CN112936846A - 用于增材制造预制件的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于通过熔融沉积成型来增材制造预制件的方法，其中所述方法包括：a)供应连续长丝，所述连续长丝包括(i)由纤维束组成的一个内芯和(ii)完全地包裹所述内芯的外部粘结剂涂层；b)将所述连续长丝以进料速率进给至挤出机中，所述挤出机将所述连续长丝加热至在所述粘结剂的软化温度与所述粘结剂的熔融温度之间且低于所述纤维的熔融温度的温度；以及c)使所述连续长丝在基础表面上3D沉积成至少一个或更多个相继的层以获得所述预制件。还公开了所获得的预制件以及由此获得的增强复合材料部件。

Description

用于增材制造预制件的方法
技术领域
本公开涉及用于制造连续纤维预制件以获得增强复合材料部件的增材制造的技术领域。
背景技术
传统上，用干的连续纤维(无光的、织造的或单向的)增强的复合材料的制造方法基于设计复合材料(材料、厚度、取向)，选择并提供增强的不同结构，将织物切割成一定尺寸，将它们堆叠并将堆叠体压实以获得预制件。常规方法的一个特殊性在于，通过将织物切割成一定尺寸，将它们堆叠并将堆叠体压实而可以获得的预制件的几何结构限于2D件或2D1/2件，后者意指2D 1/2构件在平面的某个/某些区域中的高度可以与另外的区域不同。
随后将树脂施加至预制件上以获得期望的增强复合材料部件。尽管所述方法借助于机器人而被自动化，但是通常需要进行随后的机加工操作以用于在部件中排空或生成窗，因此增加了制造过程的生产成本和周期时间。
US2005/0067731A1公开了用于制造用于生产由复合材料制成的部件的预制件的方法。在支承表面上以相继的层沉积增强线。提供与增强线相关联的粘结剂以将增强线粘附至支承表面和线的相继的层。以在沉积有线的点处施加与支承表面基本上垂直的压力的方式将增强线压在支承表面上。可以将粘结剂预先施加至支承表面上，或者可以将其与增强线同时施加。该方法一方面需要用于压实所需的压力，并且另一方面不允许获得复杂的几何结构或3D预制件。
如与传统的减材制造技术相反，增材制造是其中机器用几乎任何材料逐像素、逐层地自动制造成形部件的方法。因此，增材制造技术简化了前述的大多数预处理和后处理，从而克服了它们的缺点，减少了技术限制并且提高了复合材料制造的竞争力(Luca D.(2017)J.Material Sci.Eng.6:4)。
目前，所有增材制造技术均面向制造由用短纤维或连续纤维增强的热塑性材料或热固性材料制成的最终增强复合材料部件。
Matzuaki R,Ueda M,Namiki M,Jeong TK,Asahara H,Horiguchi K,Nakamura T,Todoroki A and Hirano Y(Scientific reports(2016)6:23058)报道了基于熔融沉积成型(Fused-Deposition Modeling，FDM)的连续纤维增强热塑性部件的三维(3D)打印的增材制造方法。所述方法使得能够直接3D制造增强复合材料部件而不使用模具，并且包括向3D打印机单独供应热塑性长丝和连续增强纤维。连续纤维在打印机的经加热喷嘴中经热塑性物质浸渍。在使用碳纤维或玻璃纤维作为增强纤维时，所使用的热塑性物质为聚乳酸(PLA)。
Dickson AN,Barry JN,McDonell KA和Dowling DP(Additive Manufacturing 16(2017)146-152)评估了使用FDM增材制造技术制造的连续碳纤维、KevlarTM纤维和玻璃纤维增强复合材料的性能。尼龙纤维增强复合材料使用Markforged Mark One 3D打印系统制造。在所述系统中，增强纤维在3D打印系统的挤出机中经热塑性尼龙浸渍。Markforged方法的示意图在图3中示出。
然而，对于通过增材技术例如FDM制造的纤维增强最终复合材料部件，孔隙是主要问题。尽管将孔隙保持在最小程度已取得了一些进展(参见例如Wang J,Xie H,Weng Z,Senthil T和Wu L(2016)Mater Des 105,152-159以及Ning F,Cong W,Hu Z和Huang K(2017)J Compos Mater 51(27),3733-3742)，但是通过增材制造获得的复合材料部件仍然是过于多孔的，并因此相比于通过传统方法获得的那些复合材料部件，表现出较差的机械特性。
发明内容
