[发明专利]一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法

说明书

一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：S1、准备打印原料，打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；S2、碳纤维布预处理；S3、准备打印浆料；S4、确定打印参数；S5、3D打印板材：根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；在打印有碳纤维布铺设的打印层面时，先铺设一层碳纤维布，再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触，然后通过3D打印设备的光源扫描进行打印，打印完成后去除多余的碳纤维布及打印浆料。该方法可实现碳纤维增强树脂基板材的快速制备，且所制备的板材具有优良的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

碳纤维是一种高模量纤维的新型纤维材料，被称为“新材料之王”。碳纤维“外柔内刚”，碳纤维密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍，具有纤维柔软可加工性和强抗拉力两大特性。近年来，作为增强材料的碳纤维，通过与各种树脂基体复合形成的碳纤维增强树脂基复合材料，其应用范围不断扩大。但传统减材加工方式对材料浪费严重，成本高昂、浪费严重、制造周期长。3D打印作为一种增材制造方式，无需原胚和模具的制造方法可以给行业带来新的设计灵活性，减少能源使用和缩短上市时间。

作为增强材料，长碳纤维增强复合材料虽然在性能上具有更多优势，但其制备工艺较为局限，在3D打印技术领域更是有较多的技术瓶颈。所以在碳纤维增强复合材料制备技术领域，短切碳纤维增强复合材料制备工艺简单、可操作性强。但是，在短切碳纤维增强复合材料中，碳纤维含量过少无法起到增强作用，含量过多容易出现分布不均匀、团聚等问题，也无法起到良好的增强效果，传统的短切碳纤维增强复合材料中短碳纤维排列是杂乱无章的，增强效果有限。现有技术对碳纤维增强树脂基板材作进行了一些研究，但普遍存在机械强度不高，制备工艺复杂，原料浪费等问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，该方法可实现碳纤维增强树脂基板材的快速制备，原料利用率高，节约制备成本且而可减少环境污染和原材料浪费，所制备的板材具有优良的综合性能。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：

S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％-25％、短切碳纤维10％-20％、光敏树脂55％-75％；

S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝7.8-8.5，密封反应容器并在170℃-220℃温度下加热10h-14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；

S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将17％～25％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％～25％氧杂环丁烷化合物、45％～55％环氧树脂、2％～4％阳离子型光聚合引发剂、3％～5％自由基型光聚合引发剂和1％～3％硅烷偶联剂混合均匀，并充分加热搅拌得到光敏树脂；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；

S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；碳纤维布铺设的层面即碳纤维布铺设在哪些打印层面，主要根据碳纤维布的含量根和打印层面厚度而定；

S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；