[發明專利]一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法

有效

• 申請號: 202110667202.1
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113386349B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 永遠;聶界平;陳伯仲;王一斐;馬洋
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B29C64/314;B29C64/386;B33Y10/00;B33Y40/10;B33Y50/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

1.一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、準備打印原料：所述打印原料包括打印漿料和碳纖維布，打印漿料包括光敏樹脂和短切碳纖維；所有打印原料的質量百分比為：碳纖維布15％-25％、短切碳纖維10％-20％、光敏樹脂55％-75％；

S2、碳纖維布預處理：將碳纖維布置入裝有硫脲溶液的反應容器中，然后邊攪拌邊向溶液中滴入酸堿調節劑，調節溶液的pH至pH＝7.8-8.5，密封反應容器并在170℃-220℃溫度下加熱10h-14h，自然冷卻后取出碳纖維布，洗滌并干燥備用；

S3、準備打印漿料：a、對短切碳纖維進行刻蝕處理；b、配制光敏樹脂：按照質量百分比將17％～25％三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％～25％氧雜環丁烷化合物、45％～55％環氧樹脂、2％～4％陽離子型光聚合引發劑、3％～5％自由基型光聚合引發劑和1％～3％硅烷偶聯劑混合均勻，并充分加熱攪拌得到光敏樹脂；c、按步驟S1的質量百分比將刻蝕處理后的短碳纖維和光敏樹脂混合，超聲分散并充分攪拌混合均勻得到打印漿料；

S4、確定打印參數：3D打印編輯軟件中對板材進行三維建模，對板材的三維模型進行分層處理并確定每個打印層面的二維切片數據，將二維切面數據和碳纖維布厚度導入3D打印設備，設定3D打印工藝參數，包括打印路徑、打印層面厚度、碳纖維布鋪設的層面和光照時間；

S5、3D打印板材：密封3D打印設備的工作區域并充入氬氣保護，根據步驟S4設定的3D打印工藝參數進行3D打印；

打印有碳纖維布鋪設的打印層面的具體操作是：先在完成打印的打印層面上鋪設一層碳纖維布；再在碳纖維布上填入一層打印漿料，并向成型基板施加超聲振動，使得打印漿料均勻鋪展在碳纖維布上并滲入碳纖維布的孔洞內，與上一層打印層面接觸；然后通過3D打印設備的光源按照預先設定打印路徑，選擇性地對填入的打印漿料進行掃描，光敏樹脂固化，完成板材坯件當前打印層面的打印；

板材坯件打印完成后，去除多余的碳纖維布及打印漿料，洗滌并烘干，即完成碳纖維增強樹脂基板材的制備。

2.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述打印漿料中短切碳纖維的直徑為3μm-15μm，長度為200μm-600μm。

3.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S3中步驟a對短切碳纖維進行刻蝕處理的具體操作是：將短切碳纖維分散在67％硝酸溶液，加熱至50℃-60℃反應2h-3h，然后過濾并洗滌干燥。

4.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S3中步驟b配制光敏樹脂的步驟中，所述充分加熱攪拌是指在45℃-60℃溫度下攪拌，直至攪拌至淡黃色透明液體。

5.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S3中步驟b配制光敏樹脂的配料環氧樹脂由質量比為10:7的脂環族環氧樹脂和雙酚A型環氧樹脂構成。

6.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S3中步驟b配制光敏樹脂的配料氧雜環丁烷化合物為3,3-﹝氧基雙亞甲基﹞-雙﹝3-乙基﹞氧雜環丁烷。

7.根據權利要求1、4、5或6任一所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S5中3D打印設備的光源為紫外激光光源。

8.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步驟S4中設定的3D打印工藝參數還包括各打印層面中短切碳纖維的排布方向；在步驟S5打印過程中，每次填入的打印漿料比該打印層面需要的打印漿料厚，填入一層打印漿料后，采用刮板沿著設定的當前打印層面中短切碳纖維的排布方向從一側勻速刮至另一側，在刮掉多余打印漿料的同時，短切碳纖維因剪切誘導性沿其受到刮板的剪切力方向排布。