CN112847925A - 一种连续纤维增强3d打印复合材料熔融浸渍系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法。所述连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂从挤出浸渍装置中挤出，使熔融的树脂均匀包覆连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；对预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；对连续纤维浸渍带进行热熔集束处理。本发明提供的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，实现了连续纤维增强3D打印复合材料的制备，提高了生产效率，适合批量化生产，制得的连续纤维增强3D打印复合材料纤维在树脂基体中分布均匀、界面粘结性好、直径稳定、空隙率低。

Description

一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法

技术领域

本发明属于连续纤维增强热塑性高分子复合材料领域，具体涉及一种连续纤维增强 3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法。

背景技术

连续纤维热塑性复合材料是将连续纤维和热塑性树脂经过熔融浸渍等工艺，使纤维充分浸润在树脂基体中而制备的复合材料，具备质轻、高强、耐腐蚀等一系列优点，作为传统材料的良好替代品，被广泛应用在航空航天、汽车、轮船、高铁、运动器材等领域。传统工艺是将纤维展丝之后送入树脂熔融模头中，并施加一定的压力，将树脂均匀分散到纤维内部。但是一般而言，连续纤维直径较小，树脂粘度较大，二者之间的界面能垒较高，树脂很难在纤维之间充分浸润。因此，设计出有效的浸渍系统和浸渍组件，成为本领域的难点。

针对上述现象，公开号为CN108099051A的专利公开了一种挤出浸渍设备和浸渍方法，通过独特设计的波纹状浸渍腔，能够使连续纤维带浸渍效果均匀，同时断裂的纤维能够被带出浸渍区，提高生产的稳定性和生产效率；但是该挤出浸渍设备结构和操作相对较复杂，且浸渍过程中，连续纤维易断裂，存在纤维堵塞风险。公开号为 CN201910691735.6的发明专利公开了一种设置预浸渍腔、纵浸渍腔和终浸渍腔的浸渍装置，使碳纤维先在粘度高的模区浸渍，继而在粘度低的模区浸渍，提高浸渍的透彻程度，保证浸渍的彻底性，但是可能存在不同粘度区域熔体相互污染的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：

使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理。

本发明实施例还提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，包括放料架、挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置和收卷装置，连续干纤维束被从放料架上引出后依次通过挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置，再被收卷装置收卷；

其中，所述挤出浸渍装置能够将树脂挤出，并使熔融的树脂均匀包覆从所述挤出浸渍装置的挤出模头中通过的干连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

所述压延装置至少用于对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

所述热熔集束装置至少用于对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；

所述冷却装置至少用于对所述复合线状纤维束进行冷却处理。

本发明实施例还提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：

提供上述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统；

将连续纤维原丝从放料架上引出，且使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

以压延装置对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

以热熔集束装置对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；以冷却装置对所述复合线状纤维束进行冷却处理，之后以收卷装置收卷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，巧妙的设计了压延装置和热熔集束装置，能够很好的解决现有连续纤维增强热塑性树脂复合材料浸渍效果差、生产成本高等缺点，克服连续纤维和树脂熔体的界面能，使连续纤维能够快速浸渍，能够有效降低连续纤维增强复合材料的孔隙率，提高线材的均匀性，实现连续纤维增强3D打印复合材料的快速一次成型和批量化、低成本化制备。

(2)本发明连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，其中，熔融浸渍模具能够保证树脂在纤维四周包覆均匀，外圈树脂与连续纤维内心同心性较好，保证后续压延浸渍树脂分布均匀性；相对于传统方法来说，此方法较为简单，易于操作和实现，且浸渍过程中连续纤维不易断裂，几乎不存在纤维堵塞风险，更不存在不同粘度区域熔体相互污染的问题。

(3)本发明连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，其中，使用的压延装置可进行温度调节，保障树脂始终处于熔融状态，便于进行压延浸渍，提高浸渍效率，提升浸渍效果；通过调整压延对辊的间隙，可以调节纤维展丝宽度，保证浸渍的均匀性，降低复合材料的孔隙率。

