熱塑性復合材料高效增材制造裝置及成型方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種熱塑性復合材料高效增材制造裝置及成型方法，預熱方法包括第一預熱階段：將樹脂基體預熱至低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10

【技術實現步驟摘要】
熱塑性復合材料高效增材制造裝置及成型方法


[0001]本專利技術屬于連續纖維3D打印
，尤其是一種熱塑性復合材料高效增材制造裝置及成型方法。

技術介紹

[0002]3D打印是實現“增材制造”的主要形式，世界多個國家都把3D打印作為先進制造的重要內容。碳纖維復合材料在密度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域以及在高溫、高化學穩定性要求的場合都頗具優勢。傳統連續碳纖維成型制造包括編織、涂膠、鋪布、壓制等系列工藝流程，對模具的高精度要求和損耗，且在一定程度上受模型復雜性的限制，制約了碳纖維材料作用的充分發揮。3D打印具有一體成型、不受復雜限制的特點，用于連續碳纖維復合材料的成型制造，能夠發揮材料輕質高強、3D打印一體成型的優勢，對于制造具有復雜結構形狀的碳纖維零部件，具有廣闊的應用前景。
[0003]現有的纖維連續3D打印工藝中，經常先對樹脂基體進行預熱，對于低纖維含量的產品，樹脂基體預熱不夠充分，導致層間結合力差，力學性能較差。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種熱塑性復合材料高效增材制造裝置及成型方法，提高樹脂基體的預熱效果，提高打印制品層間的粘結力，改善打印制品的綜合力學性能。
[0005]本專利技術的目的是這樣實現的：熱塑性復合材料高效增材成型方法，包括
[0006]第一預熱階段：將樹脂基體預熱至低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10
?
30℃；
[0007]第二預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體玻璃化轉變溫度并低于樹脂基體的熔點溫度；
[0008]第三預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體熔點溫度20
?
50℃。
[0009]進一步地，樹脂基體為尼龍、ABS樹脂、聚乳酸、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮樹脂中的一種，纖維為連續碳纖維、連續芳綸纖維、連續陶瓷纖維、連續玻璃纖維、連續碳化硅纖維中的一種或多種。
[0010]熱塑性復合材料高效增材制造裝置，包括依次設置的第一預熱塊、第二預熱塊和第三預熱塊，所述第一預熱塊與第二預熱塊之間以及第二預熱塊與第三預熱塊之間均設置有隔熱層，所述第一預熱塊、第二預熱塊、第三預熱塊以及隔熱層的中心均設置有進料通孔。
[0011]進一步地，所述第一預熱塊、第二預熱塊和第三預熱塊的進料通孔均呈圓臺形，且在進料方向上，進料通孔的直徑逐漸減小。
[0012]進一步地，還包括加熱模塊，所述加熱模塊內部具有加熱腔，所述加熱腔的一端與進料通孔相連，另一端連接有噴嘴打印頭，所述噴嘴打印頭內設置有出料通道。
[0013]進一步地，所述加熱腔內設置有導向柱，所述導向柱具有導向通孔，所述導向通孔包括螺旋段和直線段，所述螺旋段的側壁設置有螺旋形的導向槽，且螺旋段的直徑大于直
線段的直徑，所述螺旋段與進料通孔相連，所述直線段與噴嘴打印頭的出料通道相連，所述出料通道的直徑小于直線段的直徑。
[0014]進一步地，所述導向柱的外壁通過螺紋與加熱模塊的內壁相連。
[0015]進一步地，所述加熱模塊與第三預熱塊之間也設置有隔熱層。
[0016]本專利技術的有益效果是：第一預熱階段，可以烘干打印絲表面的水分；第二預熱階段，使得樹脂基體充分玻璃化轉變，提高流動性；第三預熱階段，促使樹脂基體熔化，達到流動狀態，對纖維進行充分浸潤，同時具有良好的可塑性，改善打印可行性，對于FDM鋪設成型工藝，能夠提高打印制件層間的粘結力，降低孔隙率，進而改善打印制品的綜合力學性能。此外，由于樹脂基體流動性增加，打印速度也能夠得到提升。分三個階段對樹脂基體進行預熱，提高樹脂基體預熱的均勻性，防止出現外部與預熱裝置接觸的部分溫度高，而中心處樹脂基體的溫度過低的情況。
附圖說明
[0017]圖1是本專利技術預熱裝置的示意圖。
[0018]圖2是本專利技術打印裝置的示意圖。
[0019]圖3是噴嘴打印頭噴出口示意圖。
具體實施方式
[0020]下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。
[0021]本專利技術的熱塑性復合材料高效增材成型方法，包括
[0022]第一預熱階段：將樹脂基體預熱至低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10
