一种短纤维增强3d复合材料的生产装置及制备方法
【专利说明】一种短纤维増强3D复合材料的生产装置及制备方法
[0001 ] 技术内容
本发明涉及一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法。
【背景技术】
[0002]3D打印带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。本发明介绍的是SLA光固化成型方式的3D打印机生产的纤维增强复合材料，所用的材料为光敏树脂和散纤维。目前使用的光敏树脂主要有聚丙烯酸树脂、环氧树脂、但这些树脂的强力不尽如人意，大都不能满足我们对成型物体的力学性能要求，这就使得3D打印的使用受到了很大的限制。因此可以在光敏树脂中混入其他的增强材料以满足成型物体高强力、多功能的要求。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法。本发明有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得光敏树脂不再单调；在不影响3D打印机的正常工作的同时还充分利用了 3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，大大缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力以及多功能的特点，极大的丰富了3D打印产品的适用范围，突破了3D打印产品在某些领域无法使用的瓶颈，具有很大的现实意义。
[0004]本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种短纤维增强3D复合材料的生产装置，包括3D打印机，所述的3D打印机上方安装有激光投射器;所述的3D打印机与自动抽吸搅拌装置相连;所述的自动抽吸搅拌装置包括搅拌机、水栗、悬浮液混合釜、继电器和电源;其中所述的3D打印机通过2根悬浮液输送管与悬浮液混合釜回路相连;且所述的3D打印机与悬浮液混合釜之间安装有输送栗;所述的输送栗通过电线与继电器相连;所述的继电器通过线路与电源相连;所述的悬浮液混合釜内安装有搅拌机。
[0005]—种短纤维增强3D复合材料的制备方法，包括如下步骤:首先预制短纤维，将短纤维和光敏树脂放入权利要求1所述生产装置的悬浮液混合釜中，利用搅拌机进行搅拌均匀制备成悬浮液;然后将所述的悬浮液通过悬浮液输送管输送给3D打印机，所述的3D打印机根据事先设计好的图形按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是激光投射器投射到3D打印机工作界面上的形状，也就是说激光投射器投射到3D打印机工作界面上的形状决定每层切片的形状，如此连续打印每层切片便会得到均匀分布着短纤维的实物模型;所述的3D打印机每打印一层切片的时间间隔，利用悬浮液输送管输送一次在悬浮液混合釜中被搅拌均匀的悬浮液，同时抽出3D打印机中上一次打印完成后没有固化的悬浮液回悬浮液混合釜，形成一个循环回路系统;利用循环回路系统保证每层切片中短纤维的均匀分布O
[0006]所述的短纤维采用玻璃纤维(巨石集团)或碳纤维(日本东丽)中的一种。
[0007]所述的光敏树脂采用UV光敏树脂(MakerJuice公司提供)。本发明的有益效果是:本发明的一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印机结合机械装置均匀的把纤维分散到光敏树脂中。该方法有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得光敏树脂不再单调；在不影响3D打印机的正常工作的同时还充分利用了 3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求;还提高了产品力学性能，同时大大缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本发明充分利用了高强力纤维以及功能性纤维的优良性能，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力以及多功能的特点，极大的丰富了3D打印产品的适用范围，突破了3D打印产品在某些领域无法使用的瓶颈，具有很大的现实意义。
【附图说明】