(4)本发明连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，其中，热熔集束装置采用喇叭口、长流道设计，可调温度范围大，能够有效提高树脂的流动性，将树脂充分填充在纤维束之间；圆形出丝口能够有效将复合材料集束成所需要的口径，且复合材料复合更加均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施方式中连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统的流程图。

图2是本申请一实施方式中连续纤维增强3D打印复合材料的SEM如图2。

图3是本申请一实施方式中连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统热熔集束装置的结构示意图。

附图标记说明：1、放料架，2、连续纤维原丝，3、挤出浸渍装置，4、料斗，5、预浸渍连续纤维，6、压延装置，7、连续纤维预浸渍带，8、热熔集束装置，9、连续纤维增强3D打印复合材料，10、冷却装置，11、收卷装置，81、集束装置纤维出口，82、集束装置纤维入口。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

鉴于现有技术中，难以制备出有效的浸渍系统和浸渍组件，本案发明人经过长期研究，提出了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，通过设计出熔融浸渍的浸渍模头和二次熔融浸渍模具，辅以展丝装置和预热装置实现连续纤维的熔融浸渍。

如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：

使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理。

在一些优选实施例中，所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：在使连续干纤维束在保持绷直的状态下从挤出浸渍装置的挤出模头中通过；优选的，施加在所述连续干纤维束上的张力为5-200N。

在一些优选实施例中，所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，包括：将连续的干纤维束从放料架上引出，再从所述挤出浸渍装置中通过，并以收卷装置收卷；优选的，所述放料架包括张力辊，用以使所述干纤维束在放料架与挤出浸渍装置之间保持绷直。

在一些优选实施例中，所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，所述挤出浸渍装置为螺杆挤出机，其中螺杆转速为1-300rad/min。

相应的，所述挤出浸渍装置的挤出机温度为RT～500℃。

在一些优选实施例中，所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，所述干纤维束包括无机和/或有机纤维，优选的，所述干纤维可以包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等中的任意一种或多种的组合，但不局限于此。

相应的，所述干纤维束的丝束大小为1～24K。

在一些优选实施例中，所述树脂采用热塑性树脂，优选的，所述树脂可以包括PEEK、 PEKK、PA6、PA66、PA12、PP、PC、PLA、ABS、PE、PPS、PI、PMMA、PVC、POM、 PET等中的一种或多种的组合，但不局限于此。

在一些优选实施例中，所述压延展丝处理采用的压力为1～20MPa，温度为RT～800℃。

相应的，所述热熔集束处理的温度为RT～800℃。

在一些优选实施例中，所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，还包括：在完成所述热熔集束处理后，对所获得复合纤维束进行冷却、收卷处理；优选的，所述收卷处理采用的收卷线速度为1-30m/min；优选的，采用冷却装置进行所述的冷却处理，调温范围为0～80℃。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，包括放料架、挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置和收卷装置，连续干纤维束被从放料架上引出后依次通过挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置，再被收卷装置收卷；

其中，所述挤出浸渍装置能够将树脂挤出，并使熔融的树脂均匀包覆从所述挤出浸渍装置的挤出模头中通过的干连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

所述压延装置至少用于对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

所述热熔集束装置至少用于对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；

所述冷却装置至少用于对所述复合线状纤维束进行冷却处理。

在一些优选实施例中，所述放料架包括张力辊，用以使所述干纤维束在放料架与挤出浸渍装置之间保持绷直。

在一些优选实施例中，所述挤出浸渍装置包括螺杆挤出机构，所述螺杆挤出机构内腔与料斗连通，所述料斗用于容置干燥的树脂。

在一些更为优选的实施例中，所述螺杆挤出机构采用单螺杆挤出机，螺杆直径20～40mm，长径比为20～40。

在一些优选实施例中，所述压延装置包括至少一对辊轮，所述辊轮表面有不沾聚四氟乙烯涂层，所述辊轮直径为40～300mm，且相配合的两个辊轮之间间距可调，调节范围为0.05～ 5.00mm之间，辊间压力为1～20MPa，辊轮温度在RT～800℃范围内可调节。

