一種短纖維增強(qiáng)3d復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法
【專利說(shuō)明】一種短纖維増強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法
[0001 ] 技術(shù)內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印帶來(lái)了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，而3D打印機(jī)的出現(xiàn)，將會(huì)顛覆這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時(shí)候不再考慮生產(chǎn)工藝問(wèn)題，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明介紹的是SLA光固化成型方式的3D打印機(jī)生產(chǎn)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，所用的材料為光敏樹(shù)脂和散纖維。目前使用的光敏樹(shù)脂主要有聚丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、但這些樹(shù)脂的強(qiáng)力不盡如人意，大都不能滿足我們對(duì)成型物體的力學(xué)性能要求，這就使得3D打印的使用受到了很大的限制。因此可以在光敏樹(shù)脂中混入其他的增強(qiáng)材料以滿足成型物體高強(qiáng)力、多功能的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法。本發(fā)明有效的解決了光敏樹(shù)脂成型后強(qiáng)力不足的問(wèn)題，使得光敏樹(shù)脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機(jī)的正常工作的同時(shí)還充分利用了 3D打印機(jī)從模型設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時(shí)具有了高強(qiáng)力以及多功能的特點(diǎn)，極大的豐富了3D打印產(chǎn)品的適用范圍，突破了3D打印產(chǎn)品在某些領(lǐng)域無(wú)法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置，包括3D打印機(jī)，所述的3D打印機(jī)上方安裝有激光投射器;所述的3D打印機(jī)與自動(dòng)抽吸攪拌裝置相連;所述的自動(dòng)抽吸攪拌裝置包括攪拌機(jī)、水栗、懸浮液混合釜、繼電器和電源;其中所述的3D打印機(jī)通過(guò)2根懸浮液輸送管與懸浮液混合釜回路相連;且所述的3D打印機(jī)與懸浮液混合釜之間安裝有輸送栗;所述的輸送栗通過(guò)電線與繼電器相連;所述的繼電器通過(guò)線路與電源相連;所述的懸浮液混合釜內(nèi)安裝有攪拌機(jī)。
[0005]—種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預(yù)制短纖維，將短纖維和光敏樹(shù)脂放入權(quán)利要求1所述生產(chǎn)裝置的懸浮液混合釜中，利用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過(guò)懸浮液輸送管輸送給3D打印機(jī)，所述的3D打印機(jī)根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的圖形按照逐層打印的方式來(lái)打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀，也就是說(shuō)激光投射器投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會(huì)得到均勻分布著短纖維的實(shí)物模型;所述的3D打印機(jī)每打印一層切片的時(shí)間間隔，利用懸浮液輸送管輸送一次在懸浮液混合釜中被攪拌均勻的懸浮液，同時(shí)抽出3D打印機(jī)中上一次打印完成后沒(méi)有固化的懸浮液回懸浮液混合釜，形成一個(gè)循環(huán)回路系統(tǒng);利用循環(huán)回路系統(tǒng)保證每層切片中短纖維的均勻分布O
[0006]所述的短纖維采用玻璃纖維(巨石集團(tuán))或碳纖維(日本東麗)中的一種。
[0007]所述的光敏樹(shù)脂采用UV光敏樹(shù)脂(MakerJuice公司提供)。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機(jī)結(jié)合機(jī)械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹(shù)脂中。該方法有效的解決了光敏樹(shù)脂成型后強(qiáng)力不足的問(wèn)題，使得光敏樹(shù)脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機(jī)的正常工作的同時(shí)還充分利用了 3D打印機(jī)從模型設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到快速成型的便捷設(shè)計(jì)理念的同時(shí)也滿足產(chǎn)品個(gè)性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學(xué)性能，同時(shí)大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本發(fā)明充分利用了高強(qiáng)力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時(shí)具有了高強(qiáng)力以及多功能的特點(diǎn)，極大的豐富了3D打印產(chǎn)品的適用范圍，突破了3D打印產(chǎn)品在某些領(lǐng)域無(wú)法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1表示本發(fā)明生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置，如圖1所示，包括3D打印機(jī)6，所述的3D打印機(jī)6上方安裝有激光投射器7;所述的3D打印機(jī)6與自動(dòng)抽吸攪拌裝置相連;所述的自動(dòng)抽吸攪拌裝置包括攪拌機(jī)1、水栗2、懸浮液混合釜3、繼電器4和電源5;其中所述的3D打印機(jī)6通過(guò)2根懸浮液輸送管與懸浮液混合爸3回路相連;且所述的3D打印機(jī)6與懸浮液混合釜3之間安裝有輸送栗2;所述的輸送栗2通過(guò)電線與繼電器4相連;所述的繼電器4通過(guò)線路與電源5相連;所述的懸浮液混合爸3內(nèi)安裝有攪拌機(jī)I。