[0008]图1表示本发明生产装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的生产装置，如图1所示，包括3D打印机6，所述的3D打印机6上方安装有激光投射器7;所述的3D打印机6与自动抽吸搅拌装置相连;所述的自动抽吸搅拌装置包括搅拌机1、水栗2、悬浮液混合釜3、继电器4和电源5;其中所述的3D打印机6通过2根悬浮液输送管与悬浮液混合爸3回路相连;且所述的3D打印机6与悬浮液混合釜3之间安装有输送栗2;所述的输送栗2通过电线与继电器4相连;所述的继电器4通过线路与电源5相连;所述的悬浮液混合爸3内安装有搅拌机I。
[0010]本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的制备方法，包括如下步骤:首先预制好具有一定长度的玻璃纤维，长度分别为lmm、1.5mm、2mm，本实施例采用UV光敏树脂;将上述长度的短纤维和光敏树脂放入权利要求1所述生产装置的悬浮液混合釜3中，利用搅拌机I进行搅拌均匀制备成悬浮液;然后将所述的悬浮液通过悬浮液输送管输送给3D打印机6，所述的3D打印机6根据事先设计好的图形按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是激光投射器7投射到3D打印机工作界面上的形状，也就是说激光投射器7投射到3D打印机工作界面上的形状决定每层切片的形状，如此连续打印每层切片便会得到均匀分布着短纤维的实物模型;所述的3D打印机6每打印一层切片的时间间隔，利用悬浮液输送管输送一次在悬浮液混合爸3中被搅拌均勾的悬浮液，同时抽出3D打印机6中上一次打印完成后没有固化的悬浮液回悬浮液混合釜3，形成一个循环回路系统;利用循环回路系统保证每层切片中短纤维的均匀分布。由于本实施例采用的短纤维的密度都大于光敏树脂的密度，因此如果把搅拌均匀的短纤维光敏树脂悬浮液静置一段时间，纤维就会逐渐聚集在悬浮液的底部进而使得悬浮液不在均匀，这样会最终影响到短纤维在实物模型中的均匀分布问题。但是刚搅拌均匀的短纤维光敏树脂悬浮液能在10秒钟内保持着比较好的均匀性，而3D打印机一个切片的工作时间少于10秒钟，因此完全可以利用不断补充均匀的短纤维光敏树脂悬浮液的方式使短纤维在实物中的每个切片中都保持着相对高的均匀分散性。
[0011]本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印机结合机械装置均匀的把纤维分散到光敏树脂中。该方法有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得光敏树脂不再单调；在不影响3D打印机的正常工作的同时还充分利用了 3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求;还提高了产品力学性能，同时大大缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本实施例充分利用了高强力纤维以及功能性纤维的优良性能，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力以及多功能的特点，极大的丰富了 3 D打印产品的适用范围，突破了 3 D打印产品在某些领域无法使用的瓶颈，具有很大的现实意义。
[0012]实施例2
本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的生产装置，如图1所示，包括3D打印机6，所述的3D打印机6上方安装有激光投射器7;所述的3D打印机6与自动抽吸搅拌装置相连;所述的自动抽吸搅拌装置包括搅拌机1、水栗2、悬浮液混合釜3、继电器4和电源5;其中所述的3D打印机6通过2根悬浮液输送管与悬浮液混合爸3回路相连;且所述的3D打印机6与悬浮液混合釜3之间安装有输送栗2;所述的输送栗2通过电线与继电器4相连;所述的继电器4通过线路与电源5相连;所述的悬浮液混合爸3内安装有搅拌机I。
[0013]本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的制备方法，包括如下步骤:首先预制好具有一定长度的碳纤维，长度分别为1mm、1.5mm、2mm，本实施例采用UV光敏树脂;将上述长度的短纤维和光敏树脂放入权利要求1所述生产装置的悬浮液混合釜3中，利用搅拌机I进行搅拌均匀制备成悬浮液;然后将所述的悬浮液通过悬浮液输送管输送给3D打印机6，所述的3D打印机6根据事先设计好的图形按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是激光投射器7投射到3D打印机工作界面上的形状，也就是说激光投射器7投射到3D打印机工作界面上的形状决定每层切片的形状，如此连续打印每层切片便会得到均匀分布着短纤维的实物模型;所述的3D打印机6每打印一层切片的时间间隔，利用悬浮液输送管输送一次在悬浮液混合爸3中被搅拌均勾的悬浮液，同时抽出3D打印机6中上一次打印完成后没有固化的悬浮液回悬浮液混合釜3，形成一个循环回路系统;利用循环回路系统保证每层切片中短纤维的均匀分布。