一種短纖維增強3d復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法
【專利說明】一種短纖維増強3D復合材料的生產(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3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實現(xiàn)，而3D打印機的出現(xiàn)，將會顛覆這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時候不再考慮生產(chǎn)工藝問題，任何復雜形狀的設(shè)計均可以通過3D打印機來實現(xiàn)。本發(fā)明介紹的是SLA光固化成型方式的3D打印機生產(chǎn)的纖維增強復合材料，所用的材料為光敏樹脂和散纖維。目前使用的光敏樹脂主要有聚丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、但這些樹脂的強力不盡如人意，大都不能滿足我們對成型物體的力學性能要求，這就使得3D打印的使用受到了很大的限制。因此可以在光敏樹脂中混入其他的增強材料以滿足成型物體高強力、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3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法。本發(fā)明有效的解決了光敏樹脂成型后強力不足的問題，使得光敏樹脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機的正常工作的同時還充分利用了 3D打印機從模型設(shè)計到產(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)計的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時具有了高強力以及多功能的特點，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)域無法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實意義。
[0004]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置，包括3D打印機，所述的3D打印機上方安裝有激光投射器;所述的3D打印機與自動抽吸攪拌裝置相連;所述的自動抽吸攪拌裝置包括攪拌機、水栗、懸浮液混合釜、繼電器和電源;其中所述的3D打印機通過2根懸浮液輸送管與懸浮液混合釜回路相連;且所述的3D打印機與懸浮液混合釜之間安裝有輸送栗;所述的輸送栗通過電線與繼電器相連;所述的繼電器通過線路與電源相連;所述的懸浮液混合釜內(nèi)安裝有攪拌機。
[0005]—種短纖維增強3D復合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預制短纖維，將短纖維和光敏樹脂放入權(quán)利要求1所述生產(chǎn)裝置的懸浮液混合釜中，利用攪拌機進行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過懸浮液輸送管輸送給3D打印機，所述的3D打印機根據(jù)事先設(shè)計好的圖形按照逐層打印的方式來打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器投射到3D打印機工作界面上的形狀，也就是說激光投射器投射到3D打印機工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會得到均勻分布著短纖維的實物模型;所述的3D打印機每打印一層切片的時間間隔，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，同時抽出3D打印機中上一次打印完成后沒有固化的懸浮液回懸浮液混合釜，形成一個循環(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)或碳纖維(日本東麗)中的一種。
[0007]所述的光敏樹脂采用UV光敏樹脂(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3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機結(jié)合機械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹脂中。該方法有效的解決了光敏樹脂成型后強力不足的問題，使得光敏樹脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機的正常工作的同時還充分利用了 3D打印機從模型設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計到快速成型的便捷設(shè)計理念的同時也滿足產(chǎn)品個性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學性能，同時大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本發(fā)明充分利用了高強力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時具有了高強力以及多功能的特點，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)域無法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0008]圖1表示本發(fā)明生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置，如圖1所示，包括3D打印機6，所述的3D打印機6上方安裝有激光投射器7;所述的3D打印機6與自動抽吸攪拌裝置相連;所述的自動抽吸攪拌裝置包括攪拌機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6通過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通過電線與繼電器4相連;所述的繼電器4通過線路與電源5相連;所述的懸浮液混合爸3內(nèi)安裝有攪拌機I。
[0010]本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預制好具有一定長度的玻璃纖維，長度分別為lmm、1.5mm、2mm，本實施例采用UV光敏樹脂;將上述長度的短纖維和光敏樹脂放入權(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I進行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過懸浮液輸送管輸送給3D打印機6，所述的3D打印機6根據(jù)事先設(shè)計好的圖形按照逐層打印的方式來打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器7投射到3D打印機工作界面上的形狀，也就是說激光投射器7投射到3D打印機工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會得到均勻分布著短纖維的實物模型;所述的3D打印機6每打印一層切片的時間間隔，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，同時抽出3D打印機6中上一次打印完成后沒有固化的懸浮液回懸浮液混合釜3，形成一個循環(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。由于本實施例采用的短纖維的密度都大于光敏樹脂的密度，因此如果把攪拌均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液靜置一段時間，纖維就會逐漸聚集在懸浮液的底部進而使得懸浮液不在均勻，這樣會最終影響到短纖維在實物模型中的均勻分布問題。但是剛攪拌均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液能在10秒鐘內(nèi)保持著比較好的均勻性，而3D打印機一個切片的工作時間少于10秒鐘，因此完全可以利用不斷補充均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液的方式使短纖維在實物中的每個切片中都保持著相對高的均勻分散性。