在一些优选实施例中，所述热熔集束装置的集束装置纤维入口直径为1～10mm，集束装置纤维出口直径为0.3～6mm。

相应的，所述热熔集束装置的集束装置纤维出口为圆形。

相应的，所述热熔集束装置具有喇叭口结构。

相应的，所述热熔集束装置的集束装置纤维出、入口间的长度为1～500mm。

相应的，所述收卷装置的气胀轴直径为4～100cm。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，，包括：

提供前述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统；

将连续纤维原丝从放料架上引出，且使连续的干纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

以压延装置对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

以热熔集束装置对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；

以冷却装置对所述复合线状纤维束进行冷却处理，之后以收卷装置收卷。

本发明实施例提供了一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统及方法，巧妙的设计了压延装置和热熔集束装置，能够很好的解决现有连续纤维增强热塑性树脂复合材料浸渍效果差、生产成本高等缺点，能够有效降低连续纤维增强复合材料的孔隙率，提高线材的均匀性，实现连续纤维增强3D打印复合材料的快速一次成型和批量化、低成本化制备。

以下结合实施例进一步说明本发明，实施例中所用的原料均为市售产品。

实施例1

参阅图1，本发明的一个实施例提供的一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，包括由进料向出料方向依次设置的放料架1、挤出浸渍装置3、压延装置6、热熔集束装置8、冷却装置10和收卷装置11；其中，连续干纤维束被从放料架1上引出后依次通过挤出浸渍装置3、压延装置6、热熔集束装置8、冷却装置10，再被收卷装置11收卷。

实施过程中，挤出浸渍装置3能够将树脂挤出，并使熔融的树脂均匀包覆从挤出浸渍装置3的挤出模头中通过的干连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；压延装置6至少用于对预浸渍连续纤维束5进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带7；热熔集束装置8至少用于对连续纤维浸渍带7进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；冷却装置10至少用于对复合线状纤维束进行冷却处理。

在具体实施过程中，放料架1包括张力辊，用以使干纤维束在放料架1与挤出浸渍装置 3之间保持绷直，挤出浸渍装置3包括螺杆挤出机构，螺杆挤出机构内腔与料斗4连通，料斗4用于容置干燥的树脂；压延装置6包括至少一对辊轮，辊轮表面有不沾聚四氟乙烯涂层，辊轮直径为40～300mm，且相配合的两个辊轮之间间距可调，调节范围为0.05～5.00mm之间，辊间压力为1～20MPa，辊轮温度在RT～800℃范围内可调节；如图3所示，热熔集束装置8具有集束装置纤维出口81和集束装置纤维入口82，其中，集束装置纤维入口82直径为1～10mm，集束装置纤维出口81直径为0.3～6mm，热熔集束装置8的集束装置纤维出口81为圆形，热熔集束装置8的集束装置纤维出口81和集束装置纤维入口82之间构成喇叭口结构，且进、集束装置纤维出口间的长度为1～500mm，收卷装置11的气胀轴直径为4～100cm。

本发明实施例中的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，工作过程如下：将提前干燥过的热塑性树脂加入料斗4中，并将挤出浸渍设备3预热到适当的温度，将连续纤维原丝2穿过挤出浸渍设备3，并启动机器将热塑性树脂连续挤出，同时收卷装置10匀速连续收卷，连续纤维在挤出浸渍设备3中制成预浸渍连续纤维束5；在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，该压延装置可以进行温度调节，为对辊设计，表面有铬镀层，铬镀层上面有特氟龙镀层。经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集。

实施例2

将热塑性树脂PA6在100℃下持续烘干8小时，加入料斗4中，并将挤出浸渍设备3预热到230℃，将1K连续碳纤维原丝穿过挤出浸渍设备3模头；并启动机器将热塑性树脂PA6连续挤出，螺杆转速为60rad/min；同时收卷装置10匀速连续收卷，线速度为5m/min。

连续纤维在挤出浸渍设备3中制成预浸渍连续纤维束5，在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，调节压延对辊的间隙为0.2mm，温度为220℃，其中特氟龙涂层保证树脂不会粘结到辊上，经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，其中纤维入口直径为2.00mm，纤维出口直径为0.50mm，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集，连续纤维增强3D打印线材SEM如图2，碳纤维单丝在树脂中分布较为均匀，每根单丝均有树脂包覆。

