[發明專利]一種連續纖維增強構件的3D打印成型方法

在審

• 申請號: 201910117095.8
• 申請日: 2019-02-15
• 公開（公告）號: CN111572016A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 劉軍;趙風君;王臻;譚米雪;肖新宇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/135;B29C64/321;B29C64/30;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 何方

本發明公開了一種連續纖維增強構件的3D打印成型方法，屬于3D打印技術領域，包括：1)光敏樹脂與連續纖維在擠出頭內部充分接觸，形成復合前驅體；2)利用3D打印平臺同步進行構件成型；3)在光照條件下，打印過程中光敏樹脂發生交聯固化，完成連續纖維與光敏樹脂的復合強化，得到連續纖維增強構件；本發明使用連續纖維與光敏樹脂的復合材料作為原料，借助3D打印平臺完成構件成型，以及精確剪短操作，實現樹脂與纖維復合強化及成型過程是同步協調完成的，因此在提升構件整體性能的同時，從而構件成型的效率也得到提高。在光敏樹脂與連續纖維的選擇上有著更為廣泛的適用性與結合性，能夠針對不同材質構件進行選擇性的打印成型。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種連續纖維增強構件的3D打印成型方法。

背景技術

光敏樹脂指用于光固化快速成型的材料為液態光固化樹脂，主要由齊聚物、光引發劑、稀釋劑組成。其本身是由高分子組成的具有一定粘度的膠狀物質，這些高分子如同散亂的鏈式交連的籬網狀碎片。光敏樹脂遇光后會改變其化學結構，這些分子結合成較長的交聯聚合物高分子，聚合物由膠質樹脂轉變成堅硬物質。光敏樹脂具有固化速度快，生產與能量利用率高的特點，是一種環境友好型材料。固化后的光敏樹脂具有強度高、耐磨、耐腐蝕等特性。同時光敏樹脂可涂裝各種基材，如塑料、皮革、金屬、玻璃、陶瓷、纖維等，但是固化后的光敏樹脂存在韌性較差的問題。

連續纖維具有許多優良性能，纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，又兼備紡織可加工性。而纖維本身強度較低，耐磨性、抗剪切應變能力較差。FDM-3D打印技術是將低熔點線型材料熱化后從擠出頭噴出，擠出頭在計算機的控制下，沿零件的每一截面的輪廓準確運動，擠出半流動的熱塑材料沉積固化成精確的實際部件薄層，覆蓋于已建造的構件層之上，每完成一層成型，工作臺便下降一層高度，噴頭再進行下一層截面的掃描噴絲，如此反復逐層沉積，直到最后一層，這樣逐層由底到頂地堆積成一個實體模型或零件，這要求材料本身存在一定強度的同時，在打印過程中也需要具有一定塑性特性。

現有技術中，連續纖維和光敏樹脂需要提前預浸，然后進行3D打印成型，生產效率低，由于光敏樹脂遇光后極易發生固化，從而改變其化學結構，生成較長的交聯聚合物高分子，容易堵塞噴頭，導致打印成功率不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種連續纖維增強構件的3D打印成型方法，將材料復合過程與成型同步進行，以提高生產效率和打印成功率。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種連續纖維增強構件的3D打印成型方法，包括：

光敏樹脂與連續纖維在擠出頭內部充分接觸，使連續纖維表面包裹光敏樹脂，形成復合前驅體；

利用3D打印平臺同步進行構件成型；

在光照條件下，打印過程中光敏樹脂發生交聯固化，完成連續纖維與光敏樹脂的復合強化，得到連續纖維增強構件；

所述擠出頭包括從上至下依次設置的送絲裝置、剪斷裝置、擠出腔體和噴嘴，所述送絲裝置設有第一進料端，用于連續纖維的進料口，所述擠出腔體設有第二進料端，第二進料端與擠出腔體連通，用于光敏樹脂的進料口，以實現連續纖維和光敏樹脂的同步進料。

優選的，所述送絲裝置包括框架、以及設置于其上的驅動輪、驅動電機、從動輪，驅動輪通過聯軸器與驅動電機的輸出軸相連，連續纖維通過驅動輪和從動輪之間并夾緊，驅動輪在驅動電路控制下轉動，帶動連續纖維向前進行送料，通過擠出腔體進料端口，進入擠出腔體內部。

優選的，所述剪斷裝置包括第一刀片、第二刀片，剪斷裝置與3D打印平臺的控制系統連接，在纖維堆積成型過程中，根據構件模型路徑與堆積方式的設計，從而實現對擠出腔體進料端口的連續纖維進行精確剪斷操作。