[发明专利]一种连续纤维与短纤维共增强树脂的3D打印装置

说明书

一种连续纤维与短纤维共增强树脂的3D打印装置，包括放料架，放料架上的连续纤维经过第一牵引机构后进入连续纤维分散机构进行分散，分散后的连续纤维经过短纤维喷洒机构喷洒短纤维后进入铺放传送带上，铺放传送带上方设有热压滚轮，通过热压滚轮将树脂膜卷轴支架上的热塑性树脂膜热压在短纤维、连续纤维上，形成连续纤维与短纤维共增强树脂的浸渍片；浸渍片经过成丝模具在第二牵引机构牵引下成预浸丝，预浸丝经过3D打印机进行3D打印；本发明实现短纤维包裹连续纤维熔融浸渍后预浸丝的制备和打印，在连续纤维打印零件增强机械性能的基础上，进一步改善零件的层间性能，实现对零件机械性能和层间性能的增强。

技术领域

本发明涉及纤维增强热塑性树脂基的复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种连续纤维与短纤维共增强树脂的3D打印装置。

背景技术

热塑性树脂因可反复软化固化、韧性好、易储存、可重复利用、不污染环境等特性，适应当今材料环保的发展方向，广泛应用于3D打印领域。但单一树脂成型零件的力学性能较低，难以满足许多领域对高性能材料的需求，进而发展了纤维增强热塑性树脂基的复合材料打印技术。

纤维增强树脂基复合材料中的纤维在长度上可分为连续纤维、长纤维、短纤维三类，连续纤维的加入，使得在打印方向上纤维为主要承力材料，树脂为传递力的材料，极大的增强了材料的机械性能，但是会出现层间性能较差的问题。短纤维的加入对机械性能的提升不够明显，但是起到改变裂纹扩展韧性的效果，通过短纤维的拔出失效可以提高零件的韧性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种连续纤维与短纤维共增强树脂的3D打印装置，实现短纤维包裹连续纤维熔融浸渍后预浸丝的制备和打印，在连续纤维打印零件增强机械性能的基础上，进一步改善零件的层间性能，实现对零件机械性能和层间性能的增强。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种连续纤维与短纤维共增强树脂的3D打印装置，包括放料架1，放料架1上的连续纤维经过第一牵引机构8-1后进入连续纤维分散机构2进行分散，分散后的连续纤维经过短纤维喷洒机构3喷洒短纤维后进入铺放传送带4上，铺放传送带4上方设有热压滚轮6，通过热压滚轮6将树脂膜卷轴支架5上的热塑性树脂膜热压在短纤维、连续纤维上，形成连续纤维与短纤维共增强树脂的浸渍片；浸渍片经过成丝模具7在第二牵引机构8-2牵引下成预浸丝，预浸丝经过3D打印机9进行3D打印。

所述的连续纤维分散机构2的辊轮选用摩擦力小的材料，材料摩擦系数范围为0.17-0.22，并采用大的纤维包围角，纤维包围角的调整范围为90-150°；连续纤维分散机构2的上方设置风枪，风枪向下吹风，促使连续纤维纱线的分散；所述的辊轮上设有限宽挡板，限宽挡板的作用在于保持连续纤维间的间隙，以满足后续短纤维附着的要求。

所述的短纤维喷洒机构3包括料筒和喷洒板，料筒内设置有螺旋状的搅拌叶片3-1，料筒下方安装有喷洒头；将分散液与短切纤维放入料筒中，通过搅拌叶片3-1的搅拌作用，实现短纤维的充分分散；通过喷洒头将分散液和短纤维的混合液喷洒在喷洒板上的分散后的连续纤维上，短纤维附着在展开的连续纤维上方，多余的分散液从连续纤维的间隙渗透到喷洒板下方；所述的喷洒板的两端设有喷洒挡板以限制喷洒范围；所述的分散液为易挥发且不与短纤维发生反应的有机溶剂。

所述的短纤维长度根据增韧的需要，在1-5mm之间进行选择；所述的分散液中加入树脂基体制成的微米级小颗粒，在经过喷洒机构后树脂基体微米级小颗粒与短纤维一起附着在连续纤维的表面，随后在热压滚轮6的压力作用下，树脂基体微米级小颗粒熔融进入连续纤维纱线的内部，使得连续纤维纱线得到更加充分的浸润。

所述的铺放转送带4下方设置加热平板401，加热平板401使得残留的分散液完全挥发，并对连续纤维、短纤维进行预加热，有利于后续的浸渍；在完成浸渍后，加热平板401对浸渍片起到保温的作用，有利于进行后面的丝状成型。