[发明专利]偏心多辊子浸渍复合的纤维丝熔融沉积挤出打印喷头装置

说明书

本发明公开了一种偏心多辊子浸渍复合的纤维丝熔融沉积挤出打印喷头装置。螺杆部分料仓、浸渍料仓、共混喷头加热仓上下依次布置，螺杆部分料仓和浸渍料仓内均有聚合物熔体，连续纤维和聚合物粒料从螺杆部分料仓入口进入，在螺杆电机工作下混合聚合物熔体初步复合共挤出，再进入浸渍料仓后经加热后再进入共混喷头加热仓，聚合物导管加入聚合物丝材，经共混喷头加热仓热熔复合挤出；浸渍料仓内有偏心辊子，在浸渍料仓内沿挤出工序流向从上到下依次间隔布置且绕自身的偏心轴旋转。本发明解决了现有浸渍不良的问题，通过偏心辊子转动使得纤维丝料在辊子间的接触区域与包覆角随之变化，实时调节丝料的浸渍和复合，促进聚合物熔体与连续纤维的复合。

技术领域

本发明涉及一种熔融沉积挤出喷头，尤其是涉及浸渍技术的连续纤维复合材料的喷头。

背景技术

熔融沉积，是目前运用最为广泛的增材制造技术，具有灵活快速的优点，对小批量与定制化的产品，免去了模具设计制造的过程，提高生产效率，节省成本。但是目前主流材料如PLA，ABS等基体机械性能较低，打印的产品无法应用于如承力件，连接件，传动件等工业用途。为了解决这一瓶颈问题，需要进一步的优化方案。

纤维增强聚合物基复合材料，其具有高机械性能，轻量化的特点，能通过改变特定区域的纤维排布与纤维含量，实现定制化功能，在各种工业化场景中发挥重要作用，这对于熔融沉积的工业化应用提供了切实的解决方案，而熔融沉积对具有复杂结构和混杂材料产品的生产制造也提供了灵活快速的实现方式。实现纤维复合材料复合材料的熔融沉积制造，是很具前景的研究方向。

目前对于连续纤维增强复合材料的熔融沉积制造，已有相关的研究，如专利号为CN201410469682.0和CN201410325650.3的均使用螺杆送料在喷嘴处实时复合，但是连续纤维与基体之间的共混区域很小，复合时间较短，复合的压力也不足，均无法保证纤维基体间的有效浸渍，造成内部孔隙，界面松散，影响打印产品的机械强度，另一方面，打印过程中纤维基体之间的不良接触会导致内部流动状态的不稳定，影响挤出的顺畅程度，甚至堵塞喷头。

专利号为CN201710588870.9的专利中公开了一种使用光敏树脂预浸反应的装置，但是其引入第三相材料，引入的光敏树脂在高温下可能蒸发而失效，无法应用其与高熔点聚合物基体如PEEK材料进行复合。当前的3d打印中浸渍效果一直没能得到有效的保证，难以将连续纤维复合材料打印进行推广应用。

传统连续纤维聚合物基复合材料的制备方法中，较为常规的溶液浸渍，粉末浸渍和熔融浸渍这3类，其中溶液浸渍中溶剂需加工后完全去除，溶剂一般也具有一定毒性与污染性。粉末浸渍涉及高要求的聚合物粉材，粉末的制备比较不方便，而且在加工中粉末材料经常散耗，造成浪费。熔融浸渍将打散的连续纤维通过聚合物基材料熔体，在聚合物在熔体的状态下在压力作用下渗透填充纤维中的空隙完成复合。随后牵拉抽出，冷却得到预浸渍完备的材料。该工艺方式较为简单，能在一定时间内连续生产预浸料，最适合应用于熔融沉积的生产场景中，而常规熔融沉积打印材料为丝材，主流直径为1.75mm-3mm，制备的预浸料会小于该直径。传统熔融浸渍的加工设备较大，制备的预浸料也无法直接应用于熔融沉积这一相对小型的场景，解决好浸渍设备的小型化是将熔融浸渍应用于3d打印的关键。

熔融浸渍目前主流的实现方式的弯曲流道，在小型场景中对浸渍设备设计弯曲流道，加工困难而且效果难以保证。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种多偏心辊子浸渍复合的连续纤维熔融沉积挤出喷头结构，通过设计浸渍料仓，以及偏心辊子组成的浸渍调节机构，解决了现有实时共混连续纤维复合材料3d打印中增强纤维与基体材料之间的浸渍不良的问题。使用本发明可优化连续纤维3d打印产品的打印质量，拓展3d打印产品在工业级上的应用。

本发明所采用的技术方案是：