技术摘要：
本发明公开了一种连续纤维增强构件的3D打印成型方法，属于3D打印技术领域，包括：1)光敏树脂与连续纤维在挤出头内部充分接触，形成复合前驱体；2)利用3D打印平台同步进行构件成型；3)在光照条件下，打印过程中光敏树脂发生交联固化，完成连续纤维与光敏树脂的复合强化  全部
背景技术：
光敏树脂指用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，主要由齐聚物、光引 发剂、稀释剂组成。其本身是由高分子组成的具有一定粘度的胶状物质，这些高分子如同散 乱的链式交连的篱网状碎片。光敏树脂遇光后会改变其化学结构，这些分子结合成较长的 交联聚合物高分子，聚合物由胶质树脂转变成坚硬物质。光敏树脂具有固化速度快，生产与 能量利用率高的特点，是一种环境友好型材料。固化后的光敏树脂具有强度高、耐磨、耐腐 蚀等特性。同时光敏树脂可涂装各种基材，如塑料、皮革、金属、玻璃、陶瓷、纤维等，但是固 化后的光敏树脂存在韧性较差的问题。 连续纤维具有许多优良性能，纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕 变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，又兼 备纺织可加工性。而纤维本身强度较低，耐磨性、抗剪切应变能力较差。FDM-3D打印技术是 将低熔点线型材料热化后从挤出头喷出，挤出头在计算机的控制下，沿零件的每一截面的 轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的 构件层之上，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷 丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件， 这要求材料本身存在一定强度的同时，在打印过程中也需要具有一定塑性特性。 现有技术中，连续纤维和光敏树脂需要提前预浸，然后进行3D打印成型，生产效率 低，由于光敏树脂遇光后极易发生固化，从而改变其化学结构，生成较长的交联聚合物高分 子，容易堵塞喷头，导致打印成功率不高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种连续纤维增强构件的3D打印成型方法，将材料复合过 程与成型同步进行，以提高生产效率和打印成功率。 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 本发明提供一种连续纤维增强构件的3D打印成型方法，包括： 光敏树脂与连续纤维在挤出头内部充分接触，使连续纤维表面包裹光敏树脂，形 成复合前驱体； 利用3D打印平台同步进行构件成型； 在光照条件下，打印过程中光敏树脂发生交联固化，完成连续纤维与光敏树脂的 复合强化，得到连续纤维增强构件； 所述挤出头包括从上至下依次设置的送丝装置、剪断装置、挤出腔体和喷嘴，所述 送丝装置设有第一进料端，用于连续纤维的进料口，所述挤出腔体设有第二进料端，第二进 4 CN 111572016 A 说　明　书 2/5 页 料端与挤出腔体连通，用于光敏树脂的进料口，以实现连续纤维和光敏树脂的同步进料。 优选的，所述送丝装置包括框架、以及设置于其上的驱动轮、驱动电机、从动轮，驱 动轮通过联轴器与驱动电机的输出轴相连，连续纤维通过驱动轮和从动轮之间并夹紧，驱 动轮在驱动电路控制下转动，带动连续纤维向前进行送料，通过挤出腔体进料端口，进入挤 出腔体内部。 优选的，所述剪断装置包括第一刀片、第二刀片，剪断装置与3D打印平台的控制系 统连接，在纤维堆积成型过程中，根据构件模型路径与堆积方式的设计，从而实现对挤出腔 体进料端口的连续纤维进行精确剪断操作。 精确剪断操作能保证为打印部位剩余部分留下充足余料，同时，在完成该部位打 印过程后，挤出系统路径转移过程中停止材料供给的挤出。 优选的，所述第二进料端通过外接导管与蠕动泵连接，进行光敏树脂供料。 优选的，所述连续纤维的直径略小于挤出头喷嘴，从而使复合前驱体能够从顺利 通过挤出头喷嘴。 优选的，所述成型借助FDM-3D打印平台完成。 优选的，所述光敏树脂为市场上通用的液态光敏树脂。 优选的，所述连续纤维为韧性连续纤维、非韧性连续纤维中的一种。 更优选的，所述韧性连续纤维为连续玻璃纤维、连续金属纤维、连续竹炭纤维、连 续韧性矿物纤维、连续韧性合成纤维中的一种，韧性连续纤维质硬，本身存在一定塑性，同 时存在一定非轴向强度。 更优选的，所述非韧性连续纤维为连续碳纤维、连续尼龙纤维、连续芳纶纤维、连 续非韧性天然纤维、连续非韧性合成纤维中的一种，非韧性连续纤维质软，本身塑性较好， 非轴向强度较低。 在一个具体的实施方式中，采用韧性连续纤维，可直接采用FDM-3D打印平台进行 供给打印。 在一个具体的实施方式中，采用非韧性连续纤维，先进行表面处理，使其具有一定 韧性，再按照韧性连续纤维的方式进行打印，所述表面处理为加热处理、酸性腐蚀处理、涂 覆处理中的任意一种。 进一步，采用非韧性连续纤维，对其进行表面涂覆处理，包括以下步骤： (1)将非韧性连续纤维放入与打印相同材质的光敏树脂中进行浸泡，保证纤维与 树脂充分接触； (2)浸泡完成后将连续纤维拉直平放在桌面上，使用光源对其进行光照，使表面的 光敏树脂固化完成韧性处理。 进一步，采用非韧性连续纤维，对其进行表面涂覆处理，包括以下步骤： (a)以丙烯酰胺为包覆层对非韧性连续碳纤维进行同轴包覆处理； (b)使用光源对同轴包覆的连续纤维进行光照，使表面的丙烯酰胺发生交联固化 完成硬质化。 本发明的原理：本发明通过光敏树脂与连续纤维在挤出头内部形成复合前驱体， 随后借助FDM-3D打印平台在构件成型的过程中完成材料复合增强的一种方法，本发明在第 一进料端通入连续纤维，第二进料端通入光敏树脂，光敏树脂与纤维充分接触，使纤维表面 5 CN 111572016 A 说　明　书 3/5 页 包裹光敏树脂，随后在底板堆积成型，在打印过程中提供光源进行光照，光敏树脂在光照条 件下迅速交联固化，在完成光敏树脂与纤维复合过程的同时，保证了光敏树脂与平台基底、 光明树脂层与层之间的粘连、交联，从而保证了最终样品的成型与稳定性，最终得到强化的 3D打印构件。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 本发明使用连续纤维与光敏树脂的复合材料作为原料，借助FDM-3D打印平台完成 构件成型，以及精确剪短操作，实现树脂与纤维复合强化及成型过程是同步协调完成的，因 此在提升构件整体性能的同时，缩短了从原料强化到成型过程的周期，从而构件成型的效 率也得到提高。另一方面，在光敏树脂与连续纤维的选择上有着更为广泛的适用性与结合 性，能够针对不同材质构件进行选择性的打印成型。 本发明采用连续纤维与树脂复合的方法，对成型材料进一步强化，从而提高了最 终构件的质量与性能，同时材料复合过程和构件成型过程同步完成，提高打印材料的性能 之外保证了打印效率，应用前景广阔。 附图说明 图1为本发明3D打印平台挤出头的结构示意图。 图2为图1的A-A方向剖面图。 图3为连续纤维与光敏树脂的复合强化过程示意图。 图示序号： 1—送丝装置，101—第一进料端，102—框架，103—驱动轮，104—驱动电机，105— 从动轮； 2—剪断装置； 3—挤出腔体，301—第二进料端，302—挤出腔体进料端口； 4—喷嘴； 5—打印平台基底； 6—连续纤维增强构件。