[發(fā)明專利]連續(xù)纖維增強高性能樹脂復合材料原位增材制造設備

有效

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• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113619106B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 傅建中;牛成成;欒叢叢;沈洪垚;姚鑫驊;徐冠華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B29C64/209;B29C64/241;B29C64/236;B29C64/20;B33Y30/00;B33Y70/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

一種連續(xù)纖維增強高性能樹脂復合材料原位增材制造設備，包括支撐架、打印頭和打印熱床；支撐架包括上支撐板以及與上支撐板通過三個支撐立柱固定的下支撐板，每個支撐立柱上均設有可沿支撐立柱上下滑動的滑塊，滑塊上鉸接有支撐桿；打印熱床固定在下支撐板上；打印頭包括：上連接板、與上連接板通過固定柱連接的下連接板、設置在上連接板和下連接板之間的四個樹脂料盤和一個纖維料盤、與上連接板上端面固定的旋轉(zhuǎn)機構、與下連接板下端面固定的噴嘴；噴嘴的進料端設有分別與四個樹脂料盤和一個纖維料盤對應的五個進料口；旋轉(zhuǎn)機構分別與三根支撐桿的一端鉸接。利用本發(fā)明，可以實現(xiàn)多種樹脂材料和連續(xù)碳纖維的原位浸漬擠出。

技術領域

本發(fā)明屬于連續(xù)碳纖維增強樹脂技術領域，尤其是涉及一種連續(xù)纖維增強高性能樹脂復合材料原位增材制造設備。

背景技術

碳纖維具有高比強度、高比模量，耐高溫和導電性能好等優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應用于航空航天，風機葉片，高鐵車頭，汽車引擎蓋和自行車框架等領域。碳纖維一般以碳纖維復合材料的形式使用，目前碳纖維復合材料的主要以連續(xù)碳纖維增強樹脂為主，其具有較好的強度和成型加工性。

目前碳纖維增強樹脂成型技術主要集中分類連續(xù)碳纖維增強樹脂和短碳纖維增強樹脂，其中連續(xù)碳纖維增強樹脂性能更優(yōu)，但目前連續(xù)碳纖維增強樹脂主要以單種樹脂和碳纖維復合，較少可以多種樹脂和碳纖維同時進行浸漬加工成型。

如公開號為CN111791515A的中國專利文獻公開了一種大絲束長碳纖維熱塑性復合材料及其制備方法，大絲束碳纖維受到上壓輥和下支撐輥的牽引，從入模口進入模具，同時從出模口離開模具，樹脂熔體從模腔上部進入模具，在重力作用下自上而下浸沒大絲束碳纖維，二者可以充分接觸，實現(xiàn)熱塑性樹脂熔體與大絲束碳纖維良好浸漬。

公開號為CN105348768A的中國專利文獻公開了一種碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法，首先將碳纖維表面上漿劑的去除，再進行鍍金屬處理，水洗、表面熱處理后以開纖狀態(tài)導入到含有熔融熱塑性樹脂的浸漬模頭中，使熱塑性樹脂熔融包覆在碳纖維表面，再經(jīng)過冷卻、切粒后，制成碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料。

上述現(xiàn)有的連續(xù)碳纖維增強樹脂均采用單種樹脂和碳纖維復合，因此，亟需設計可以將多種樹脂和碳纖維同時進行浸漬加工成型的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種連續(xù)纖維增強高性能樹脂復合材料原位增材制造設備，通過對噴嘴及其支撐旋轉(zhuǎn)機構的再設計，實現(xiàn)多種樹脂材料和連續(xù)碳纖維的原位浸漬擠出。

一種連續(xù)纖維增強高性能樹脂復合材料原位增材制造設備，包括支撐架、打印頭和打印熱床；

所述的支撐架包括上支撐板以及與上支撐板通過三個支撐立柱固定的下支撐板，每個支撐立柱上均設有可沿支撐立柱上下滑動的滑塊，所述的滑塊上鉸接有支撐桿；所述的打印熱床固定在下支撐板上；

所述的打印頭包括：上連接板、與上連接板通過固定柱連接的下連接板、設置在上連接板和下連接板之間的四個樹脂料盤和一個纖維料盤、與上連接板上端面固定的旋轉(zhuǎn)機構、與下連接板下端面固定的噴嘴；所述噴嘴的進料端設有分別與四個樹脂料盤和一個纖維料盤對應的五個進料口；所述的旋轉(zhuǎn)機構分別與三根支撐桿的一端鉸接。

進一步地，每個支撐立柱均包括兩根平行布置的光桿和一根由絲桿電機驅(qū)動的絲桿，所述的滑塊套設在光桿和絲桿上，通過絲桿電機驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)來帶動滑塊沿著光桿上下滑動。

進一步地，所述噴嘴的進料端設有一個纖維進料口和四個樹脂進料口；其中，纖維進料口位于中心，四個樹脂進料口均勻布置在纖維進料口的四周，與纖維進料口的間距為15～25mm；

噴嘴在纖維進料口和樹脂進料口之間的位置設有加熱模塊和溫控模塊；

所述噴嘴的出料端設有一個纖維出料口和四個樹脂出料口，四個樹脂出料口均勻布置在纖維出料口的四周，與纖維出料口的間距為0.2～2.5mm。