为了克服一个或更多个前述缺点，本发明提供了用于获得具有改善的特性的纤维增强最终复合材料部件的替代方法。本方法基于通过熔融沉积成型(FDM)来增材制造连续纤维预制件，其用于随后通过液态成型过程，特别地通过树脂传递成型(resin transfermolding，RTM)过程或通过浸制(infusion)来制造最终增强复合材料部件。有利地，该连续纤维预制件，在下文中也称为预制件，可以根据由其获得的最终部件所期望的特性和特征来设计。利用本发明中描述的新技术，通过连续长丝沉积的增材制造方法来制造预制件而无需压合(stitching)。
附图说明
图1：示出了在现有技术中使用的长丝的截面。长丝(1)包括经热塑性材料(3)浸渍的纤维(2)的束。
图2：示出了根据本发明的连续长丝在被挤出之前的截面。长丝(4)包括：(i)由纤维(6)的束构成的一个内芯(5)；和(ii)包裹在内芯周围的外部粘结剂涂层(7)，但与图1中所示的长丝(1)相反未对纤维束进行浸渍。
图3：是根据现有技术的制造方法(Markforged方法)的方案，其中沉积预制的长丝(8)，以及(8')为经沉积的长丝，从而以相继的层提供增强复合材料最终部件(9)。
图4：是根据本发明的制造方法的方案，其中沉积连续长丝(4)(经沉积的长丝(10))；沉积相继的层，从而形成预制件(11)，并在用浸渍树脂(12)进行浸渍之后，获得增强复合材料最终部件(13)。浸渍步骤利用浸渍树脂消除初始孔隙来完成预制件。
具体实施方式
在一个方面，本发明涉及用于通过熔融沉积成型(FDM)来增材制造预制件的方法，所述方法包括：
a)供应连续长丝，所述连续长丝包括：
(i)包含纤维束的一个内芯，和
(ii)完全地包裹所述内芯的外部粘结剂涂层；
b)以进料速率将连续长丝进给至挤出机中，挤出机将连续长丝加热至在粘结剂的软化温度与粘结剂的熔融温度之间且低于纤维的熔融温度的温度；以及
c)使连续长丝在基础表面上3D沉积成至少一个或更多个相继的层对以获得预制件。
本发明的方法使得可以制造就发明人所知利用当前现有的预成型技术而无法获得的具有一定水平的细节、自由度和几何复杂度的3D连续纤维预制件。本发明的方法还允许由这些预制件开始制造增强复合材料最终部件，如将在下面解释的，具有高水平的拓扑优化和功能集成。
通常，使复合材料成型的方法使用预制的多片式织物(干预制件)，该多片式织物具有由排列成复杂空间结构的纱线或长丝束构成的不同架构。这些可以由织造、编织或非织造过程来形成。将树脂施加至预制件以形成复合材料。利用本发明的方法，本发明的连续纤维预制件，在下文中也称为预制件，通过连续纤维沉积的增材制造方法来制造而无需压合。
连续长丝
用于本发明中的连续长丝包括：
(i)包含纤维束的一个内芯，和
(ii)完全地包裹所述内芯的外部粘结剂涂层。
在图2中示出了根据本发明的示例性连续长丝(4)，其中内芯(5)由七根纤维(6)的束组成，并且所述内芯(5)被连续且均匀的外部粘结剂涂层(7)包裹，即，被完全包封。
与图1中示出的根据现有技术的长丝相比，其中现有技术的长丝(1)包括纤维(2)的束和粘结剂(3)，所述粘结剂(3)完全地浸渍了束中的所有纤维，在本发明的连续长丝中，粘结剂涂层仅包裹纤维束，而未浸渍纤维。在现有技术中使用图1中示出的长丝作为增材材料以制造增强复合材料最终部件(不是预制件)，并且在连续的长丝层之间出现孔从而降低部件的机械特性。
本发明中使用的连续长丝的特定结构对于获得使用该预制件获得的增强复合材料最终部件的优异特性是重要的。
用于本发明中的纤维束可以包含一根或更多根纤维。通常，该束包含可以在宽的范围内的数根纤维。在一些示例性实施方案中，纤维束包含5根至10000000根纤维；在另一些实施方案中，纤维束包含10根至1000000根或100根至100000根纤维。术语束应从广义上理解，也就是说，包括例如股线和编织线。
束的纤维可以由任何常规的增强材料中的一种或更多种制成，并且在现有技术中也被称为增强纤维，其对于技术人员是公知的。纤维的非限制性实例为天然纤维，例如羊毛、棉、亚麻等；合成纤维，例如芳族聚酰胺(aramide)、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；陶瓷纤维等；及其混合物。在特定实施方案中，纤维为碳纤维。
纤维束也可以包含金属线，例如铜，其可以是例如交织的以向连续长丝和由其获得的预制件提供特定特性，例如电阻加热能力。
