[发明专利]连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法

说明书

一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，通过3D打印连续纤维增强形状记忆聚合物实现任意复杂构型芯模的制备，芯模在低于SMP玻璃化转变温度状态下具有良好强度能够支撑外部材料结构的固化，待外部结构完全固化之后，升温至SMP玻璃化转变温度以上芯模软化，此时采用电机驱动将连续纤维沿原打印路径逐层“抽丝”，最终实现整个芯模从复杂结构型腔中脱模取出，本发明具有工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的优点。

技术领域

本发明涉及复杂结构制备及脱模技术领域，具体涉及一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法。

背景技术

随着世界各国在航空航天、武器装备等领域竞争日趋激烈，对于材料结构的要求逐渐呈轻质化、复杂化、一体化等特点，因而对于复杂结构芯模制造技术及脱模方法也提出了更高的要求。目前常见的模具多为金属单模、膨胀模具、复合材料模具，在制备平板或敞口结构较为有效，对于表面多曲度变化、几何形状复杂或口径小、内腔大的中空结构等复杂形状结构仍很难发挥作用，从而制约了该类材料的进一步发展应用。

根据最新的文献显示，国内外研究机构对于复杂形状结构制备及脱模方法主要包括：组合式金属模具、水溶性模具、气囊模具等，其中组合式金属模具通常通过将整个模具设计为多个金属活块组合，当外部结构完全固化以后，依次拆除各个金属模块实现脱模，但存在生产周期长、多次使用精度下降、脱模过程繁琐、脱模应力大等问题；水溶性模具通常通过在水溶性材料中添加砂子、石膏等增强材料经浇注、固化、干燥制备模具，在结构固化完全后通过自来水冲洗内部芯模得到中空的复合材料结构，其存在模具制备过程繁琐、对于外部固化材料种类有所限制，适用性较差；气囊模具通常通过对高变形气囊充气加压使复合材料完全贴合在金属阴模内壁，等待结构固化成型后卸去气压取出模具，然而气囊模具在制备过程中需始终保持充压状态，若稍有漏气现象则会导致成型精度大大降低、可靠性不强。

综上所述，目前对于表面多曲度变化、几何形状复杂或口径小、内腔大的中空结构等复杂形状结构制备及脱模仍然缺乏工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具有工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，通过3D打印连续纤维增强形状记忆聚合物(SMP)实现任意复杂构型芯模的制备，芯模在低于SMP玻璃化转变温度状态下具有良好强度能够支撑外部材料结构的固化，待外部结构完全固化之后，升温至SMP玻璃化转变温度以上芯模软化，此时采用电机驱动将连续纤维沿原打印路径逐层“抽丝”，最终实现整个芯模从复杂结构型腔中脱模取出。

一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将形状记忆树脂及添加剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；

步骤二，以所需复杂结构为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；

步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；

步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；

步骤五，对芯模进行热固化后处理；

步骤六，通过浇铸或增材制造方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；

步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层“抽丝”脱模，最终制备出内部中空复杂构型结构。