[发明专利]基于连续纤维增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印方法

说明书

基于连续纤维增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印方法，涉及一种基于连续纤维增强树脂基预浸料的3D打印方法。解决了现有3D打印的预浸料存在树脂与纤维单位长度有效接触面积太小，粘接性能不佳、纤维排布不均匀、纤维含量不高、打印预浸料刚度较差的问题。本发明先制备连续纤维增强树脂基预浸料；将制备的预浸料和树脂线材分别置于3D打印机的预浸料原料筒和树脂原料筒；将预浸料线材与树脂线材分别送入3D打印挤出喷头中；控制加热棒预热，3D打印机按照目标空间桁架的3D打印轨迹生成G代码；驱动3D打印机执行G代码，在施加外界刺激的条件下，在打印基板上进行原料的堆积打印，完成基于纤维增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印。本发明适用于3D打印技术领域。

技术领域

本发明涉及一种基于连续纤维增强树脂基预浸料的3D打印方法。

背景技术

连续纤维增强树脂基复合材料具有其优异的比刚度和比强度，在航空航天等领域起着重要的作用。预浸料作为连续纤维增强树脂基复合材料制件的制造中间材料，被普遍应用于缠绕、自动铺放以及3D打印等工艺方法中，其中预浸料中纤维与树脂的浸润效果、纤维体积含量、纤维的排布方式等因素对预浸料的力学性能具有较大影响。

3D打印作为新兴的复合材料增材制造方式，其优异的制造灵活性与高效的制造效率相比于传统的复合材料制造方法展现出了巨大的潜力，但是专用于3D打印的连续纤维预浸料研究尚处于起步阶段，现今使用连续纤维预浸料的3D打印实验制件在性能测试实验中常展现出纤维与树脂脱粘、纤维断裂长度不齐等材料失效现象，同时难以实现空间立体结构的直接打印，这集中反映了打印预浸料的树脂与纤维单位长度有效接触面积太小，粘接性能不佳、纤维排布不均匀、预浸料纤维含量不高、打印预浸料刚度较差等问题，这大大限制了3D打印这一制造方法的发展。

发明内容

本发明目的是为了解决现有3D打印的预浸料存在树脂与纤维单位长度有效接触面积太小，粘接性能不佳、纤维排布不均匀、纤维含量不高、打印预浸料刚度较差的问题，提出了一种基于增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印方法。

本发明所述基于连续纤维增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、制备连续纤维增强树脂基预浸料；

步骤一一、将2n个纤维线材卷以树脂线材卷为中心等间隔呈圆周排列，以树脂线材卷为中心相对设置的维线材卷按照顺时针的顺序循环对调编织；其中n大于或等于2；

步骤一二、经步骤一一编织后的纤维线材和树脂线材经三维编织合纱器合成一路丝束；

步骤一三、采用牵引导向辊为丝束提供拉力，采用张力控制辊使丝束保持张紧状态进入改性溶液熔池，使丝束以0.1m/min的速度经过改性溶液熔池，获取树脂溶解在纤维内的丝束；

步骤一四、采用挤压辊对经过改性溶液熔池的丝束进行挤压，然后利用线圈加热器对挤压后的丝束加热，对丝束内的树脂进行加热软化；

步骤一五、采用挤压成型辊对加热软化后的丝束挤压成型，采用风力烘干箱对成型的丝束烘干，完成预浸料的制备；

步骤二、将步骤一制备的预浸料和树脂线材分别置于3D打印机的预浸料原料筒和树脂原料筒；将预浸料线材与树脂线材分别送入3D打印挤出喷头中；

步骤三、控制加热棒预热，3D打印机按照目标空间桁架的3D打印轨迹生成G代码；

步骤四、驱动3D打印机执行G代码，在施加外界刺激的条件下，在打印基板上进行原料的堆积打印，完成基于纤维增强树脂基预浸料的空间桁架3D打印。

进一步地，步骤一中所述制备连续纤维增强树脂基预浸料还包括：

步骤一六、采用收纱辊对烘干后的丝束收卷。