[发明专利]一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统

说明书

本发明属于连续碳纤维复合材料增材制造技术领域，公开了一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统。首先将连续碳纤维丝线固定在连续纤维辊筒架上，将连续碳纤维丝依次穿过制备系统各构件中，并将纤维丝线缠绕在纤维丝材收卷辊上固定；其次向预浸箱中加入预浸纤维所用的树脂预浸溶液，连续碳纤维丝线经过预浸箱预浸一层所需的预浸树脂溶液，经过烘干筒烘干硬化；最后在传动导轮的引导下经过纤维外包裹构件对纤维预浸丝进行树脂外包裹，在绕线电机的牵引下经过纤维丝径休整单元对所制备的连续碳纤维丝材的丝径进行休整，修整后的连续碳纤维丝材被纤维丝材收卷辊收卷。

技术领域

本发明属于连续碳纤维复合材料增材制造技术领域，涉及一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统。

背景技术

碳纤维因其具有高强度重量比和高模量以及耐腐蚀、耐高温、耐疲劳等一系列的优异性能，已迅速发展成为重要的增强体纤维材料。在3D打印碳纤维增强复合材料中，树脂基复合材料具有轻质高强及可设计性等优势，使其能够作为重要的承力部件，大大减轻产品的质量，降低成本，减少能耗，因而被广泛应用在航空航天、汽车以及军事工业等领域。

连续碳纤维增强热塑性3D打印树脂材料相较于传统的单一聚合物耗材打印的结构件在力学性能以及机械物理性能等方面均有明显的提升，现有的技术中打印连续碳纤维复合材料结构件还存在很多局限性，为改变这一打印结构件的局限性，其关键在于连续碳纤维丝材的制备问题。

发明内容

本发明提供了一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统，可以制备配套连续纤维3D打印机使用的连续碳纤维3D打印丝材。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统，包括连续碳纤维辊筒架、预浸箱、烘干筒、纤维外包裹单元、纤维丝径修整单元、冷却单元及纤维丝材自动绕线单元。所述连续碳纤维辊筒架前端通过铝合金型材搭建结构架并以螺纹紧固连续方式固接碳纤维预浸箱和烘干筒，外包裹单元通过螺纹固定在独立铝合金型材结构架上，丝径修整单元通过螺纹紧固的方式固接在外包裹单元下方，冷却单元独立固接在外包裹单元与自动绕线单元之间，自动绕线单元则固定连接在铝合金型材架最下方位置。

所述连续碳纤维辊筒架包括辊筒架本体、辊筒轴、辊筒紧固弹簧、辊筒紧固螺母及连续纤维引导环。辊筒架本体中间处穿入辊筒轴，辊筒轴外侧穿入辊筒紧固弹簧并在弹簧外侧拧入紧固螺母，连续纤维引导环固定连接在纤维辊筒架前端。

所述预浸箱及烘干筒部分，其中预浸箱包括预浸箱本体、纤维引导架Ⅰ、纤维引导架Ⅱ、预浸箱导轮支架及预浸箱纤维导轮；烘干筒包括烘干筒本体、烘干筒护架Ⅰ、烘干筒护架Ⅱ、纤维保护管、连续纤维引导轮。预浸箱本体固接在铝合金型材架之上，纤维引导架Ⅰ及纤维引导架Ⅱ固接在预浸箱前后两端，预浸箱导轮支架通过焊接的方式固定在预浸箱底端，预浸箱纤维导轮通过螺丝紧固方式分别固接在对应预浸箱导轮支架上；烘干筒护架Ⅰ和烘干筒护架Ⅱ通过螺纹紧固的方式固接在铝合金型材结构架上，纤维保护管穿入烘干筒中间，烘干筒本体通过卡扣方式固定在烘干筒护架Ⅰ和烘干筒护架Ⅱ之间。

所述纤维外包裹单元包括纤维外包裹结构件本体、纤维外包裹结构件保护外壳、纤维进丝喉管、树脂熔池、丝材外包裹螺纹挤出头、树脂进丝喉管、散热管Ⅰ、散热管Ⅱ、外包裹结构件加热孔、外包裹结构件测温孔、隔热板及垫板。纤维外包裹结构件本体为一体式结构件，在其中间部分开有锥形圆柱孔为树脂熔池，在其前、后表面分别开有外包裹结构件加热孔，在其前表面开有外包裹结构件测温孔，在其底部、上面及斜边均开有螺纹孔，分别固定连接外包裹结构件、丝材外包裹螺纹挤出头、纤维进丝喉管及树脂进丝喉管；散热管Ⅰ固接在树脂进丝喉管之上，散热管Ⅱ通过螺纹紧固的方式固接在纤维进丝喉管之上；垫板固接在铝合金型材架之上，隔热板、纤维外包裹结构件及纤维外包裹结构件保护外壳固接在垫板之上，其中隔热板在垫板与纤维外包裹结构件中间。