[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

技術領域

本發明涉及連續纖維增強復合材料3D打印技術領域，具體涉及一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法。

背景技術

復合材料因其質輕、高比強度與比模量、耐腐蝕等優異性能，已經被廣泛應用于各行各業，應用領域遍及建筑、交通、航空航天、電子、船舶、能源等各個領域，逐漸成為人類生活中所必不可少的材料。復合材料工業為人類提供優質材料的同時，因其高強性能及耐腐蝕性等特點，也使得復合材料的廢棄物處理變得非常困難。隨著復合材料工業的迅速發展，每年會新增大量的復合材料廢棄物，廢棄物的大量堆積不僅占據了工業、農業用地，而且對社會環境構成了威脅，成為阻礙復合材料進一步發展的瓶頸。目前，主流的復合材料廢棄回收方法主要有熱解法、破碎法、焚燒法三類方法，均無法很好地實現高性能復合材料的回收再利用。因此，研究和發展復合材料廢棄物的綜合利用技術，實現廢棄物資源的循環再利用是非常有必要的。

連續纖維增強復合材料3D打印技術是一種新興的復合材料加工工藝，它采用3D打印層層累加的原理將基體材料與連續纖維復合疊加成型復合材料零件，該工藝無需預先定制的模具以及預先處理過的纖維預浸帶，降低成本與工藝復雜度，能精確地控制增強纖維的方向，得到具有定制性能的復合材料零件，可實現具有復雜結構的復合材料零件的快速制造，同時采用連續纖維能大大增加零件的力學性能。

然而，目前，對于3D打印連續纖維增強復合材料的回收再利用存在以下三個問題：

一、由于連續纖維增強復合材料3D打印工藝是新興的復合材料加工工藝，針對它的回收再利用技術還沒有得到發展與研究，這大大限制了該項工藝的發展，急需進一步開發該工藝的回收利用技術。

二、采用傳統的熱解法和燃燒法在回收過程中會產生大量的有害氣體，會對環境造成二次污染。

三、采用傳統的回收方法回收連續纖維增強復合材料3D打印零件不能保證連續纖維的連續性，同時會破壞連續纖維的一般物性，回收的纖維不能再次用于3D打印復合材料工藝，降低連續纖維的利用效率。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，實現連續纖維的回收與復合材料再制造，使連續纖維的使用效率最大化，增大了制造效益，同時降低對環境的二次污染。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種3D打印連續纖維增強復合材料回收再制造方法，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：

1.1)將回收復合材料工件通過工件夾具固定于工件平臺的上表面，預熱箱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以加快回收時的融化速度，當回收復合材料工件的基體材料分別為PLA、ABS、PEEK時，預熱箱的預熱溫度分別為150℃、200℃、300℃；

1.2)回收時，熱風槍在運動機械臂的夾持下按照回收復合材料工件的3D打印路徑的相反方向運動，熱風槍的運動速度為100～200mm/min，運動過程中通過熱風槍控制器控制熱風槍吹出熱風，當回收復合材料工件的基體材料分別為PLA、ABS、PEEK時，熱風槍吹出的熱風溫度分別為300℃、350℃、500℃；當熱風槍運動到某處時，此熱風就會在該處形成一個小型的高溫環境場，在高溫環境場作用下，處于高溫環境場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，該熔融區的纖維被拉出；

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

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熱塑性基體材料在成型口模的加熱作用下重新熔融，熔融的熱塑性基體材料在成型口模的小直徑直線段與連續纖維重新復合，從成型口模中擠出形成回收復合材料預浸絲；

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