[發明專利]一種連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬系統及方法

有效

• 申請號: 202110020832.X
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112847925B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 鄒東升;張永毅;翟建峰;朱軍;段滿玉;李暢東;牛宇濤
• 申請（專利權）人: 江西省納米技術研究院
• 主分類號: B29B15/14
• 分類號: B29B15/14
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬方法，其特征在于包括：

將連續的干纖維束從放料架上引出，再使連續干纖維束在保持繃直的狀態下從擠出浸漬裝置的擠出模頭中通過，并將樹脂以所述擠出浸漬裝置擠出，使熔融的樹脂均勻包覆所述連續纖維束，獲得預浸漬連續纖維束；其中，施加在所述連續干纖維束上的張力為5-200N，所述擠出浸漬裝置的擠出機溫度為RT～500 ℃；

對所述預浸漬連續纖維束在壓力為1～20 MPa，溫度為RT～800 ℃下進行壓延展絲處理，使熔融的樹脂均勻分散到纖維束內部，獲得連續纖維浸漬帶；

采用具有喇叭口結構的熱熔集束裝置對所述連續纖維浸漬帶進行熱熔集束處理，所述熱熔集束處理的溫度為RT～800 ℃，且所述熱熔集束裝置的集束裝置纖維出、入口間的長度為1～500mm，所述熱熔集束裝置的集束裝置纖維出口為圓形，集束裝置纖維入口直徑為1～10mm，集束裝置纖維出口直徑為0.3～6 mm；

在完成所述熱熔集束處理后，對所獲得復合纖維束進行冷卻、收卷處理；其中，所述收卷處理采用的收卷線速度為1-30 m/min；并采用冷卻裝置進行所述的冷卻處理，調溫范圍為0～80℃。

2.根據權利要求1所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬方法，其特征在于：所述放料架包括張力輥，用以使所述干纖維束在放料架與擠出浸漬裝置之間保持繃直。

3. 根據權利要求1或2所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬方法，其特征在于：所述擠出浸漬裝置為螺桿擠出機，其中螺桿轉速為1-300 rad/min。

4.根據權利要求1所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬方法，其特征在于：所述干纖維束包括無機和/或有機纖維，其中，所述干纖維選用碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的任意一種或多種的組合，且所述干纖維束的絲束大小為1～24K。

5.根據權利要求1所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬方法，其特征在于：所述樹脂采用熱塑性樹脂，并選用PEEK、PEKK、PA6、PA66、PA12、PP、PC、PLA、ABS、PE、PPS、PI、PMMA、PVC、POM、PET中的一種或多種的組合。

6.一種連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬系統，其特征在于包括放料架、擠出浸漬裝置、壓延裝置、熱熔集束裝置、冷卻裝置和收卷裝置，連續干纖維束被從放料架上引出后依次通過擠出浸漬裝置、壓延裝置、熱熔集束裝置、冷卻裝置，再被收卷裝置收卷；

其中，所述擠出浸漬裝置能夠將樹脂擠出，并使熔融的樹脂均勻包覆從所述擠出浸漬裝置的擠出模頭中通過的干連續纖維束，獲得預浸漬連續纖維束；

所述壓延裝置至少用于對所述預浸漬連續纖維束進行壓延展絲處理，使熔融的樹脂均勻分散到纖維束內部，獲得連續纖維浸漬帶；

所述熱熔集束裝置至少用于對所述連續纖維浸漬帶進行熱熔集束處理，獲得復合線狀纖維束，且所述熱熔集束裝置的集束裝置纖維入口直徑為1～10mm，集束裝置纖維出口直徑為0.3～6 mm，其中，所述熱熔集束裝置的集束裝置纖維出口為圓形，所述熱熔集束裝置具有喇叭口結構，且所述熱熔集束裝置的集束裝置纖維出、入口間的長度為1～500mm；

所述冷卻裝置至少用于對所述復合線狀纖維束進行冷卻處理。

7.根據權利要求6所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬系統，其特征在于：所述放料架包括張力輥，用以使所述干纖維束在放料架與擠出浸漬裝置之間保持繃直。

8.根據權利要求6所述的連續纖維增強3D打印復合材料熔融浸漬系統，其特征在于：所述擠出浸漬裝置包括螺桿擠出機構，所述螺桿擠出機構內腔與料斗連通，所述料斗用于容置干燥的樹脂，且所述螺桿擠出機構采用單螺桿擠出機，螺桿直徑20～40mm，長徑比為20～40。