[0010]本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預(yù)制好具有一定長(zhǎng)度的玻璃纖維，長(zhǎng)度分別為lmm、1.5mm、2mm，本實(shí)施例采用UV光敏樹(shù)脂;將上述長(zhǎng)度的短纖維和光敏樹(shù)脂放入權(quán)利要求1所述生產(chǎn)裝置的懸浮液混合釜3中，利用攪拌機(jī)I進(jìn)行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過(guò)懸浮液輸送管輸送給3D打印機(jī)6，所述的3D打印機(jī)6根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的圖形按照逐層打印的方式來(lái)打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器7投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀，也就是說(shuō)激光投射器7投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會(huì)得到均勻分布著短纖維的實(shí)物模型;所述的3D打印機(jī)6每打印一層切片的時(shí)間間隔，利用懸浮液輸送管輸送一次在懸浮液混合爸3中被攪拌均勾的懸浮液，同時(shí)抽出3D打印機(jī)6中上一次打印完成后沒(méi)有固化的懸浮液回懸浮液混合釜3，形成一個(gè)循環(huán)回路系統(tǒng);利用循環(huán)回路系統(tǒng)保證每層切片中短纖維的均勻分布。由于本實(shí)施例采用的短纖維的密度都大于光敏樹(shù)脂的密度，因此如果把攪拌均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液靜置一段時(shí)間，纖維就會(huì)逐漸聚集在懸浮液的底部進(jìn)而使得懸浮液不在均勻，這樣會(huì)最終影響到短纖維在實(shí)物模型中的均勻分布問(wèn)題。但是剛攪拌均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液能在10秒鐘內(nèi)保持著比較好的均勻性，而3D打印機(jī)一個(gè)切片的工作時(shí)間少于10秒鐘，因此完全可以利用不斷補(bǔ)充均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液的方式使短纖維在實(shí)物中的每個(gè)切片中都保持著相對(duì)高的均勻分散性。
[0011]本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機(jī)結(jié)合機(jī)械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹(shù)脂中。該方法有效的解決了光敏樹(shù)脂成型后強(qiáng)力不足的問(wèn)題，使得光敏樹(shù)脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機(jī)的正常工作的同時(shí)還充分利用了 3D打印機(jī)從模型設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到快速成型的便捷設(shè)計(jì)理念的同時(shí)也滿足產(chǎn)品個(gè)性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學(xué)性能，同時(shí)大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本實(shí)施例充分利用了高強(qiáng)力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時(shí)具有了高強(qiáng)力以及多功能的特點(diǎn)，極大的豐富了 3 D打印產(chǎn)品的適用范圍，突破了 3 D打印產(chǎn)品在某些領(lǐng)域無(wú)法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0012]實(shí)施例2
本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置，如圖1所示，包括3D打印機(jī)6，所述的3D打印機(jī)6上方安裝有激光投射器7;所述的3D打印機(jī)6與自動(dòng)抽吸攪拌裝置相連;所述的自動(dòng)抽吸攪拌裝置包括攪拌機(jī)1、水栗2、懸浮液混合釜3、繼電器4和電源5;其中所述的3D打印機(jī)6通過(guò)2根懸浮液輸送管與懸浮液混合爸3回路相連;且所述的3D打印機(jī)6與懸浮液混合釜3之間安裝有輸送栗2;所述的輸送栗2通過(guò)電線與繼電器4相連;所述的繼電器4通過(guò)線路與電源5相連;所述的懸浮液混合爸3內(nèi)安裝有攪拌機(jī)I。
[0013]本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預(yù)制好具有一定長(zhǎng)度的碳纖維，長(zhǎng)度分別為1mm、1.5mm、2mm，本實(shí)施例采用UV光敏樹(shù)脂;將上述長(zhǎng)度的短纖維和光敏樹(shù)脂放入權(quán)利要求1所述生產(chǎn)裝置的懸浮液混合釜3中，利用攪拌機(jī)I進(jìn)行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過(guò)懸浮液輸送管輸送給3D打印機(jī)6，所述的3D打印機(jī)6根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的圖形按照逐層打印的方式來(lái)打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器7投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀，也就是說(shuō)激光投射器7投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會(huì)得到均勻分布著短纖維的實(shí)物模型;所述的3D打印機(jī)6每打印一層切片的時(shí)間間隔，利用懸浮液輸送管輸送一次在懸浮液混合爸3中被攪拌均勾的懸浮液，同時(shí)抽出3D打印機(jī)6中上一次打印完成后沒(méi)有固化的懸浮液回懸浮液混合釜3，形成一個(gè)循環(huán)回路系統(tǒng);利用循環(huán)回路系統(tǒng)保證每層切片中短纖維的均勻分布。由于本實(shí)施例采用的短纖維的密度都大于光敏樹(shù)脂的密度，因此如果把攪拌均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液靜置一段時(shí)間，纖維就會(huì)逐漸聚集在懸浮液的底部進(jìn)而使得懸浮液不在均勻，這樣會(huì)最終影響到短纖維在實(shí)物模型中的均勻分布問(wèn)題。但是剛攪拌均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液能在10秒鐘內(nèi)保持著比較好的均勻性，而3D打印機(jī)一個(gè)切片的工作時(shí)間少于10秒鐘，因此完全可以利用不斷補(bǔ)充均勻的短纖維光敏樹(shù)脂懸浮液的方式使短纖維在實(shí)物中的每個(gè)切片中都保持著相對(duì)高的均勻分散性。