在本发明的实施方案中使用的纤维是以粗纱形式提供的连续纤维。粗纱是适用于FDM方法中的连续纤维。用于本发明中的合适的纤维可以具有不同的特克斯(Tex)值和密度，没有特别限制。在本发明的一些示例性实施方案中，使用碳纤维。提供的，例如作为粗纱提供的合适碳纤维典型地呈现出1000特克斯至4000特克斯和10K至30K。
本公开中的粘结剂包含热塑性聚合物。术语粘结剂用于指形成长丝的涂层粘结剂的热塑性聚合物组合物，因为一方面其用于在制造预制件期间将束的纤维保持在一起。此外，粘结剂也使长丝的打印成为可能。原则上，可以使用本技术领域中使用的任何常规热塑性聚合物来获得粘结剂，更特别地，可以使用这样的任何热塑性聚合物：其与束的纤维相容并且与用于制造如下面进一步解释的增强复合材料最终部件的浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂相容。
如在本发明中使用的术语相容意指包裹纤维束的粘结剂的热塑性聚合物或粘结剂必须溶解在浸渍树脂中并且可与浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂混合；不应干扰浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂与纤维的粘结，从而允许正确且完全填充部件，因此避免在增强复合材料最终部件中产生孔。
用于粘结剂的热塑性聚合物的选择可以由技术人员在每种情况下根据所选择的将浸渍预制件的热塑性树脂或热稳定性树脂的化学特性、待使用的纤维的化学性质来确定。因此，各热塑性树脂或热固性树脂或树脂族均需要特定类型的粘结剂和纤维，所述特定类型的粘结剂和纤维可以由技术人员容易地确定。
适用作粘结剂的热塑性聚合物的非限制性实例为苯乙烯系嵌段共聚物、聚氨酯、共聚酯、及其混合物。
在一些优选实施方案中，苯乙烯系嵌段共聚物用于粘结剂，更优选地，苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。在仍然优选的实施方案中，相对于共聚物的总分子量，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物具有30分子量％至65分子量％的苯乙烯，特别地35分子量％至55分子量％的苯乙烯。在一些实施方案中，热塑性聚合物用例如硅烷化试剂、二甘氨酰甲基丙烯酸酯和/或马来酸酐进行化学官能化以使其化学特性改性并实现粘结剂在浸渍树脂中的上述溶解性。
连续长丝通过将热塑性聚合物同心挤出至包含连续增强纤维束的一个内芯上来获得。为此，使用线材涂覆喷嘴，其内部元件将允许限定长丝的总直径和包裹层涂层的厚度。根据待制造的预制件的类型和待获得的增强复合材料最终部件所需的性能，连续长丝的直径和粘结剂涂层的厚度可以在宽的范围内改变。此外，长丝的截面可以是例如圆形的、矩形的(带型的)或椭圆形的。
连续长丝的直径典型地可以为0.5mm至20mm，例如1.5mm至10mm，或2mm至5mm。
粘结剂涂层的厚度典型地为0.05mm至6mm、或0.1mm至2mm。此外，厚度为长丝的横截面的0.1％至20％，例如0.5％至10％、或1％至5％。
当长丝具有矩形截面时，其制备过程将与以上所公开的相同，仅改变覆盖头的元件的尺寸。在矩形截面长丝(带型)的情况下，外部尺寸典型地可以为0.5mm×5mm至7mm×15mm或1mm×3mm至5mm×12mm，并且涂层的厚度可以为0.05mm至5mm或0.1mm至3mm。为了检查长丝的外部尺寸，可以使用定位在涂覆头之后的校准行(calibration row)。
此外，通常，相对于长丝的总重量，粘结剂涂层的比例为5重量％至20重量％，特别地7重量％至15重量％，例如10重量％。
如上所公开的，粘结剂涂层完全覆盖一个内芯，但不浸渍纤维束，如图2中所示。因此，纤维最大程度地保持为干的并且在浸渍步骤期间与浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂最佳地接触。纤维的特性(材料的类型)及其结构(粗纱的特征：K和特克斯)将根据增强复合材料最终部件所需的机械特性来选择。粘结剂的化学性质和厚度也可以根据如下来选择：复合材料最终部件所需的特性以及待在随后的通过液态成型过程，特别地通过树脂传递成型(RTM)过程或通过浸制进行的浸渍步骤中使用的浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂的类型。
在一些示例性实施方案中，粘结剂包括以下特性中的一者或更多者：
