使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及打印技术领域，具体涉及使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法。
【背景技术】
[0002]聚合物基碳纤维复合材料是以有聚合物为基体，连续碳纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘结性能好，能把纤维牢固地粘结起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间良好的结合充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。
[0003]现阶段聚合物基碳纤维增强复合材料的成型工艺主要包含两方面，一是成型，即将预浸料按产品要求铺制成一定形状，一般就是产品的形状，二是固化，即把已铺制成一定形状的的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，并能达到预期的性能要求。成型工艺主要有手糊成型、注射成型、真空压袋法成型、挤出成型、压力袋成型、纤维缠绕成型、树脂注射和树脂传递成型等。
[0004]喷射成型法要求聚合物体系粘度适中、容易喷射雾化、同时必须脱出气泡，并对纤维进行浸润。其基本流程为将碳纤维进行编织，放置与模具中，将聚合物材料加热成熔融状态，加入引发剂、促进剂等添加剂，通过喷枪将其喷射于预制好的碳纤维上，后经过固化后脱模成型。
[0005]以往的聚合物基碳纤维复合材料制造工艺，都采取模具成型的办法。将碳纤维编织后放置与模具中，之后将熔融状态的聚合物通过不同工艺方法(喷射、挤压注射、手糊等方法)附着于碳纤维之上，之后再通过加热、加压等方法对材料进行固化，之后脱模得到所需的工件。这种方式存在三个问题:1、对聚合物材料的物性有特别要求，如喷射成型方式要求聚合物材料在熔融状态下具有较高的流动性；手糊方式需要聚合物挥发性较低、同时熔融温度不能过高；这些都制约了聚合物基碳纤维复合材料的应用。2、由于是通过模具成型，因此无法制造复杂结构件，如中部镂空的结构件。传统方式制造出的聚合物基碳纤维材料工件都为平板结构，如汽车发动机盖、机翼等；3、工艺过程复杂，需要对聚合物进行加热熔融，复合后还需进行固化、脱模等步骤，再此期间任何工艺上的缺陷都将导致制作出的工件有瑕疵。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，本发明操作方法简单，材料选择性光，并且便于制造复杂的异形结构。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0008]使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，包括以下步骤:
[0009]步骤I)将预编织成型的碳纤维层铺设在工作台面上；
[0010]步骤2)通过辊轮铺料机构将聚合物粉末均匀铺设在碳纤维层表面；
[0011 ] 步骤3)通过激光烧结设备将聚合物粉末熔融；
[0012]步骤4)熔融后的聚合物粉末与碳纤维层结合，冷却后形成由碳纤维层和固态聚合物层组成的碳纤维复合体；
[0013]步骤5)在碳纤维复合体表面继续铺设步骤I中预编织成型的碳纤维层，然后重复步骤2和步骤3，冷却后得到双层碳纤维复合体；
[0014]步骤6)重复步骤5直至达到工件尺寸，得到成品。
[0015]进一步的，所述聚合物为塑性聚合物。
[0016]进一步的，所述步骤4与步骤5之间还通过辊轮铺料机构将碳纤维复合体表面压平。
[0017]进一步的，所述步骤5中激光烧结设备将聚合物粉末和固态聚合物层熔融。
[0018]进一步的，所述步骤4得到碳纤维复合体后工作台面下降0.5至1_。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、绝大多数塑性材料都可以用作基材、如聚乙烯、聚丙烯等材料，材料的选择性比较广；
[0021]2、通过选择激光烧结的方式对聚合物进行熔融，之后逐层固化的方式可以加工内部结构复杂的异形结构；
[0022]3、制作过程无需模具，省去了脱模等繁琐的工序。
[0023]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例给出。
【具体实施方式】
[0024]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，包括以下步骤:
[0026]步骤I)将预编织成型的碳纤维层铺设在工作台面上；
[0027]步骤2)通过辊轮铺料机构将聚合物粉末均匀铺设在碳纤维层表面；
[0028]步骤3)通过激光烧结设备将聚合物粉末熔融；
[0029]步骤4)熔融后的聚合物粉末与碳纤维层结合，冷却后形成由碳纤维层和固态聚合物层组成的碳纤维复合体；
[0030]步骤5)在碳纤维复合体表面继续铺设步骤I中预编织成型的碳纤维层，然后重复步骤2和步骤3，冷却后得到双层碳纤维复合体；
[0031]步骤6)重复步骤5直至达到工件尺寸，得到成品。
[0032]其中，聚合物为塑性聚合物，可以反复熔融，便于相邻复合体之间的融合。步骤4与步骤5之间还通过辊轮铺料机构将碳纤维复合体表面压平，提高平整度，利于提高制备质量，减少瑕疵。
[0033]步骤5中激光烧结设备将聚合物粉末和固态聚合物层熔融，保证双层碳纤维复合体之间的牢固度。
[0034]步骤4得到碳纤维复合体后工作台面下降0.5至1mm，预留出操作空间，以便于下一层结构的打印。
[0035]使用选择性激光烧结设备，使用大功率激光为热源，通过振镜调节激光在工作面的位置，整个过程由程序控制完成，操作极为简单，大功率激光在工作面形成高温环境使得聚合物成为熔融状态。熔融后的聚合物与预编织成型的碳纤维结合，冷却后形成碳纤维复合体。当一个工作面完成后平台下降重复步骤制作第二个平面，以此重复完成整个工件。其大大缩短了制造时间，并且出错率低，提高产品质量。
[0036]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I)将预编织成型的碳纤维层铺设在工作台面上； 步骤2)通过辊轮铺料机构将聚合物粉末均匀铺设在碳纤维层表面； 步骤3)通过激光烧结设备将聚合物粉末熔融； 步骤4)熔融后的聚合物粉末与碳纤维层结合，冷却后形成由碳纤维层和固态聚合物层组成的碳纤维复合体； 步骤5)在碳纤维复合体表面继续铺设步骤I中预编织成型的碳纤维层，然后重复步骤2和步骤3，冷却后得到双层碳纤维复合体； 步骤6)重复步骤5直至达到工件尺寸，得到成品。2.根据权利要求1所述的使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，其特征在于:所述聚合物为塑性聚合物。3.根据权利要求1所述的使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，其特征在于:所述步骤4与步骤5之间还通过辊轮铺料机构将碳纤维复合体表面压平。4.根据权利要求1所述的使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，其特征在于:所述步骤5中激光烧结设备将聚合物粉末和固态聚合物层熔融。5.根据权利要求1所述的使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，其特征在于:所述步骤4得到碳纤维复合体后工作台面下降0.5至1mm。
【专利摘要】本发明公开了使用选择性烧结成型碳纤维增强聚合物复合材料的方法，包括以下步骤：步骤1)将预编织成型的碳纤维层铺设在工作台面上；步骤2)通过辊轮铺料机构将聚合物粉末均匀铺设在碳纤维层表面；步骤3)通过激光烧结设备将聚合物粉末熔融；步骤4)熔融后的聚合物粉末与碳纤维层结合，冷却后形成由碳纤维层和固态聚合物层组成的碳纤维复合体；步骤5)在碳纤维复合体表面继续铺设步骤1中预编织成型的碳纤维层，然后重复步骤2和步骤3，冷却后得到双层碳纤维复合体；步骤6)重复步骤5直至达到工件尺寸，得到成品。本发明操作方法简单，材料选择性光，并且便于制造复杂的异形结构。
【IPC分类】B32B37/02, B32B37/04
【公开号】CN104943323
【申请号】CN201510224487
【发明人】郭池, 徐军, 梁园
【申请人】苏州秉创科技有限公司, 西安交通大学苏州研究院
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月6日