[发明专利]一种连续纤维3D打印装置及方法

说明书

本发明提供一种连续纤维3D打印装置和方法，包括纤维辊、浸胶部以及打印部，所述的浸胶部具有一注有树脂溶液的壳体，壳体内部依次设置有张紧辊、浸胶对开辊以及牵引辊，所述的张紧辊置于树脂溶液液面以上，用于在摩擦力的作用下为“干”纤维提供部分预紧力，所述的浸胶对开辊置于树脂液面以下并与所述的张紧辊呈夹角设置，所述的牵引辊置于树脂液面以上，用以提供牵引力；其中，所述的“干”纤维经纤维辊进入浸胶部，依次经所述的张紧辊、浸胶对开辊和牵引辊完成浸胶，之后经打印部进行打印。本发明得到的制件强度较现有树脂的3D打印提高4倍以上，为高性能打印部件用于航天航空领域打下了基础。

技术领域

本发明涉及一种连续纤维3D打印装置及方法，属于复合材料制造技术领域。

背景技术

3D打印技术又被称为增材制造，其是根据预先设计的立体模型，通过打印设备逐层添加材料制造三维物体的技术。该技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其中，热塑性树脂的打印技术是主要的组成部分，已经在汽车、医药、食品等领域开发应用，已经成为国内外同行追捧的热点方向之一。

现阶段，热塑性树脂打印技术仍以纯树脂或添加增强颗粒的热塑性树脂打印为主，材料的韧性高、模量低、强度低，不能满足航天航空领域的制件要求。为了能够提高材料的力学承载，国内外研究机构研发出熔融打印连续纤维的制件；不过该工艺过程中，高粘度的树脂难以完全浸透“干”纤维，影响产品的内部质量和外观质量；同时，部分易氧化、易降解的树脂也不适应熔融法打印的方法。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为解决上述问题，本发明提供一种连续纤维3D打印装置及方法，采用本发明的装置和方法得到的制件强度较纯树脂的3D打印所得提高4倍以上，且还直接降低了技术难度和成本。

本发明的技术解决方案：

一方面，本发明提供一种连续纤维3D打印装置，包括：

纤维辊、浸胶部以及打印部，所述的浸胶部具有一注有树脂溶液的壳体，壳体内部依次设置有张紧辊、浸胶对开辊以及牵引辊，所述的张紧辊置于树脂溶液液面以上，用于在摩擦力的作用下为“干”纤维提供部分预紧力，所述的浸胶对开辊置于树脂液面以下并与所述的张紧辊呈夹角设置，所述的牵引辊置于树脂液面以上，用以提供牵引力；其中，所述的“干”纤维经纤维辊进入浸胶部，依次经所述的张紧辊、浸胶对开辊和牵引辊完成浸胶，之后经打印部进行打印。

进一步的，所述的树脂溶液优选为溶剂型热塑性树脂溶液；

进一步的，所述的树脂溶液的粘度优选不高于1Pa·s；

进一步的，所述的张紧辊为一可以沿着中心轴转动的金属辊；

进一步的，所述的浸胶对开辊由两个可以沿着中心轴转动的金属辊组成；

进一步的，所述的牵引辊是由两个相向旋转的金属辊组成；

进一步的，所述的打印部包括喷丝头和平台，其中，所述的喷丝头置于一可移动部件上，使得喷丝头可进行移动；浸胶后的纤维经喷丝头后在所述的平台上进行沉积；

进一步的，所述的打印部还包括一热气流供给部，所述热气流供给部设置在所述的可移动部上，用以为浸胶后的纤维出喷丝头后提供热源；

进一步的，所述的平台和热气流供给部均可进行温度控制，且最高温度均不超过80℃；