–如通过ASTM D638-03测量的10MPa至110MPa或例如20MPa至80MPa的拉伸强度；
–如通过ASTM D790-03测量的0.10GPa至4GPa或例如0.5GPa至2GPa的挠曲弹性模量；
–75℃至395℃或例如100℃至250℃的软化温度；
–如通过ASTM 1238测量的1g/10m至30g/10m或例如5g/10m至20g/10m的流动指数。
在用于增材制造预制件的方法的步骤b)中，将连续长丝以进料速率进给至挤出机中，挤出机将长丝加热至在粘结剂的软化温度与粘结剂的熔融温度之间且低于纤维的熔融温度的温度。在一些特定实施方案中，将长丝在75℃至395℃、或100℃至350℃、或150℃至300℃，例如200℃或250℃的温度下加热。
在步骤c)中，使连续长丝在基础表面上3D沉积成至少一个或更多个相继的层以获得连续纤维预制件，这构成了本发明的另一个方面。由此不施加压力。
在用于打印预制件的一些特定实施方案中，将连续长丝进给至专用于这种类型的长丝加工的增材设备型FDM(熔融沉积成型)中，在挤出机头中通过刀或通过超声波而设置有切割系统。这种增材设备型FDM在本领域中是公知的并且可以具有3个至5个轴，例如4个轴。
增材设备也可以设置有另外的挤出机头以用于提供支承材料。在一些特定实施方案中，待获得的预制件的几何结构可能需要提供所述支承材料，所述支承材料也可以通过增材制造来获得。支承体典型地由与用于预制件本身的材料不同的材料获得。用于所述支承体的典型材料为聚乙烯醇、聚丙氨酸(PAL)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或其他热塑性聚合物等。该另外的打印头需要两个自由度(具有两个轴的倾斜基座或具有两个另外的自由度的打印头)。
如前所述，与现有技术中的其他技术，例如在US2005/0067731A1中公开的方法中相反，根据本发明的增材制造方法，连续长丝的沉积不需要在成型预制件上施加任何压力。因此，本发明方法允许制造具有复杂几何结构的3D预制件而没有任何限制。此外，将预制件设计与增材制造过程的控制集成在同一软件中简化并缩短了上市时间。
在另一方面，本发明涉及可通过以上公开的用于增材制造的方法获得的预制件。
预制件可以具有源自以上公开的纤维和热塑性聚合物的任何组合的任何化学组成。此外，预制件可以为2D、2D 1/2或3D并且具有任何几何结构和尺寸。
在一些优选实施方案中，预制件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，以及粘结剂包含苯乙烯系嵌段共聚物。
在另一些优选实施方案中，预制件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，以及粘结剂优选包含苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物。
在一些其他优选实施方案中，预制件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，以及粘结剂更优选包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物。
在另一些实施方案中，预制件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，以及粘结剂包含聚氨酯或共聚酯热塑性聚合物。
在一些实施方案中，预制件的面内渗透率为10-8m2至10-4m2，在恒定压力下通过线性浸制过程来测量。在一些其他实施方案中，面内渗透率为10-7m2至10-5m2，例如面内渗透率为10-6m2。更特别地，渗透率通过用500mm至1500mm长和150mm至350mm宽的金属模具进行的渗透率分析过程来确定，所述金属模具具有玻璃盖并且用橡胶垫封闭。树脂的浸制压力可以为0.1巴至10巴(0.01MPa至1MPa)。根据树脂调节填充温度以获得如根据ISO 12085测量的5mPa.秒至15000mPa.秒的粘度。填充速度在视觉上量化。预制件的渗透率可以通过作用于所打印的预制件的孔隙％来改变。
预制件典型地通过连续沉积连续长丝的层来获得，具有20％至75％，例如30％至60％或35％至55％的孔隙率。
在另一方面，本发明涉及本发明的预制件在制造增强复合材料最终部件中的用途。