[0014]本實(shí)施例的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機(jī)結(jié)合機(jī)械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹(shù)脂中。該方法有效的解決了光敏樹(shù)脂成型后強(qiáng)力不足的問(wèn)題，使得光敏樹(shù)脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機(jī)的正常工作的同時(shí)還充分利用了 3D打印機(jī)從模型設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到快速成型的便捷設(shè)計(jì)理念的同時(shí)也滿足產(chǎn)品個(gè)性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學(xué)性能，同時(shí)大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本實(shí)施例充分利用了高強(qiáng)力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時(shí)具有了高強(qiáng)力以及多功能的特點(diǎn)，極大的豐富了 3 D打印產(chǎn)品的適用范圍，突破了 3 D打印產(chǎn)品在某些領(lǐng)域無(wú)法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置，其特征在于:包括3D打印機(jī)(6)，所述的3D打印機(jī)(6)上方安裝有激光投射器(7);所述的3D打印機(jī)(6)與自動(dòng)抽吸攪拌裝置相連;所述的自動(dòng)抽吸攪拌裝置包括攪拌機(jī)(I)、水栗(2)、懸浮液混合釜(3)、繼電器(4)和電源(5);其中所述的3D打印機(jī)(6)通過(guò)2根懸浮液輸送管與懸浮液混合釜(3)回路相連;且所述的3D打印機(jī)(6)與懸浮液混合釜(3)之間安裝有輸送栗(2);所述的輸送栗(2)通過(guò)電線與繼電器(4)相連;所述的繼電器(4)通過(guò)線路與電源(5)相連;所述的懸浮液混合釜(3)內(nèi)安裝有攪拌機(jī)(I)。2.一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:首先預(yù)制短纖維，將短纖維和光敏樹(shù)脂放入權(quán)利要求1所述生產(chǎn)裝置的懸浮液混合釜(3)中，利用攪拌機(jī)(I)進(jìn)行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過(guò)懸浮液輸送管輸送給3D打印機(jī)(6)，所述的3D打印機(jī)(6)根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的圖形按照逐層打印的方式來(lái)打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器(7)投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀，也就是說(shuō)激光投射器(7)投射到3D打印機(jī)工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會(huì)得到均勻分布著短纖維的實(shí)物模型;所述的3D打印機(jī)(6)每打印一層切片的時(shí)間間隔，利用懸浮液輸送管輸送一次在懸浮液混合Il (3 )中被攪拌均勾的懸浮液，同時(shí)抽出3D打印機(jī)(6)中上一次打印完成后沒(méi)有固化的懸浮液回懸浮液混合釜(3)，形成一個(gè)循環(huán)回路系統(tǒng)；利用循環(huán)回路系統(tǒng)保證每層切片中短纖維的均勻分布。3.如權(quán)利要求2所述的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的短纖維采用玻璃纖維或碳纖維中的一種。4.如權(quán)利要求2所述的一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的光敏樹(shù)脂采用UV光敏樹(shù)脂。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種短纖維增強(qiáng)3D復(fù)合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，包括3D打印機(jī)，所述的3D打印機(jī)上方安裝有激光投射器；所述的3D打印機(jī)與自動(dòng)抽吸攪拌裝置相連；所述的自動(dòng)抽吸攪拌裝置包括攪拌機(jī)、水泵、懸浮液混合釜、繼電器和電源；其中所述的3D打印機(jī)通過(guò)2根懸浮液輸送管與懸浮液混合釜回路相連；且所述的3D打印機(jī)與懸浮液混合釜之間安裝有輸送泵；所述的輸送泵通過(guò)電線與繼電器相連；所述的繼電器通過(guò)線路與電源相連；所述的懸浮液混合釜內(nèi)安裝有攪拌機(jī)。本發(fā)明有效的解決了光敏樹(shù)脂成型后強(qiáng)力不足的問(wèn)題，大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，突破了3D打印產(chǎn)品在某些領(lǐng)域無(wú)法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
【IPC分類】B33Y10/00, B29C67/00, B33Y30/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105711101
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610231309
【發(fā)明人】祝成炎, 權(quán)利軍, 田偉, 楊瑩瑩, 張旻爽
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)