[发明专利]一种用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置及方法

说明书

本发明属于复合材料增材制造技术领域，公开了一种用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置及方法，用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置中振动平台上侧设置有界面处理装置和预浸装置，界面处理装置和预浸装置内部分别固定有纤维束分散装置；界面处理装置内部承载有表面处理液，预浸装置内部承载有熔融树脂；纤维供给装置上缠绕有未分散纤维束，未分散纤维束通过界面处理装置内部的纤维束分散装置形成分散后纤维；分散后纤维与预浸装置内部的纤维束分散装置连接，形成分散后纤维。本发明实现连续纤维复合材料的前期纤维表面处理和预浸渍增强工作，提高线材的精度和质量。

技术领域

本发明属于复合材料增材制造技术领域，尤其涉及一种用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置及方法。

背景技术

目前，增材制造技术是一种快速成型技术，因其具有精度高、成本低廉、效率高等优点，近几年得到迅猛发展。增材制造技术主要有熔融沉积快速成型(FDM)、光固化成型、选择性激光烧结。研究表明，相比于注塑试样，材料通过FDM打印后会降低强度、耐冲击性能等，而通过利用纤维作为复合材料增强体，配合FDM打印基体材料制作成纤维增强复合材料，使其具高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀等特性。FDM技术主要使用长细圆柱线材，通过打印头加热熔融并依据路径沉积而展开工作。为了提高线材的打印质量，使基体材料和纤维增强体更好的结合，急需解决连续纤维打印线材的前期处理及界面增强问题。市场上关于连续纤维复合材料线材的挤出装置主要有传统挤出机，其他改进挤出机。传统挤出机只能制作基体材料线材，无法添加增强连续纤维。其他改进挤出机解决了添加纤维的问题，但结构复杂，设备成本极高，纤维与基体的结合性差，浸润效果一般。所以亟需一种成本低廉、性能稳定的连续纤维复合材料线材制造装置，能够在打印前做好增强材料的表面处理和预浸渍工作，多步浸渍改善打印线材的界面强度，提高复合材料打印精度和质量。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有3D打印线材挤出机所挤出线材材料单一，绝大多数无法实现连续纤维增强线材的制造，少数非标设备虽能实现制造，但线材浸渍差，纤维分布不均匀，难以满足连续纤维复合材料增材制造精度和质量的需求。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有商用挤出机无法添加连续纤维，只能用于单一材料的线材制造；其次虽然部分非标设备能够实现连续纤维的添加，但无法实现纤维与基体的充分浸渍，造成纤维与基体界面差的问题，严重影响增材制造样件的质量和精度。

解决以上问题及缺陷的意义为：连续纤维的增材制造成功入选2020年全球工程前沿，连续纤维复合材料与增材制造的结合充分实现了对高性能零件的材料-结构一体化制造，能够彻底改变现有制造工艺周期长，成本高等问题。实现连续纤维线材的制造，提高打印线材的质量具有重大意义，对连续纤维增材制造工作提供了基础成型材料的支持，助力连续纤维增材制造实现大规模应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置及方法。本发明能够有效解决现有3D打印线材挤出机所挤出线材材料单一，难以满足连续纤维复合材料增材制造精度和质量的需求的问题，实现连续纤维复合材料的前期纤维表面处理和预浸渍增强工作，提高线材的精度和质量。

本发明是这样实现的，一种用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置，所述用于增材制造的复合材料线材浸渍增强装置设置有振动平台；

振动平台上侧设置有界面处理装置和预浸装置，界面处理装置和预浸装置内部分别固定有纤维束分散装置；

界面处理装置内部承载有表面处理液，预浸装置内部承载有熔融树脂；

纤维供给装置上缠绕有未分散纤维束，未分散纤维束通过界面处理装置内部的纤维束分散装置形成分散后纤维；

分散后纤维与预浸装置内部的纤维束分散装置连接，形成分散后纤维；

分散后纤维通过纤维基质材料混合挤出头，分散后纤维被熔融树脂混合包覆；