[发明专利]网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法及装置

说明书

本发明涉及一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法及装置，属于增材制造领域。龙门式三轴滑台组件安装在铝型材框架上，打印喷头组件安装在龙门式三轴滑台组件的Z向滑块上，打印基板组件固定在铝型材框架上，手动位移台组件固定连接在铝型材框架的底部，维料台组件与手动位移台组件的悬臂梁连接、且位于打印喷头组件和打印基板组件之间。本发明优点是以纤维网络与高性能特种工程塑料作为原材料，借助打印装置完成构件成型，实现力学测试试件的增材制造，打印方便、可靠、快速，缩短研究周期，对于研发新的增材制造材料有很重要的作用。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种纤维增强特种工程塑料的增材制造方法及装置。

背景技术

在3D打印领域中，高性能特种工程塑料应发展要求和需要，逐渐成为主流材料，所谓的高性能特种工程塑料就是指一类综合性能较其他塑料材料而言更加优越的结构性聚合物材料，具有独特的分子结构，因此具有高强度、质量轻、耐热性好等特点。目前高性能特种工程塑料应用场景十分广泛，上至航空航天领域，下至汽车制造业，高性能特种工程塑料已经深入我们生活的各个领域。高性能特种工程塑料的某些性能堪比金属材料，但同时高性能特种工程塑料更轻，更具有某些优越性。

对于3D打印零件，为了增强其力学性能，主要手段有打印工艺参数优化、零部件结构优化以及三维打印材料研发。这其中，研发三维打印材料可以从根本上改善打印件的性能，但是相比于其他两种方式，这也是成本最高、难度最高的方法，但是也更有其研究意义。除了发现新的材料，还可以通过增加填充料来提高基体材料的性能，填充料可以是各种材料，比如：树脂、木屑、金属粉末、碳纤维、玻璃纤维、碳纳米管纤维等。比较常用的是采用纤维增强以提高基体的性能，纤维增强技术根据其成型方式分为同步式和异步式。

现有技术中，较为常用的是短纤维增强，但是可能造成纤维与树脂的接合不连续的现象，这大大降低了纤维增强的作用与效果，另外纤维增强后的树脂材料进行打印时容易造成喷头堵塞，导致打印成功率不高。

发明内容

本发明提供一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法及装置，通过这样的方式可以实现网格状的纤维增强，相比于单丝增强，纤维网络可以在各个方向上增强基体材料，更加有效地实现纤维增强效果。

本发明采用的技术方案是：

一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法，包括下列步骤：

(1)开始打印前，先准备好纤维料台，将纤维按照要求固定在纤维料台上，此时纤维呈网格状，被锁紧螺钉拧紧固定在纤维料台的纤维孔内；

(2)对打印基板进行调平，并将热床指定温度，保温一段时间，做好打印的准备；

(3)根据所需要打印的试件进行三维建模，按照标准建立试件的三维模型，使用切片软件将其进行分层，转换成STL格式的文件，再根据实验要求选择合适的打印参数，包括填充率、打印厚度、打印角度、打印速度、打印方向，获得打印代码；

(4)加热打印喷头到选择的特种工程塑料所需要的加工温度时，开始进丝，待喷嘴输出连续平稳的丝时，停止进丝；

(5)开始打印，打印第一层时不需要安装纤维料台，此时直接在打印基板上打印纯的特种工程塑料，当打印好切片软件所设定的第一层后，喷头推至初始位置；

(6)将准备好的纤维料台装在环形导轨上，转动纤维料台至需要的角度，由于二者依靠磁力连接，因此装配方便，安装好纤维料台后，控制手动式位移台204，将悬臂梁202上升一个打印厚度h的高度，悬臂梁带动纤维料台组件3也上升一个打印厚度h的高度；

(7)开始打印第二层树脂材料，此时第二层树脂的温度足够高，使得第一层树脂与之接触的地方部分熔融，两层之间的纤维便被牢固地固定在打印件其中；