[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

一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，包括以下步驟：S1、準備打印原料，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；S2、碳纖維布預處理；S3、準備打印漿料；S4、確定打印參數；S5、3D打印板材：根據步驟S4設定的3D打印工藝參數進行3D打印；在打印有碳纖維布鋪設的打印層面時，先鋪設一層碳纖維布，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打印設備的光源掃描進行打印，打印完成后去除多余的碳纖維布及打印漿料。該方法可實現碳纖維增強樹脂基板材的快速制備，且所制備的板材具有優良的綜合性能。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

碳纖維是一種高模量纖維的新型纖維材料，被稱為“新材料之王”。碳纖維“外柔內剛”，碳纖維密度不到鋼的1/4、強度是鋼的5-7倍，具有纖維柔軟可加工性和強抗拉力兩大特性。近年來，作為增強材料的碳纖維，通過與各種樹脂基體復合形成的碳纖維增強樹脂基復合材料，其應用范圍不斷擴大。但傳統減材加工方式對材料浪費嚴重，成本高昂、浪費嚴重、制造周期長。3D打印作為一種增材制造方式，無需原胚和模具的制造方法可以給行業帶來新的設計靈活性，減少能源使用和縮短上市時間。

作為增強材料，長碳纖維增強復合材料雖然在性能上具有更多優勢，但其制備工藝較為局限，在3D打印技術領域更是有較多的技術瓶頸。所以在碳纖維增強復合材料制備技術領域，短切碳纖維增強復合材料制備工藝簡單、可操作性強。但是，在短切碳纖維增強復合材料中，碳纖維含量過少無法起到增強作用，含量過多容易出現分布不均勻、團聚等問題，也無法起到良好的增強效果，傳統的短切碳纖維增強復合材料中短碳纖維排列是雜亂無章的，增強效果有限。現有技術對碳纖維增強樹脂基板材作進行了一些研究，但普遍存在機械強度不高，制備工藝復雜，原料浪費等問題。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，該方法可實現碳纖維增強樹脂基板材的快速制備，原料利用率高，節約制備成本且而可減少環境污染和原材料浪費，所制備的板材具有優良的綜合性能。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種碳纖維增強樹脂基板材的3D打印方法，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；

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切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；碳纖維布鋪設的層面即碳纖維布鋪設在哪些打印層面，主要根據碳纖維布的含量根和打印層面厚度而定；

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；