印工艺提供了基础。

碳纤维长纤3D打印的连续性路径规划算法

碳纤维长纤复合材料3D打印过程中,由于纤维连续性的特点,需要对其成型路径进行合理规划,减少断点跳转。传统三维模型切片处理的方式是顺序往返直线填充,所生成路径的跳转点较多,不适合连续性纤维3D打印。针对问题,提出方向可调的“Z”字填充算法,采用填充角度动态可调的平行线扫描填充方式,并将相关联交线按照奇偶原则连接,减少跳转,实现路径连续最大化。不同形状三维模型切片处理实验表明新算法能够减少3D打印路径跳转率60%以上,满足长纤维3D打印连续性的要求,为碳纤维长纤3D打印的应用奠定了基础。

碳纤维长纤3D打印的路径跳转处理

针对碳纤维长纤3D打印复杂模型的路径跳转问题,以三维模型切片处理后的G代码文件为基础,对其进行3D打印跳转点识别;基于三维路径坐标与远端切断装置间的距离关系,实现打印跳转点与纤维切断点的精确匹配,进行连续性纤维远端切断处理。通过不同打印路径的三维模型跳转点与断点的仿真分析,以及碳纤维长纤3D打印系统对单层及多层模型的3D打印测试,验证了路径跳转处理方法对连续纤维复杂模型3D打印成型的可行性。算法为碳纤维长纤3D打印的实现提供基础。