[發明專利]一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法

在審

• 申請號: 202011465748.0
• 申請日: 2020-12-13
• 公開（公告）號: CN112757626A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 秦敬偉;邱金勇
• 申請（專利權）人: 華融普瑞（北京）科技有限公司
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/314;B33Y10/00;B33Y40/10
• 代理公司: 連云港聯創專利代理事務所(特殊普通合伙) 32330
• 代理人: 谷金穎

本發明公開了一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法，該3D打印成型方法包括以下步驟：將連續碳纖維長絲增強材料和熱塑性塑料長絲基礎材料分別卷繞在可旋轉線盤上；將兩種線盤放置于普通鼓風干燥箱進行烘干；將FDM打印系統的成型室、打印平臺以及擠出機的融化腔和噴嘴進行加熱；將連續碳纖維長絲增強材料和熱塑性塑料長絲基礎材料分別按照程序設定送至打印系統進行打印成型。該一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法，結合連續碳纖維增強聚合物復合材料打印的復雜形狀零部件，其具有出色的耐高溫和抗化學性能，能夠制造輕質高強的3D打印碳纖維復合材料零部件，為我國在在高性能復雜結構件的成型工藝方面提供一套具有參考意義的工藝技術。

技術領域

本發明涉及增材制造和熔絲成型(FDM)3D打印碳纖維復合材料技術領域，具體為一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法。

背景技術

碳纖維是一種含碳量在90％以上且具有高強度、高比模量、低密度、耐高溫、耐化學腐蝕、低電阻、高導熱、耐輻射以及優良阻尼減震降噪等性能的纖維材料；熱塑性樹脂具有良好的耐腐蝕性、斷裂韌性、耐損傷容限和抗沖擊性，且密度較低。以碳纖維為增強體，熱塑性樹脂為基體的碳纖維增強熱塑性復合材料具有輕質高強、減輕構件重量、提高構件效率、改善構件可靠性、延長構件壽命等特點，具有金屬材料無法比擬的優勢。目前這種高性能復合材料的傳統成型制備工藝的適用性廣泛，成熟度較高，但其生產成本高昂、效率不高。并且對于復雜結構和小批量定制化的產品制造難以勝任。然而，3D打印作為一種以物聯網為基礎的智能制造技術，采用3D打印可以快速研發和制造出任意形狀的構型，在空間立體模型的制作上具有得天獨厚的優勢，在定制化小批量生產方面更是具有巨大的的先天優勢。因此，通過發明一種連續碳纖維FDM 3D打印成型技術，結合連續碳纖維增強聚合物復合材料材料打印的復雜形狀零部件具有出色的耐高溫和抗化學性能，能夠制造輕質高強的3D打印碳纖維復合材料零部件。

我國在高性能復雜結構件的成型工藝方面的研究與發達國家相比還存在著不小的差距，特別是在航空航天、武器制造等高精尖領域，碳纖維復合材料結構件的制備技術還停留在傳統成型工藝上，這也是制約我國高性能碳纖維增強熱塑性復合材料發展的重要原因；

因此我們提出了一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種連續碳纖維FDM 3D打印成型方法，該3D打印成型方法包括以下步驟：

步驟一、將連續碳纖維長絲增強材料和熱塑性塑料長絲基礎材料分別卷繞在可旋轉線盤上；

步驟二、將兩種線盤放置于普通鼓風干燥箱進行烘干；

步驟三、將FDM打印系統的成型室，打印平臺以及擠出機的融化腔和噴嘴進行加熱；

步驟四、將烘干后的兩種線盤放入FDM打印系統的材料箱進一步進行干燥；

步驟五、將連續碳纖維長絲線頭和塑料長絲線頭分別插入纖維送料器和塑料送料器，通過送料器的兩個相向轉動的滾輪向下摩擦送料，如圖1；

步驟六、在擠出機垂直方向的上方纖維長絲入口安裝剪線器，用于剪斷連續碳纖維長絲；

步驟七、擠出機內部中心位置配備特殊規格的融化腔，用于裝盛熔融塑料；

步驟八、在擠出機融化腔安裝加熱塊，用于加熱整個融化腔和噴嘴；

步驟九、在擠出機融化腔安裝超聲振動器，用于攪拌融化腔內的熔融塑料；

步驟十、連續碳纖維長絲垂直方向向下通過擠出機的入口、通道、融化腔、通道、出口，再經過噴嘴送出；

步驟十一、塑料長絲通過擠出機的側壁上的通道進入融化腔，在融化腔中加熱融化包覆在連續碳纖維長絲的表面上，再經過噴嘴與連續碳纖維長絲一起送出，逐層打印，最終可以獲得熱塑性塑料包覆連續碳纖維長絲的復合材料3D打印零件。