测试表明本发明实施例制得的连续纤维增强3D打印复合材料性能参数如下：

直径(mm)	树脂含量(wt％)	空隙率(％)	拉伸强度(MPa)
				0.45	60	0.032	1230

实施例3

将热塑性树脂PA6在100℃下持续烘干8小时，加入料斗4中，并将挤出浸渍设备3预热到230℃，将3K连续碳纤维原丝穿过挤出浸渍设备3模头；并启动机器将热塑性树脂PA6连续挤出，螺杆转速为60rad/min；同时收卷装置10匀速连续收卷，线速度为5m/min。

连续纤维在挤出浸渍设备3中制成预浸渍连续纤维束5，在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，调节压延对辊的间隙为1.0mm，温度为220℃，其中特氟龙涂层保证树脂不会粘结到辊上，经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，其中纤维入口直径为3mm，纤维出口直径为1.5mm，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集。

测试表明本发明实施例制得的连续纤维增强3D打印复合材料性能参数如下：

直径(mm)	树脂含量(wt％)	空隙率(％)	拉伸强度(MPa)
				1.32	50	0.052	1150

实施例4

将热塑性树脂PEEK在100℃下持续烘干8小时，加入料斗4中，并将挤出浸渍设备预热到380℃，将24K连续碳纤维原丝穿过挤出浸渍设备3模头；并启动机器将热塑性树脂PA6连续挤出，螺杆转速为60rad/min；同时收卷装置10匀速连续收卷，线速度为5m/min。

连续纤维在挤出浸渍设备3中制成预浸渍连续纤维束5，在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，调节压延对辊的间隙为2.0mm，温度为370℃，其中特氟龙涂层保证树脂不会粘结到辊上，经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，其中纤维入口直径为10mm，纤维出口直径为3.2mm，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集。

测试表明本发明制得的连续纤维增强3D打印复合材料性能参数如下：

直径(mm)	树脂含量(wt％)	空隙率(％)	拉伸强度(MPa)
				3.82	43	0.113	974

对照例1

在1K连续碳纤维原丝上直接涂覆熔融树脂，制成预浸渍连续纤维束5，同时收卷装置 10匀速连续收卷，线速度为5m/min；在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，调节压延对辊的间隙为0.2mm，温度为220℃，其中特氟龙涂层保证树脂不会粘结到辊上，经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，其中纤维入后直径为2mm，纤维出口直径为0.5mm，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集，连续纤维增强3D打印线材SEM。

测试表明本对照例制得的连续纤维增强3D打印复合材料性能参数如下：

直径(mm)	树脂含量(wt％)	空隙率(％)	拉伸强度(MPa)
				0.52	55	0.41	1174

对照例2

将1K连续碳纤维原丝直接穿过熔融树脂，制成预浸渍连续纤维束5，同时收卷装置10 匀速连续收卷，线速度为5m/min；在收卷张力的持续牵引下，预浸渍连续纤维束5进入可进行温度调节的压延装置6，调节压延对辊的间隙为0.2mm，温度为220℃，其中特氟龙涂层保证树脂不会粘结到辊上，经过压延装置后，制得连续纤维预浸渍带7。随后连续纤维预浸渍带7进入热熔集束装置8，其中纤维入后直径为2mm，纤维出口直径为0.5mm，最终制备连续纤维增强复合3D打印线材9，随后被收卷装置10卷绕收集，连续纤维增强3D打印线材 SEM。

测试表明本对照例制得的连续纤维增强3D打印复合材料性能参数如下：

直径(mm)	树脂含量(wt％)	空隙率(％)	拉伸强度(MPa)
				0.55	53	0.39	1097

由对照例与实施例进行对比，可以看出通过本发明能够克服连续纤维和树脂熔体的界面能，使连续纤维能够快速浸渍，能够有效降低连续纤维增强复合材料的孔隙率，提高线材的均匀性。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、 has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于包括：

