连续纤维增强热固性树脂复合材料的3D打印系统及方法与流程

连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印系统及方法
技术领域
1.本发明属于连续纤维增强热固性树脂复合材料技术领域，具体涉及一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印系统及方法。


背景技术：

2.增材制造的成型技术包括熔融沉积成型技术、激光烧结/熔覆技术、立体光固化成型技术等，具有成型速度快，精度高，可快速完成复杂零件制造等一系列优点。目前，树脂材料，陶瓷材料，金属材料及连续纤维增强热塑性树脂复合材料的3d打印技术已经比较成熟，且研究较多；而连续纤维增强热固性树脂基复合材料的3d打印技术研究很少，且没有成熟的适用于连续纤维增强热固性树脂基复合材料的3d打印设备。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印系统及方法，对于大多数连续纤维增强热固性树脂的成型具有普遍的适用性，且具有较高的成型精度。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
5.连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印系统，包括热固性树脂的浸渍槽1，连续纤维7经过热固性树脂的浸渍槽1，经浸渍槽喷嘴2制备为预浸料，再依次通过和纤维主动送丝装置3和打印头4，将预浸料沉积在打印平台5上，通过热风枪6对预浸料进行加热固化，使其快速黏附在打印平台5上。
6.所述的浸渍槽喷嘴2的喷嘴直径为0.35～0.7mm，打印速度为100～250mm/min，打印间距为0.8～1.2mm，分层厚度为0.1～0.4mm；固化温度为200～300℃。
7.所述的连续纤维7为连续碳纤维、连续芳纶纤维或连续pbo纤维等。
8.所述的连续纤维7中，连续碳纤维的丝束为1k或3k，连续芳纶纤维号数为200d～500d，连续pbo纤维号数为200d～500d。
9.所述的热固性树脂为热固性酚醛树脂、环氧树脂e51或环氧树脂e44等。
10.一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
11.步骤1：连续纤维7依次通过热固性树脂的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
12.步骤2：将浸渍槽1温度设置为30℃～50℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
13.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.35～0.7mm，打印速度为100～250mm/min，打印间距为0.8～1.2mm，打印分层厚度为0.1～0.4mm；
14.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为200℃～300℃；
15.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为150～180℃，
固化3～4h。
16.本发明的有益效果为：
17.1.本发明基于较为成熟的fdm成型工艺，将浸渍过程与成型过程同步进行，提高了成型效率。
18.2.本发明采用打印过程与固化过程同步进行的方式，避免了后续固化过程中，因树脂熔融流动导致的结构变形及损坏。
19.3.本发明打印成型后的复合材料结构得到保持，通过后续的后固化过程，进一步提高复合材料的固化度和力学性能。
20.4.本发明通过调节热固性树脂浸渍槽的温度，可以使不同的热固性树脂均具有合适的浸渍温度；通过调节固化温度，也可以实现不同的热固性树脂的固化，适用于大多数连续纤维增强热固性树脂复合材料的制备。
附图说明
21.图1为本发明3d打印系统的示意图。
22.图2为本发明实施例1制备的连续碳纤维增强热固性酚醛树脂、实施例2制备的连续碳纤维增强热固性环氧树脂e
‑
51的示意图。
具体实施方式
23.下面结合实施例和附图对本发明做详细描述。
24.参照图1，连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印系统，包括热固性树脂的浸渍槽1，连续纤维7经过热固性树脂的浸渍槽1，经浸渍槽喷嘴2制备为预浸料，再依次通过纤维主动送丝装置3和打印头4，将预浸料沉积在打印平台5上，通过热风枪6对预浸料进行加热固化，使其快速黏附在打印平台6上；预浸料与打印平台5之间产生较大的黏附力，固定在打印平台5上，从而可以持续地对连续纤维7产生拉力，并不断沉积在打印平台5上；通过层层打印成型，实现连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印。
25.实施例1，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
26.步骤1：将丝束直径为1k连续碳纤维依次通过热固性酚醛树脂的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
27.步骤2：将浸渍槽1温度设置为30℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
28.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.35mm，打印速度为100mm/min，打印间距为0.8mm，打印分层厚度为0.1mm；
29.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为260℃；
30.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为180℃，固化3h。
31.实施例2，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
32.步骤1：将丝束直径为3k的连续碳纤维依次通过热固性环氧树脂e
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51的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
33.步骤2：将浸渍槽1温度设置为50℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
34.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.7mm，打印速度为150mm/min，打印间距为1.2mm，打印分层厚度为0.4mm；
35.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为200℃；
36.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为150℃，固化4h。
37.实施例3，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
38.步骤1：将200d的连续芳纶纤维依次通过热固性环氧树脂e
‑
44的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
39.步骤2：将浸渍槽1温度设置为40℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
40.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.40mm，打印速度为200mm/min，打印间距为0.9mm，打印分层厚度为0.1mm；
41.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为220℃；
42.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为160℃，固化4h。
43.实施例4，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
44.步骤1：将400d的连续芳纶纤维依次通过热固性环氧树脂e
‑
51的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
45.步骤2：将浸渍槽1温度设置为50℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
46.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.50mm，打印速度为150mm/min，打印间距为1.0mm，打印分层厚度为0.2mm；
47.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为200℃；
48.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为150℃，固化4h。
49.实施例5，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
50.步骤1：将d500的连续芳纶纤维依次通过热固性酚醛树脂的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
51.步骤2：将浸渍槽1温度设置为40℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
52.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.7mm，打印速度为150mm/min，打印间距为1.2mm，打印分层厚度为0.3mm；
53.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为300℃；
54.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为180℃，固化3h。
55.实施例6，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
56.步骤1：将200d的连续pbo纤维依次通过热固性酚醛树脂的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
57.步骤2：将浸渍槽1温度设置为30℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
58.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.40mm，打印速度为250mm/min，打印间距为0.8mm，打印分层厚度为0.1mm；
59.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为280℃；
60.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为180℃，固化3h。
61.实施例7，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
62.步骤1：将400d的连续pbo纤维依次通过热固性环氧树脂e
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51的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
63.步骤2：将浸渍槽1温度设置为50℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
64.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.5mm，打印速度为150mm/min，打印间距为1.0mm，打印分层厚度为0.2mm；
65.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为230℃；
66.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为150℃，固化4h。
67.实施例8，一种连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印方法，包括以下步骤：
68.步骤1：将500d的连续pbo纤维依次通过热固性环氧树脂e
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44的浸渍槽1、浸渍槽喷嘴2、纤维主动送丝装置3和打印头4；
69.步骤2：将浸渍槽1温度设置为50℃，并将预浸料始端固定在打印平台5；
70.步骤3：开始打印，打印头4按照模型运动轨迹开始运动，打印参数设置为：浸渍槽喷嘴2直径为0.7mm，打印速度为200mm/min，打印间距为1.2mm，打印分层厚度为0.3mm；
71.步骤4：采用热风枪6直接对经打印头4沉积在打印平台5上的预浸料进行加热固化，温度设置为240℃；
72.步骤5：将打印后的复合材料置于烘箱中进行后固化，后固化温度为160℃，固化4h。
73.参照图2，图2为实施例1制备的连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料和实施例2制备的连续碳纤维增强热固性环氧树脂e
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51复合材料，从图中可以看出，上述复合材料均具有较好的成型质量，纤维之间都由树脂紧密的粘结在一起，说明本发明方法可以实现连续纤维增强热固性树脂复合材料的3d打印成型。