[发明专利]一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法

说明书

本发明适用于夹层结构复合材料的技术领域，公开了一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法，利用3D打印技术制备夹层结构，可自由设计夹层的形状，不需要化学粘合、模压成型，且设计出的模型精度较高，通过3D打印成型的材料精度也较高，通过此方法制备的夹层结构材料精度较高，符合工业生产的要求，另一方面，通过加入高性能纤维增强材料的力学性能，进一步提高夹层结构的抗弯、抗冲击性能，使其能够接近甚至达到实心体的性能，实现轻质、高性能的效果，具有巨大的市场经济价值和广泛的应用前景。

【技术领域】

本发明涉及夹层结构复合材料的技术领域，特别涉及纤维与聚乳酸结合和的复合材料，以及夹层结构复合材料的快速成型方法。

【背景技术】

夹层结构复合材料的制备通常采用分段制造、化学剂粘结的方法。传统的成型方法存在工艺较复杂，需要特定模具，在夹层与面板的结合处结合较差的缺点，不能满足现代工业发展要求。

为了改善以上缺点，有必要提出一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法，利用3D打印快速成型方法，能够有效解决上述问题，提高材料的成型效率，成型精度，通过在聚乳酸基材中加入增强纤维，提高材料的力学性能，有巨大的发展前景。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法，其旨在利用3D打印快速成型技术，实现夹层结构的设计制造与纤维增强结合，充分体现了3D打印技术设计灵活，具有生产效率高的优势。

为实现上述目的，本发明提出了一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法，具体步骤如下：

S1、根据成型件的要求，设计夹层结构复合材料面板层和夹芯层的空间分布及几何尺寸；

S2、利用Rhinoceros软件根据设计好的空间分布及几何尺寸绘制三维模型，将该三维模型以STL文件格式导入3D打印软件Repetier-Host中，使用slic3r软件对三维模型进行分层处理，得到模型的层数及各层的打印路径；

S3、选取芳纶纤维作为增强纤维并对其进行一定的处理，选取1.75mm聚乳酸线材作为基体打印材料，根据增强纤维和聚乳酸基体的性质设计3D打印机的工艺参数及喷嘴的尺寸规格；

S4、聚乳酸线材通过喂入口到达喷嘴，芳纶纤维通过压辊到达喷嘴，两者在喷嘴处通过高温实现聚乳酸基体对芳纶纤维的包覆；

S5、打印开始前，先对3D打印机喷嘴的z轴高度进行调整，使其与打印平面的距离为1mm，通过挤出操作确定芳纶纤维与聚乳酸基体能够从喷嘴中正常挤出，对喷嘴口附近的打印残留物进行清理，保证打印过程中没有残留物滴露，设置打印的各类参数，待喷嘴温度加热到指定温度时，点击3D打印软件Repetier-Host的开始按钮，打印开始进行，按照slic3r软件设计的打印路径逐层打印累积，直至夹层结构复合材料产品成型。

作为优选，所述的S2中，利用Rhinoceros软件绘制三维模型时，选择大模型毫米模式，绘制的曲线是封闭的且不能有自交的情形，在平面上将模型设计好之后，使用以平面曲线建立曲线命令，将各线段组合成一个整体，使用挤出曲面工具将平面图形拉成立体，然后将三维模型导入3D打印软件Repetier-Host中。

作为优选，将三维模型导入3D打印软件Repetier-Host后，为保证在打印的过程不需要添加支撑结构以及保证打印的完整性和可实现性，对三维模型位置进行调整，沿X轴方向旋转90°。

作为优选，所述的S3中，对作为增强纤维的芳纶纤维的处理方法如下：

S3.1、先使用丙酮溶液清洗芳纶纤维10min，再用无水乙醇清洗表面，在80℃的烘箱中烘燥10min，完成对芳纶纤维表面的清洗；