[發明專利]一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法

有效

• 申請號: 201610397940.8
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN106079436B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 田小永;劉騰飛;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/357;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，其特征在于，包括下列步驟：

1)通過3D打印連續纖維增強復合材料回收裝置回收復合材料預浸絲(16)：

1.1)將回收復合材料工件(3)通過工件夾具(4)固定于工件平臺(2)的上表面，預熱箱(1)箱體內部保持一個恒定溫度用來整體預熱回收復合材料工件(3)以加快回收時的融化速度，當回收復合材料工件(3)的基體材料分別為PLA、ABS、PEEK時，預熱箱(1)的預熱溫度分別為150℃、200℃、300℃；

1.2)回收時，熱風槍(6)在運動機械臂(5)的夾持下按照回收復合材料工件(3)的3D打印路徑的相反方向運動，熱風槍(6)的運動速度為100～200mm/min，運動過程中通過熱風槍控制器(7)控制熱風槍(6)吹出熱風，當回收復合材料工件(3)的基體材料分別為PLA、ABS、PEEK時，熱風槍(6)吹出的熱風溫度分別為300℃、350℃、500℃；當熱風槍(6)運動到某處時，此熱風就會在該處形成一個小型的高溫環境場(8)，在高溫環境場(8)作用下，處于高溫環境場(8)內的復合材料段的高分子基體材料就會融化形成一小段熔融區(9)，該熔融區(9)的纖維被拉出；

1.3)拉力裝置(13)的主動輪(15)以一定的速度轉動帶動從動輪(14)轉動為連續纖維提供拉力，在該拉力作用下，熔融區(9)的纖維從熱塑性基體(10)抽離出來，隨著熱風槍(6)的不斷移動以及拉力裝置(13)的轉動，連續纖維不斷地從熱塑性基體(10)中抽離出來；

1.4)在抽離過程中連續纖維表面會黏附一些熱塑性基體材料(11)，熱塑性基體材料(11)在成型口模(12)的加熱作用下重新熔融，熔融的熱塑性基體材料(11)在成型口模(12)的小直徑直線段與連續纖維重新復合，從成型口模(12)中擠出形成回收復合材料預浸絲(16)；

1.5)纖維絲盤(17)為主動絲盤，按照一定的速度轉動，隨著纖維絲盤(17)的轉動，回收復合材料預浸絲(16)被纏繞存儲在纖維絲盤(17)上；

2)通過3D打印連續纖維增強復合材料再制造裝置實現再制造過程：纖維絲盤(17)上的回收復合材料預浸絲(16)通過石英導管(23)送入復合材料3D打印頭(22)中，石英導管(23)防止回收復合材料預浸絲(16)上的基體材料在未進入復合材料3D打印頭(22)熔融腔之前融化；同時，樹脂絲盤(18)上的熱塑性樹脂絲材(19)通過送絲機構(20)送入復合材料3D打印頭(22)中，與回收復合材料預浸絲(16)熔融復合，擠出在3D打印機(21)打印平面上堆積成型再制造復合材料零件(24)。

2.根據權利要求1所述的一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，其特征在于：所述的3D打印連續纖維增強復合材料回收裝置，包括預熱箱(1)，預熱箱(1)內部底面設有工件平臺(2)，回收復合材料工件(3)通過工件夾具(4)固定在工件平臺(2)上，預熱箱(1)上部側壁上連接有運動機械臂(5)，運動機械臂(5)的末端連接有熱風槍(6)，預熱箱(1)的外部固定有熱風槍控制器(7)，熱風槍控制器(7)和熱風槍(6)連接，熱風槍(6)和回收復合材料工件(3)上端配合，回收復合材料預浸絲(16)穿過預熱箱(1)，在拉力裝置(13)的拉力下穿過成型口模(12)，最終纏繞在回收絲盤(17)上。

3.根據權利要求2所述的一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，其特征在于：所述的成型口模(12)內孔依次為大直徑直線段、收縮直徑段、小直徑直線段。

4.根據權利要求2所述的一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，其特征在于：所述的拉力裝置(13)由主動輪(15)與從動輪(14)配合組成。

5.根據權利要求1所述的一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，其特征在于：所述的3D打印連續纖維增強復合材料再制造裝置，包括3D打印臺(21)，3D打印臺(21)上方設有的復合材料3D打印頭(22)內的石英導管(23)的一個入口和回收絲盤(17)上回收復合材料預浸絲(16)連接，石英導管(23)的另一個入口和經過送絲機構(20)的熱塑性樹脂絲材(19)連接，熱塑性樹脂絲材(19)纏繞在樹脂絲盤(18)上。