[0011]本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機結(jié)合機械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹脂中。該方法有效的解決了光敏樹脂成型后強力不足的問題，使得光敏樹脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機的正常工作的同時還充分利用了 3D打印機從模型設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計到快速成型的便捷設(shè)計理念的同時也滿足產(chǎn)品個性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學性能，同時大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本實施例充分利用了高強力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時具有了高強力以及多功能的特點，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)域無法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實意義。
[0012]實施例2
本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置，如圖1所示，包括3D打印機6，所述的3D打印機6上方安裝有激光投射器7;所述的3D打印機6與自動抽吸攪拌裝置相連;所述的自動抽吸攪拌裝置包括攪拌機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6通過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通過電線與繼電器4相連;所述的繼電器4通過線路與電源5相連;所述的懸浮液混合爸3內(nèi)安裝有攪拌機I。
[0013]本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的制備方法，包括如下步驟:首先預制好具有一定長度的碳纖維，長度分別為1mm、1.5mm、2mm，本實施例采用UV光敏樹脂;將上述長度的短纖維和光敏樹脂放入權(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I進行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過懸浮液輸送管輸送給3D打印機6，所述的3D打印機6根據(jù)事先設(shè)計好的圖形按照逐層打印的方式來打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器7投射到3D打印機工作界面上的形狀，也就是說激光投射器7投射到3D打印機工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會得到均勻分布著短纖維的實物模型;所述的3D打印機6每打印一層切片的時間間隔，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，同時抽出3D打印機6中上一次打印完成后沒有固化的懸浮液回懸浮液混合釜3，形成一個循環(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。由于本實施例采用的短纖維的密度都大于光敏樹脂的密度，因此如果把攪拌均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液靜置一段時間，纖維就會逐漸聚集在懸浮液的底部進而使得懸浮液不在均勻，這樣會最終影響到短纖維在實物模型中的均勻分布問題。但是剛攪拌均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液能在10秒鐘內(nèi)保持著比較好的均勻性，而3D打印機一個切片的工作時間少于10秒鐘，因此完全可以利用不斷補充均勻的短纖維光敏樹脂懸浮液的方式使短纖維在實物中的每個切片中都保持著相對高的均勻分散性。
[0014]本實施例的一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印機結(jié)合機械裝置均勻的把纖維分散到光敏樹脂中。該方法有效的解決了光敏樹脂成型后強力不足的問題，使得光敏樹脂不再單調(diào)；在不影響3D打印機的正常工作的同時還充分利用了 3D打印機從模型設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的快速成型方式，在滿足人們從產(chǎn)品設(shè)計到快速成型的便捷設(shè)計理念的同時也滿足產(chǎn)品個性化的需求;還提高了產(chǎn)品力學性能，同時大大縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程。其次本實施例充分利用了高強力纖維以及功能性纖維的優(yōu)良性能，使得設(shè)計的產(chǎn)品在保證外觀形貌的同時具有了高強力以及多功能的特點，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)域無法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實意義。
【主權(quán)項】
1.一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置，其特征在于:包括3D打印機(6)，所述的3D打印機(6)上方安裝有激光投射器(7);所述的3D打印機(6)與自動抽吸攪拌裝置相連;所述的自動抽吸攪拌裝置包括攪拌機(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(6)通過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(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)通過電線與繼電器(4)相連;所述的繼電器(4)通過線路與電源(5)相連;所述的懸浮液混合釜(3)內(nèi)安裝有攪拌機(I)。2.一種短纖維增強3D復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:首先預制短纖維，將短纖維和光敏樹脂放入權(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(I)進行攪拌均勻制備成懸浮液;然后將所述的懸浮液通過懸浮液輸送管輸送給3D打印機(6)，所述的3D打印機(6)根據(jù)事先設(shè)計好的圖形按照逐層打印的方式來打印模型，其中每層切片的形狀就是激光投射器(7)投射到3D打印機工作界面上的形狀，也就是說激光投射器(7)投射到3D打印機工作界面上的形狀決定每層切片的形狀，如此連續(xù)打印每層切片便會得到均勻分布著短纖維的實物模型;所述的3D打印機(6)每打印一層切片的時間間隔，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，同時抽出3D打印機(6)中上一次打印完成后沒有固化的懸浮液回懸浮液混合釜(3)，形成一個循環(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3D復合材料的制備方法，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3D復合材料的制備方法，其特征在于，所述的光敏樹脂采用UV光敏樹脂。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種短纖維增強3D復合材料的生產(chǎn)裝置及制備方法，包括3D打印機，所述的3D打印機上方安裝有激光投射器；所述的3D打印機與自動抽吸攪拌裝置相連；所述的自動抽吸攪拌裝置包括攪拌機、水泵、懸浮液混合釜、繼電器和電源；其中所述的3D打印機通過2根懸浮液輸送管與懸浮液混合釜回路相連；且所述的3D打印機與懸浮液混合釜之間安裝有輸送泵；所述的輸送泵通過電線與繼電器相連；所述的繼電器通過線路與電源相連；所述的懸浮液混合釜內(nèi)安裝有攪拌機。本發(fā)明有效的解決了光敏樹脂成型后強力不足的問題，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)域無法使用的瓶頸，具有很大的現(xiàn)實意義。
【IPC分類】B33Y10/00, B29C67/00, B33Y30/00
【公開號】CN105711101
【申請?zhí)枴緾N201610231309
【發(fā)明人】祝成炎, 權(quán)利軍, 田偉, 楊瑩瑩, 張旻爽
【申請人】浙江理工大學