[发明专利]一种可编程定向短纤维增强复合材料3D打印方法及装置

摘要

本发明公开了一种可编程定向短纤维增强复合材料3D打印方法及装置，其打印装置是由主机架、供料仓、铺料装置、成型仓、废料箱、数字掩膜光固化系统以及可控磁场系统组成，供料仓、铺料装置、成型仓、废料箱、数字掩膜光固化系统以及可控磁场系统分别固定设置在主机架，其打印方法利用铺料系统的刮刀将内含磁性短纤维的光敏树脂均匀铺设在成型仓上，然后在其表面定向移动稀土磁铁等磁场源对树脂内磁性纤维进行定向，最后运用数字掩膜光固化技术进行选择性区域固化，层层叠加成型三维实体。本发明方法突破了传统纤维增强复合材料制件成型过程中纤维随机取向的局限性，使短纤维在基质材料中的取向按照设计排列，实现各向异性复合材料制件的成型。

主权项

一种可编程定向短纤维增强复合材料3D打印方法，该打印方法的步骤如下：步骤1：选取和混合打印材料；打印材料的组成及其体积百分比如下：基体(85‑99vol.％)和纤维(1‑15vol.％)；所述基体为光敏树脂，粘度为850‑10000CPS；所述纤维为钢纤维或其它经过磁化处理的碳纤维或玻璃纤维，长度为0.05‑2mm，长径比为2‑10；然后将基体和纤维分别倒入搅拌机内，在常温下进行均匀搅拌，搅拌时间为20‑30分钟，然后将搅拌完打印材料进行真空去气泡处理，处理完成后，得到所需的打印材料；步骤2：建立物体的三维模型，并进行切片数据转换处理，生成STL格式，将此文件输入3D打印机，运用软件分析生成铺料系统2的运动程序数据、数字掩膜光固化系统5的图片信息以及曝光时间和可控磁场系统7的强弱特性和运动路径；步骤3：首先将打印材料装入供料仓3，并对供料仓3和成型仓4进行调平；步骤4：根据步骤2所得铺料程序，供料仓3上升1.2切片层厚度，成型仓4下降一个切片层厚度，刮刀22由左向右移动，将打印材料均匀铺设在成型仓4内，供料仓3与成型仓4均下降一个切片厚度，刮刀22由右向左移动至初始位置，供料仓3与成型仓4再上升一个切片厚度，即完成了一个切片层厚度材料的铺设，其中切片层的厚度为0.1‑3mm；步骤5：根据步骤2所述可控磁场系统7的强弱特性和运动路径，在步骤4铺设完成的材料表面定向移动磁场源对基体材料内的磁性纤维进行定向，磁场强弱的范围为2500‑5000Gs，磁场的移动速度为5‑50mm/s，磁场源距离成型材料的高度为9‑40mm；步骤6：根据步骤2所得数字掩膜光固化系统5的图片信息以及曝光时间，对步骤5中定向完成的短纤维复合材料进行选择性区域曝光固化，曝光时间为10‑20s；步骤7：若同一切片层内不同区域纤维取向不同，重复步骤5‑6，直到完成本层内所有区域的纤维取向和固化；步骤8：供料仓3上升一个切片层厚度，成型仓4下降一个切片层厚度，重复步骤4‑7，进行下一个切片层的成型，从而层层叠加成型三维实体；步骤9：将成型制件从成型仓4内取出，利用酒精清洗掉多余的光敏树脂，再将制品放入UV灯室进行固化后处理，时间为10‑30分钟。