[发明专利]一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法

说明书

本发明公开了一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法，该3D打印成型方法包括以下步骤：将连续碳纤维长丝增强材料和热塑性塑料长丝基础材料分别卷绕在可旋转线盘上；将两种线盘放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；将FDM打印系统的成型室、打印平台以及挤出机的融化腔和喷嘴进行加热；将连续碳纤维长丝增强材料和热塑性塑料长丝基础材料分别按照程序设定送至打印系统进行打印成型。该一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法，结合连续碳纤维增强聚合物复合材料打印的复杂形状零部件，其具有出色的耐高温和抗化学性能，能够制造轻质高强的3D打印碳纤维复合材料零部件，为我国在在高性能复杂结构件的成型工艺方面提供一套具有参考意义的工艺技术。

技术领域

本发明涉及增材制造和熔丝成型(FDM)3D打印碳纤维复合材料技术领域，具体为一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在90％以上且具有高强度、高比模量、低密度、耐高温、耐化学腐蚀、低电阻、高导热、耐辐射以及优良阻尼减震降噪等性能的纤维材料；热塑性树脂具有良好的耐腐蚀性、断裂韧性、耐损伤容限和抗冲击性，且密度较低。以碳纤维为增强体，热塑性树脂为基体的碳纤维增强热塑性复合材料具有轻质高强、减轻构件重量、提高构件效率、改善构件可靠性、延长构件寿命等特点，具有金属材料无法比拟的优势。目前这种高性能复合材料的传统成型制备工艺的适用性广泛，成熟度较高，但其生产成本高昂、效率不高。并且对于复杂结构和小批量定制化的产品制造难以胜任。然而，3D打印作为一种以物联网为基础的智能制造技术，采用3D打印可以快速研发和制造出任意形状的构型，在空间立体模型的制作上具有得天独厚的优势，在定制化小批量生产方面更是具有巨大的的先天优势。因此，通过发明一种连续碳纤维FDM 3D打印成型技术，结合连续碳纤维增强聚合物复合材料材料打印的复杂形状零部件具有出色的耐高温和抗化学性能，能够制造轻质高强的3D打印碳纤维复合材料零部件。

我国在高性能复杂结构件的成型工艺方面的研究与发达国家相比还存在着不小的差距，特别是在航空航天、武器制造等高精尖领域，碳纤维复合材料结构件的制备技术还停留在传统成型工艺上，这也是制约我国高性能碳纤维增强热塑性复合材料发展的重要原因；

因此我们提出了一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种连续碳纤维FDM 3D打印成型方法，该3D打印成型方法包括以下步骤：

步骤一、将连续碳纤维长丝增强材料和热塑性塑料长丝基础材料分别卷绕在可旋转线盘上；

步骤二、将两种线盘放置于普通鼓风干燥箱进行烘干；

步骤三、将FDM打印系统的成型室，打印平台以及挤出机的融化腔和喷嘴进行加热；

步骤四、将烘干后的两种线盘放入FDM打印系统的材料箱进一步进行干燥；

步骤五、将连续碳纤维长丝线头和塑料长丝线头分别插入纤维送料器和塑料送料器，通过送料器的两个相向转动的滚轮向下摩擦送料，如图1；

步骤六、在挤出机垂直方向的上方纤维长丝入口安装剪线器，用于剪断连续碳纤维长丝；

步骤七、挤出机内部中心位置配备特殊规格的融化腔，用于装盛熔融塑料；

步骤八、在挤出机融化腔安装加热块，用于加热整个融化腔和喷嘴；

步骤九、在挤出机融化腔安装超声振动器，用于搅拌融化腔内的熔融塑料；

步骤十、连续碳纤维长丝垂直方向向下通过挤出机的入口、通道、融化腔、通道、出口，再经过喷嘴送出；

步骤十一、塑料长丝通过挤出机的侧壁上的通道进入融化腔，在融化腔中加热融化包覆在连续碳纤维长丝的表面上，再经过喷嘴与连续碳纤维长丝一起送出，逐层打印，最终可以获得热塑性塑料包覆连续碳纤维长丝的复合材料3D打印零件。