[实用新型]一种纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印装置

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及新型热固性复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印装置。

背景技术

复合材料构件具有高比模量、高比强度、耐疲劳、耐腐蚀、减震性好、可设计性能等诸多优势，在替代金属、节能减排以及特殊用材等多个方面发挥着独特的作用。

复合材料传统的成型工艺非常多，例如手动铺放成型、树脂传递模塑成型、纤维缠绕成型等，各工艺方法成型复合材料构件的精度，尺寸，结构强度等要求或性能参差不齐，难以均衡。

3D打印技术是一种以数字模型为基础，通过运用金属粉末或塑料的线性丝材等可粘合的材料，以逐层打印或逐层选择性粘结的方式，来构造实体的快速增材制造技术。近年来，国内外相继成功研究出纤维增强热塑性树脂基复合材料的3D打印方法及装置，但是由于热塑性树脂基体的性能较差，成型构件的刚度，拉伸强度，压缩强度，层间剪切强度等均无法满足汽车、航空航天的领域大型高强度复合材料构件的要求。环氧树脂是一种耐腐蚀、绝缘性能和粘接性能良好的热固性高分子材料，但是由于其固化后，物质脆，抗冲击性、抗开裂性比较低，限制了其进一步的应用与发展。以环氧树脂作为基体材料制成的纤维增强热固性树脂基复合材料，综合了两者优点，弥补各自缺陷，较纤维增强热塑性树脂基体复合材料的性能得到大幅提升。

复合材料传统的固化技术多采用热固化的方法，而热固化的方法需要高温高压的密闭环境，周期长，热压罐的形状尺寸又限制了成型构件的形状尺寸，故针对大型复合材料构件的固化极其困难，成本极高。近年来，出现了一种新兴的辐照固化技术——电子束固化技术。电子束固化技术是指以电子加速器加速产生的高能电子束作为辐射源，通过诱导特殊的液体低聚物发生聚合交联反应，从而实现快速固化的技术，是一种新型非加热非加压的快速固化技术。低能电子束固化技术是指电子束能量低于300KeV的电子束固化技术。低能量虽然仅仅能够穿透固化几百乃至几十微米的复合材料厚度，但是它设备简单、辐射量小，屏蔽容易，操作便捷等诸多优势。

复合材料传统的成型工艺中存在自动化程度较低、精度差、尺寸形状限制、结构强度等性能无法满足要求等问题，复合材料传统的固化技术中又存在需要高温高压的密闭环境，周期长，热压罐的形状尺寸限制，成本高等问题，综合以上内容，无法实现对连续性长纤维增强热固性树脂基复合材料的3D打印。

实用新型内容

为解决现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印装置，使纤维干丝边输送，边预浸，边打印，边低能电子束辐照固化，实现纤维增强热固性树脂基复合材料构件的快速制备。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印装置，包括放卷装置、输送装置、树脂槽、热熔预浸混合腔、低能电子束发射器和打印平台，其中，树脂槽内装有热固性树脂，热熔预浸混合腔上设置有打印喷嘴，输送装置设置在放卷装置与热熔预浸混合腔之间，树脂槽与热熔预浸混合腔相连通；纤维干丝料卷置于放卷装置上，通过输送装置驱动，将纤维干丝束输送进入热熔预浸混合腔中，纤维干丝被热固性树脂预浸后由打印喷嘴输出，铺设于打印平台或已打印的纤维层面上，再经过随动低能电子束发射器辐照固化，完成打印。

本实用新型进一步的改进在于，热熔预浸混合腔与竖直方向呈30°～60°设置。

本实用新型进一步的改进在于，输送装置包括两个相同的用于夹持纤维干丝束的输送机构。

本实用新型进一步的改进在于，该装置还包括设置在两个输送机构之间的张力控制装置。

本实用新型进一步的改进在于，热熔预浸混合腔下部出口处通过螺纹连接件连接打印喷嘴。

本实用新型进一步的改进在于，螺纹连接件上固定有牵引导向辊。

本实用新型进一步的改进在于，热熔预浸混合腔上部通过管道连接树脂槽。

本实用新型进一步的改进在于，热熔预浸混合腔内壁上设置有若干用于约束纤维干丝束并使纤维干丝束呈折线形式通过热熔预浸混合腔的导轮。

本实用新型进一步的改进在于，低能电子束发射器垂直于打印平台。