[发明专利]一种制备3D打印耗材的浸胶装置及方法

说明书

本发明提出一种制备3D打印耗材的浸胶装置及方法，所述浸胶装置包括至少两个高压浸胶辊，所述高压浸胶辊的展纱部位设置有熔体喷孔，在纤维在最大程度展开时，用高压熔体浸渍，从而达到充分的预浸的目的，后续采用多种导向辊、定型辊，实现线材的生产。本发明实现了纤维的高效浸胶，为高品质线材的制备提供空间。

技术领域

本发明涉及一种制备3D打印耗材的浸胶装置及方法，属于复合材料制造领域。

背景技术

连续纤维增强3D打印线材是以热塑性树脂为基体，通过各种预浸手段浸润连续纤维后成型的一种无长度限制且直径均匀的线材，一般直径为1.75mm至3mm。它是采用打印技术成型高性能部件的必备原材料，在航天航空、船舶等军事领域有广阔的应用前景。

现阶段，线材的制备方法中，熔融法是通常采用的方法，也是成型高质量线材的首选方法，通常采用多辊系的张力展纱、无压式或低压式浸胶系统、后续再次热辊加压等形式。由于浸胶系统压力过低，对于一些特殊的热塑性树脂而言，依靠低压或无压浸润，例如直接在熔池中浸胶或通过注胶在熔池内浸胶，上述方式要么浸胶基本无压力，要么因为熔池空间问题导致注胶时施加给纤维的压力也很低，上述不能将粘滞的树脂克服束间和束内的作用力，完全浸透纤维，使得纤维浸润困难，丝束内部常有干纱，同时热塑性树脂具有较高的成型温度和熔融粘度，需要较长的制造流水线，占用的面积大。因此，如何实现热塑性熔体保持合适的流变性，使高粘度的热塑性树脂均匀的浸润连续碳纤维束，以及实现线材的低成本制造是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提出一种制备3D打印耗材的浸胶装置和方法。

本发明的技术解决方案：

一方面，本发明提供一种制备3D打印耗材的浸胶装置，包括具有保温层的封闭外壳，以及依次设置在壳体内部的纤维预热口模、导向辊、高温浸胶组件、若干宽度控制辊、各级定型口模和终口模，其中，所述高温浸胶辊组件由至少两个高压浸胶辊组成，且至少两个高压浸胶辊中，前后高压浸胶辊对纤维纱束两面进行分别浸润；其中，所述高压浸胶辊为一空心圆柱，所述空心圆柱面上设置有熔体喷孔，所述熔体喷孔垂直于圆柱体的轴向呈若干列分布，其分布宽度由纤维纱束展纱的宽度决定，使得展开后的纤维纱束均能被浸润；所述空心圆柱还与挤出装置相连，通过所述挤出装置向空心圆柱内灌注树脂熔体。

进一步的，每列的熔体喷孔呈均匀分布，且列长不小于圆柱截面周长的1/2，每列分布程度随着纤维展开程度大小而定，即纤维展开程度越大的部分，熔体喷孔分布的越密集，反之则稀疏；

进一步的，所述若干列熔体喷孔中，各列之间的宽度可根据纤维展开程度进行调整；

进一步的，所述熔体喷孔的直径R满足2mm≥R≥1mm，优选R为1mm。

进一步的，所述纤维纱束展纱的宽度可在展纱之前确定，且可通过施加给纤维纱束的张力来调整其展纱位置；

进一步的，所述高压浸胶辊在浸胶装置中是固定不动的；

优选的，所述高压浸胶辊两端还设置有圆盘边沿，防止树脂熔体往高压浸胶辊两端流动；

优选的，所述高温浸胶组件还包括若干挤压辊，所述挤压辊为活动辊，且与高压浸胶辊紧密贴合，两者间隙可调，用于挤压浸润后的纤维，使所述纤维纱束的一面经高压浸胶辊浸润后以及另一面经另一高压浸胶辊浸润后均能受到上述挤压力，这样做的目的在于：使这种单面交错浸润纤维能够浸润更加均匀。

进一步的，所述高压浸胶辊组件和宽度控制辊之间还可包含若干导向辊。

进一步的，所述浸胶装置还包括分段的树脂回收槽，且至少分为三个部分，具体为：第一部分是在高压浸胶辊组件下方，该部分是树脂流出较多的地方，要定时收集；第二部分是在宽度控制辊下方；第三部分是在定型口模下方；