使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理。

2.根据权利要求1所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于，包括：在使连续干纤维束在保持绷直的状态下从挤出浸渍装置的挤出模头中通过；优选的，施加在所述连续干纤维束上的张力为5-200N。

3.根据权利要求1所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于，包括：将连续的干纤维束从放料架上引出，再从所述挤出浸渍装置中通过，并以收卷装置收卷；优选的，所述放料架包括张力辊，用以使所述干纤维束在放料架与挤出浸渍装置之间保持绷直。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于：所述挤出浸渍装置为螺杆挤出机，其中螺杆转速为1-300rad/min；和/或，所述挤出浸渍装置的挤出机温度为RT～500℃。

5.根据权利要求1所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于：所述干纤维束包括无机和/或有机纤维，优选的，所述干纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种的组合；和/或，所述干纤维束的丝束大小为1～24K；和/或，所述树脂采用热塑性树脂，优选的，所述树脂包括PEEK、PEKK、PA6、PA66、PA12、PP、PC、PLA、ABS、PE、PPS、PI、PMMA、PVC、POM、PET中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于：所述压延展丝处理采用的压力为1～20MPa，温度为RT～800℃；

和/或，所述热熔集束处理的温度为RT～800℃；和/或，所述热熔集束处理采用的热熔集束装置的集束装置纤维入口直径为1～10mm，集束装置纤维出口直径为0.3～6mm。

7.根据权利要求1所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于，还包括：在完成所述热熔集束处理后，对所获得复合纤维束进行冷却、收卷处理；优选的，所述收卷处理采用的收卷线速度为1-30m/min；优选的，采用冷却装置进行所述的冷却处理，调温范围为0～80℃。

8.一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，其特征在于包括放料架、挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置和收卷装置，连续干纤维束被从放料架上引出后依次通过挤出浸渍装置、压延装置、热熔集束装置、冷却装置，再被收卷装置收卷；

其中，所述挤出浸渍装置能够将树脂挤出，并使熔融的树脂均匀包覆从所述挤出浸渍装置的挤出模头中通过的干连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

所述压延装置至少用于对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

所述热熔集束装置至少用于对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；

所述冷却装置至少用于对所述复合线状纤维束进行冷却处理。

9.根据权利要求8所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统，其特征在于：

所述放料架包括张力辊，用以使所述干纤维束在放料架与挤出浸渍装置之间保持绷直；

和/或，所述挤出浸渍装置包括螺杆挤出机构，所述螺杆挤出机构内腔与料斗连通，所述料斗用于容置干燥的树脂；

和/或，所述螺杆挤出机构采用单螺杆挤出机，螺杆直径20～40mm，长径比为20～40；

和/或，所述压延装置包括至少一对辊轮，所述辊轮表面有不沾聚四氟乙烯涂层，所述辊轮直径为40～300mm，且相配合的两个辊轮之间间距可调，调节范围为0.05～5.00mm之间，辊间压力为1～20MPa，辊轮温度在RT～800℃范围内可调节；

和/或，所述热熔集束装置的集束装置纤维入口直径为1～10mm，集束装置纤维出口直径为0.3～6mm，和/或，所述热熔集束装置的集束装置纤维出口为圆形，和/或，所述热熔集束装置具有喇叭口结构，且所述热熔集束装置的集束装置纤维出、入口间的长度为1～500mm；

和/或，所述收卷装置的气胀轴直径为4～100cm。

10.一种连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍方法，其特征在于，包括：

提供权利要求8或9所述的连续纤维增强3D打印复合材料熔融浸渍系统；

将连续纤维原丝从放料架上引出，且使连续的干连续纤维束从挤出浸渍装置的挤出模头中通过，并将树脂以所述挤出浸渍装置挤出，使熔融的树脂均匀包覆所述连续纤维束，获得预浸渍连续纤维束；

以压延装置对所述预浸渍连续纤维束进行压延展丝处理，使熔融的树脂均匀分散到纤维束内部，获得连续纤维浸渍带；

以热熔集束装置，对所述连续纤维浸渍带进行热熔集束处理，获得复合线状纤维束；

以冷却装置对所述复合线状纤维束进行冷却处理，之后以收卷装置收卷。

Images