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30℃。由于纖維吸附能力較強，容易吸附空氣中的水分，水分會影響制品的質量，因此，這個階段主要用于烘干纖維表面的水分，預熱溫度不宜過高，一般在設置為50
?
120℃之間，具體的溫度根據所采用的樹脂基體確定，一般低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10
?
30℃，以便于蒸發的水分可以從入口處排出。
[0023]第二預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體玻璃化轉變溫度并低于樹脂基體的熔點溫度。該階段使得樹脂基體充分玻璃化轉變，進行軟化，提高流動性，同時樹脂基體的結合更加緊密，孔隙變小，擠壓空氣使空氣逆向流動而排出，從而可以降低產品的孔隙率。
[0024]第三預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體熔點溫度20
?
50℃。該階段使得樹脂基體熔化，從固態轉變為液態，流動性進一步增加，液態的樹脂基體可以對連續纖維進行充分地浸漬，同時可塑化增加，改善打印可行性。對于FDM鋪設成型工藝，能夠提高打印制件層間的粘結力，降低孔隙率，進而改善打印制品的綜合力學性能。此外，由于樹脂基體流動性增加，可以提高進料速度，打印速度也能夠得到提升。
[0025]分三個階段對樹脂基體進行預熱，還可以提高樹脂基體預熱的均勻性，防止出現外部與預熱裝置接觸的部分溫度高，而中心處樹脂基體的溫度過低的情況。
[0026]經過預熱后，即可進行3D打印。
[0027]本專利技術的樹脂基體可以采用尼龍、ABS樹脂、聚乳酸、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮樹脂中的一種，而纖維為連續碳纖維、連續芳綸纖維、連續陶瓷纖維、連續玻璃纖維、連續碳
化硅纖維中的一種或多種。
[0028]本專利技術的預熱裝置如圖1所示，包括依次設置的第一預熱塊1、第二預熱塊3和第三預熱塊4，第一預熱塊1與第二預熱塊3之間以及第二預熱塊3與第三預熱塊4之間均設置有隔熱層2，第一預熱塊1、第二預熱塊3、第三預熱塊4以及隔熱層2的中心均設置有進料通孔。
[0029]第一預熱塊1、第二預熱塊3和第三預熱塊4均具有加熱的功能，用于對樹脂基體進行加熱。第一預熱塊1、第二預熱塊3和第三預熱塊4分別對應上述的第一預熱階段、第二預熱階段和第三預熱階段，第一預熱塊1的預熱溫度為低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10
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30℃，第二預熱階段的預熱溫度為高于樹脂基體玻璃化轉變溫度并低于樹脂基體的熔點溫度，第三預熱階段的預熱溫度為高于樹脂基體熔點溫度20
?
50℃。
[0030]隔熱層2起到隔熱的作用，可采用隔熱棉，使得第一預熱塊1、第二預熱塊3和第三預熱塊4為獨立的預熱塊，相互之間不會影響，從而準確控制三個階段的預熱溫度。
[0031]進料通孔用于供樹脂基體和纖維通過，第一預熱塊1、第二預熱塊3、第三預熱塊4本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.熱塑性復合材料高效增材成型方法，其特征在于，包括第一預熱階段：將樹脂基體預熱至低于樹脂基體玻璃化轉變溫度10
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30℃；第二預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體玻璃化轉變溫度并低于樹脂基體的熔點溫度；第三預熱階段：將樹脂基體預熱至高于樹脂基體熔點溫度20
?
50℃。2.如權利要求1所述的熱塑性復合材料高效增材成型方法，其特征在于，樹脂基體為尼龍、ABS樹脂、聚乳酸、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮樹脂中的一種，纖維為連續碳纖維、連續芳綸纖維、連續陶瓷纖維、連續玻璃纖維、連續碳化硅纖維中的一種或多種。3.用于權利要求1或2所述熱塑性復合材料高效增材成型方法的熱塑性復合材料高效增材制造裝置，其特征在于，包括依次設置的第一預熱塊(1)、第二預熱塊(3)和第三預熱塊(4)，所述第一預熱塊(1)與第二預熱塊(3)之間以及第二預熱塊(3)與第三預熱塊(4)之間均設置有隔熱層(2)，所述第一預熱塊(1)、第二預熱塊(3)、第三預熱塊(4)以及隔熱層(2)的中心均設置有進料通孔。4.如權利要求3所述的熱塑性復合材料高效...

【專利技術屬性】
技術研發人員：敬雪峰，張守玉，王孝軍，楊杰，
申請(專利權)人：南京特塑復合材料有限公司，
類型：發明
國別省市：