[发明专利]一种3D打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及连续纤维增强复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法。

背景技术

复合材料因其质轻、高比强度与比模量、耐腐蚀等优异性能，已经被广泛应用于各行各业，应用领域遍及建筑、交通、航空航天、电子、船舶、能源等各个领域，逐渐成为人类生活中所必不可少的材料。复合材料工业为人类提供优质材料的同时，因其高强性能及耐腐蚀性等特点，也使得复合材料的废弃物处理变得非常困难。随着复合材料工业的迅速发展，每年会新增大量的复合材料废弃物，废弃物的大量堆积不仅占据了工业、农业用地，而且对社会环境构成了威胁，成为阻碍复合材料进一步发展的瓶颈。目前，主流的复合材料废弃回收方法主要有热解法、破碎法、焚烧法三类方法，均无法很好地实现高性能复合材料的回收再利用。因此，研究和发展复合材料废弃物的综合利用技术，实现废弃物资源的循环再利用是非常有必要的。

连续纤维增强复合材料3D打印技术是一种新兴的复合材料加工工艺，它采用3D打印层层累加的原理将基体材料与连续纤维复合叠加成型复合材料零件，该工艺无需预先定制的模具以及预先处理过的纤维预浸带，降低成本与工艺复杂度，能精确地控制增强纤维的方向，得到具有定制性能的复合材料零件，可实现具有复杂结构的复合材料零件的快速制造，同时采用连续纤维能大大增加零件的力学性能。

然而，目前，对于3D打印连续纤维增强复合材料的回收再利用存在以下三个问题：

一、由于连续纤维增强复合材料3D打印工艺是新兴的复合材料加工工艺，针对它的回收再利用技术还没有得到发展与研究，这大大限制了该项工艺的发展，急需进一步开发该工艺的回收利用技术。

二、采用传统的热解法和燃烧法在回收过程中会产生大量的有害气体，会对环境造成二次污染。

三、采用传统的回收方法回收连续纤维增强复合材料3D打印零件不能保证连续纤维的连续性，同时会破坏连续纤维的一般物性，回收的纤维不能再次用于3D打印复合材料工艺，降低连续纤维的利用效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3D打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法，实现连续纤维的回收与复合材料再制造，使连续纤维的使用效率最大化，增大了制造效益，同时降低对环境的二次污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种3D打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法，包括下列步骤：

1)通过3D打印连续纤维增强复合材料回收装置回收复合材料预浸丝：

1.1)将回收复合材料工件通过工件夹具固定于工件平台的上表面，预热箱箱体内部保持一个恒定温度用来整体预热回收复合材料工件以加快回收时的融化速度，当回收复合材料工件的基体材料分别为PLA、ABS、PEEK时，预热箱的预热温度分别为150℃、200℃、300℃；

1.2)回收时，热风枪在运动机械臂的夹持下按照回收复合材料工件的3D打印路径的相反方向运动，热风枪的运动速度为100～200mm/min，运动过程中通过热风枪控制器控制热风枪吹出热风，当回收复合材料工件的基体材料分别为PLA、ABS、PEEK时，热风枪吹出的热风温度分别为300℃、350℃、500℃；当热风枪运动到某处时，此热风就会在该处形成一个小型的高温环境场，在高温环境场作用下，处于高温环境场内的复合材料段的高分子基体材料就会融化形成一小段熔融区，该熔融区的纤维被拉出；

1.3)拉力装置的主动轮以一定的速度转动带动从动轮转动为连续纤维提供拉力，在该拉力作用下，熔融区的纤维从热塑性基体抽离出来，随着热风枪的不断移动以及拉力装置的转动，连续纤维不断地从热塑性基体中抽离出来；

1.4)在抽离过程中连续纤维表面会黏附一些热塑性基体材料热塑性基体材料在成型口模的加热作用下重新熔融，熔融的热塑性基体材料在成型口模的小直径直线段与连续纤维重新复合，从成型口模中挤出形成回收复合材料预浸丝；

1.5)纤维丝盘为主动丝盘，按照一定的速度转动，随着纤维丝盘的转动，回收复合材料预浸丝被缠绕存储在纤维丝盘上；