[實(shí)用新型]一種纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料3D打印裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721206902.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207240859U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段玉崗;丁仲秋;明越科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/165
• 分類號(hào): B29C64/165;B29C64/314;B33Y30/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型主要涉及新型熱固性復(fù)合材料3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料3D打印裝置。

背景技術(shù)

復(fù)合材料構(gòu)件具有高比模量、高比強(qiáng)度、耐疲勞、耐腐蝕、減震性好、可設(shè)計(jì)性能等諸多優(yōu)勢(shì)，在替代金屬、節(jié)能減排以及特殊用材等多個(gè)方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。

復(fù)合材料傳統(tǒng)的成型工藝非常多，例如手動(dòng)鋪放成型、樹脂傳遞模塑成型、纖維纏繞成型等，各工藝方法成型復(fù)合材料構(gòu)件的精度，尺寸，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求或性能參差不齊，難以均衡。

3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過(guò)運(yùn)用金屬粉末或塑料的線性絲材等可粘合的材料，以逐層打印或逐層選擇性粘結(jié)的方式，來(lái)構(gòu)造實(shí)體的快速增材制造技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相繼成功研究出纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的3D打印方法及裝置，但是由于熱塑性樹脂基體的性能較差，成型構(gòu)件的剛度，拉伸強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，層間剪切強(qiáng)度等均無(wú)法滿足汽車、航空航天的領(lǐng)域大型高強(qiáng)度復(fù)合材料構(gòu)件的要求。環(huán)氧樹脂是一種耐腐蝕、絕緣性能和粘接性能良好的熱固性高分子材料，但是由于其固化后，物質(zhì)脆，抗沖擊性、抗開(kāi)裂性比較低，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展。以環(huán)氧樹脂作為基體材料制成的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料，綜合了兩者優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自缺陷，較纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基體復(fù)合材料的性能得到大幅提升。

復(fù)合材料傳統(tǒng)的固化技術(shù)多采用熱固化的方法，而熱固化的方法需要高溫高壓的密閉環(huán)境，周期長(zhǎng)，熱壓罐的形狀尺寸又限制了成型構(gòu)件的形狀尺寸，故針對(duì)大型復(fù)合材料構(gòu)件的固化極其困難，成本極高。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種新興的輻照固化技術(shù)——電子束固化技術(shù)。電子束固化技術(shù)是指以電子加速器加速產(chǎn)生的高能電子束作為輻射源，通過(guò)誘導(dǎo)特殊的液體低聚物發(fā)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)快速固化的技術(shù)，是一種新型非加熱非加壓的快速固化技術(shù)。低能電子束固化技術(shù)是指電子束能量低于300KeV的電子束固化技術(shù)。低能量雖然僅僅能夠穿透固化幾百乃至幾十微米的復(fù)合材料厚度，但是它設(shè)備簡(jiǎn)單、輻射量小，屏蔽容易，操作便捷等諸多優(yōu)勢(shì)。

復(fù)合材料傳統(tǒng)的成型工藝中存在自動(dòng)化程度較低、精度差、尺寸形狀限制、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等性能無(wú)法滿足要求等問(wèn)題，復(fù)合材料傳統(tǒng)的固化技術(shù)中又存在需要高溫高壓的密閉環(huán)境，周期長(zhǎng)，熱壓罐的形狀尺寸限制，成本高等問(wèn)題，綜合以上內(nèi)容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料的3D打印。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料3D打印裝置，使纖維干絲邊輸送，邊預(yù)浸，邊打印，邊低能電子束輻照固化，實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件的快速制備。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料3D打印裝置，包括放卷裝置、輸送裝置、樹脂槽、熱熔預(yù)浸混合腔、低能電子束發(fā)射器和打印平臺(tái)，其中，樹脂槽內(nèi)裝有熱固性樹脂，熱熔預(yù)浸混合腔上設(shè)置有打印噴嘴，輸送裝置設(shè)置在放卷裝置與熱熔預(yù)浸混合腔之間，樹脂槽與熱熔預(yù)浸混合腔相連通；纖維干絲料卷置于放卷裝置上，通過(guò)輸送裝置驅(qū)動(dòng)，將纖維干絲束輸送進(jìn)入熱熔預(yù)浸混合腔中，纖維干絲被熱固性樹脂預(yù)浸后由打印噴嘴輸出，鋪設(shè)于打印平臺(tái)或已打印的纖維層面上，再經(jīng)過(guò)隨動(dòng)低能電子束發(fā)射器輻照固化，完成打印。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱熔預(yù)浸混合腔與豎直方向呈30°～60°設(shè)置。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，輸送裝置包括兩個(gè)相同的用于夾持纖維干絲束的輸送機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，該裝置還包括設(shè)置在兩個(gè)輸送機(jī)構(gòu)之間的張力控制裝置。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱熔預(yù)浸混合腔下部出口處通過(guò)螺紋連接件連接打印噴嘴。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，螺紋連接件上固定有牽引導(dǎo)向輥。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱熔預(yù)浸混合腔上部通過(guò)管道連接樹脂槽。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱熔預(yù)浸混合腔內(nèi)壁上設(shè)置有若干用于約束纖維干絲束并使纖維干絲束呈折線形式通過(guò)熱熔預(yù)浸混合腔的導(dǎo)輪。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，低能電子束發(fā)射器垂直于打印平臺(tái)。