由于本实施例采用的短纤维的密度都大于光敏树脂的密度，因此如果把搅拌均匀的短纤维光敏树脂悬浮液静置一段时间，纤维就会逐渐聚集在悬浮液的底部进而使得悬浮液不在均匀，这样会最终影响到短纤维在实物模型中的均匀分布问题。但是刚搅拌均匀的短纤维光敏树脂悬浮液能在10秒钟内保持着比较好的均匀性，而3D打印机一个切片的工作时间少于10秒钟，因此完全可以利用不断补充均匀的短纤维光敏树脂悬浮液的方式使短纤维在实物中的每个切片中都保持着相对高的均匀分散性。
[0014]本实施例的一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法，利用光固化(SLA)成型方式的3D打印机结合机械装置均匀的把纤维分散到光敏树脂中。该方法有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，使得光敏树脂不再单调；在不影响3D打印机的正常工作的同时还充分利用了 3D打印机从模型设计到产品生产的快速成型方式，在满足人们从产品设计到快速成型的便捷设计理念的同时也满足产品个性化的需求;还提高了产品力学性能，同时大大缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程。其次本实施例充分利用了高强力纤维以及功能性纤维的优良性能，使得设计的产品在保证外观形貌的同时具有了高强力以及多功能的特点，极大的丰富了 3 D打印产品的适用范围，突破了 3 D打印产品在某些领域无法使用的瓶颈，具有很大的现实意义。
【主权项】
1.一种短纤维增强3D复合材料的生产装置，其特征在于:包括3D打印机(6)，所述的3D打印机(6)上方安装有激光投射器(7);所述的3D打印机(6)与自动抽吸搅拌装置相连;所述的自动抽吸搅拌装置包括搅拌机(I)、水栗(2)、悬浮液混合釜(3)、继电器(4)和电源(5);其中所述的3D打印机(6)通过2根悬浮液输送管与悬浮液混合釜(3)回路相连;且所述的3D打印机(6)与悬浮液混合釜(3)之间安装有输送栗(2);所述的输送栗(2)通过电线与继电器(4)相连;所述的继电器(4)通过线路与电源(5)相连;所述的悬浮液混合釜(3)内安装有搅拌机(I)。2.一种短纤维增强3D复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:首先预制短纤维，将短纤维和光敏树脂放入权利要求1所述生产装置的悬浮液混合釜(3)中，利用搅拌机(I)进行搅拌均匀制备成悬浮液;然后将所述的悬浮液通过悬浮液输送管输送给3D打印机(6)，所述的3D打印机(6)根据事先设计好的图形按照逐层打印的方式来打印模型，其中每层切片的形状就是激光投射器(7)投射到3D打印机工作界面上的形状，也就是说激光投射器(7)投射到3D打印机工作界面上的形状决定每层切片的形状，如此连续打印每层切片便会得到均匀分布着短纤维的实物模型;所述的3D打印机(6)每打印一层切片的时间间隔，利用悬浮液输送管输送一次在悬浮液混合Il (3 )中被搅拌均勾的悬浮液，同时抽出3D打印机(6)中上一次打印完成后没有固化的悬浮液回悬浮液混合釜(3)，形成一个循环回路系统；利用循环回路系统保证每层切片中短纤维的均匀分布。3.如权利要求2所述的一种短纤维增强3D复合材料的制备方法，其特征在于，所述的短纤维采用玻璃纤维或碳纤维中的一种。4.如权利要求2所述的一种短纤维增强3D复合材料的制备方法，其特征在于，所述的光敏树脂采用UV光敏树脂。
【专利摘要】本发明公开了一种短纤维增强3D复合材料的生产装置及制备方法，包括3D打印机，所述的3D打印机上方安装有激光投射器；所述的3D打印机与自动抽吸搅拌装置相连；所述的自动抽吸搅拌装置包括搅拌机、水泵、悬浮液混合釜、继电器和电源；其中所述的3D打印机通过2根悬浮液输送管与悬浮液混合釜回路相连；且所述的3D打印机与悬浮液混合釜之间安装有输送泵；所述的输送泵通过电线与继电器相连；所述的继电器通过线路与电源相连；所述的悬浮液混合釜内安装有搅拌机。本发明有效的解决了光敏树脂成型后强力不足的问题，大大缩短了生产周期，减少了产品的生产工艺流程，突破了3D打印产品在某些领域无法使用的瓶颈，具有很大的现实意义。
【IPC分类】B33Y10/00, B29C67/00, B33Y30/00
【公开号】CN105711101
【申请号】CN201610231309
【发明人】祝成炎, 权利军, 田伟, 杨莹莹, 张旻爽
【申请人】浙江理工大学