[发明专利]一种基于连续纤维表面改性的金属基复合材料3D打印方法

说明书

一种基于连续纤维表面改性的金属基复合材料3D打印方法，先将连续纤维表面镀上金属层得到镀层连续纤维，镀层连续纤维被从纤维丝盘中引出，进入助焊剂容器中附着上助焊剂，再进入口模中处理得到均匀附着助焊剂的连续纤维；从金属丝盘中牵引出金属丝，和均匀附着助焊剂的连续纤维一起送入连续纤维增强复合材料打印机中，助焊剂在3D打印机熔融腔中熔化，消除镀层连续纤维表面金属的氧化层，镀层连续纤维与液态金属基体相浸润，一起从喷嘴中挤出，在润湿力的作用下，液态金属基体均匀的附着在镀层连续纤维上并连续流出，然后通过层层叠加，形成零件；本发明提高了连续纤维增强金属基复合材料3D打印的可行性以及打印分辨率，提高了零件的力学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种基于连续纤维表面改性的金属基复合材料3D打印方法。

背景技术

连续纤维增强复合材料的3D打印方法一般是指，在特制的喷头内将复合材料的基体熔化，并与连续纤维进行充分混合，在三维运动机械系统的精密控制下，从喷嘴处挤出并沉积在底板或上一层复合材料上，层层累积形成具有复杂形状的纤维增强复合材料零件。该3D打印方法成本低、效率高，可以制造具有复杂形状的复合材料零件，调节纤维的密度和分布，对于传统复合材料零件的制造具有重大意义，已经逐渐成为研究的热点和未来3D打印的发展方向之一。

连续纤维增强金属基复合材料是一种具有高比强度、高比模量、高耐磨性、低热膨胀系数、低密度等性能，耐腐蚀、抗蠕变、抗疲劳的结构功能材料，被大量应用于航空、航天、汽车、电子等领域，然而传统的连续纤维增强金属基复合材料制备通常需要高温、高压以及气氛保护等条件，不仅使设备的成本高昂，还导致纤维和基体间发生的界面反应更严重，使纤维受到损伤，同时生成较脆的化合物，严重损害了复合材料的机械性能。

现阶段，连续纤维增强复合材料的3D使用的基体材料主要为热塑性树脂，如PLA、PA、PEEK、PEI等，连续纤维增强金属基复合材料由于其较大的表面张力，与纤维较差的润湿性，难以通过3D打印实现制造，其技术瓶颈如下：

1)金属熔液的表面张力通常有几百乃至上千达因/厘米，较大的表面张力使其与碳纤维、陶瓷纤维等常见纤维的润湿性较差甚至不发生润湿，最终导致打印过程中金属熔液不是均匀的附着在纤维表面，而是在内聚力作用下形成较大的液滴，无法打印出满足精度要求的零件。

2)在打印块的熔融腔内，由于纤维单丝之间孔隙的毛细管力不能克服液态金属的内聚力，金属熔液只能通过物理结合附着在纤维束的外表面，而难以进入到纤维单丝之间，不能形成良好的界面，导致纤维无法起到应有的增强作用，使金属基复合材料的物理性能受到严重影响。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种基于连续纤维表面改性的金属基复合材料3D打印方法，提高了连续纤维增强金属基复合材料3D打印的可行性以及打印分辨率，提高了零件的力学性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于连续纤维表面改性的金属基复合材料3D打印方法，包括以下步骤：

步骤一、将连续纤维表面均匀的镀上一层金属层得到镀层连续纤维1，并且使纤维单丝之间保持分离；

步骤二、将镀层连续纤维1被从纤维丝盘2中引出，通过第三橡胶轮3进入助焊剂容器4中，绕过第一橡胶轮5，附着上不均匀的助焊剂6，再进入口模7中，利用弹簧8调节第二橡胶轮9的压力，得到均匀附着助焊剂的连续纤维10；

步骤三、从金属丝盘12中牵引出金属丝11，和均匀附着助焊剂的连续纤维10一起送入连续纤维增强复合材料3D打印机13中；