在又一方面，本发明涉及用于由本发明的预制件开始制造增强复合材料最终部件的方法。因此，该方法包括：(i)根据如上限定的方法获得预制件；以及(ii)用热塑性树脂或热固性树脂浸渍所得的本发明的预制件。
图4中示出了该方法的示意图，用于更好地理解根据本发明的制造方法，其中将连续长丝(4)沉积(经沉积的长丝(10))成相继的层以获得预制件(11)，并在用浸渍树脂(12)将所述预制件浸渍之后，获得增强复合材料最终部件(13)。浸渍步骤用消除初始孔隙的浸渍树脂来完成预制件。
在浸渍步骤中使用的热塑性树脂或热固性树脂，在本文中也称为浸渍热塑性树脂或浸渍热固性树脂，在本领域中是公知的。浸渍可以通过液态成型过程，特别地通过树脂传递成型过程或通过浸制来进行。用于浸渍的热塑性树脂可以为例如尼龙，例如聚酰胺6(尼龙6)；热塑性弹性体(TPE)，例如苯乙烯系嵌段共聚物；热塑性聚氨酯(TPU)；或热塑性共聚酯(TPC)。在一些实施方案中，用于浸渍的热塑性树脂为尼龙，优选为聚酰胺6(尼龙6)。在一些其他实施方案中，热塑性树脂为热塑性弹性体，特别地选自苯乙烯系嵌段共聚物。在又一些实施方案中，热塑性树脂为TPU或TPC。
合适的热固性树脂的非限制性实例为环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂等。在一些实施方案中，树脂为热固性树脂，优选为环氧树脂。
在一些其他实施方案中，热固性树脂为聚酯。在又一些实施方案中，热固性树脂为乙烯基酯或酚醛树脂。
用于制造部件的方法还包括第一固化步骤。根据所选择的树脂或部件尺寸等因素，该第一固化步骤典型地在10℃至165℃、或25℃至150℃、或50℃至100℃的温度下进行。固化所需的时间也是可变的，但典型地为0.5小时至4小时，例如1小时至3小时。
该方法也可以包括另外的第二固化步骤(或后固化步骤)。根据第一固化步骤的条件、所选择的树脂或部件尺寸等因素，后固化典型地在40℃至180℃、或50℃至175℃、或60℃至150℃的温度下进行。后固化所需的时间也是可变的，但典型地为2小时至16小时，例如5小时至12小时、或7小时至10小时。
在另一方面，本发明涉及可通过以上公开的用于制造增强复合材料部件的方法获得的增强复合材料部件。本发明的用于制造增强复合材料部件的方法避免了在现有技术的其他增材方法中出现的在所获得的部件中的孔隙，从而使部件呈现出非常良好的机械特性，呈与通过目前复合材料的预制和成型的方法所实现的机械特性相同的数量级。
在一些优选实施方案中，部件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，粘结剂包含苯乙烯系嵌段共聚物，以及浸渍树脂包含环氧树脂。
在另一些优选实施方案中，部件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，粘结剂包含苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，优选地苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物，以及浸渍树脂包含环氧树脂。
在一些优选实施方案中，部件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，粘结剂包含苯乙烯系嵌段共聚物，以及浸渍树脂包含聚酰胺6。
在另一些优选实施方案中，部件包含纤维束，所述纤维选自：天然纤维；合成纤维，例如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(KevlarTM)；碳纤维；玻璃纤维；硼纤维；或陶瓷纤维；及其混合物，优选地碳纤维，粘结剂包含苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，优选地苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物，以及浸渍树脂包含聚酰胺6。
在一个优选实施方案中，部件包含碳纤维束，粘结剂包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，以及环氧树脂作为浸渍树脂。
在又一方面，本发明涉及以上公开的增强复合材料部件在诸如飞机、发动机进气歧管、汽车踏板、支承框架、中空部件、肋状部件或窗的元件的结构增强中的用途。
定义：
特克斯：用于表示线密度的单位，等于一千米的纱线、长丝、纤维或其他纺织股线的以克计的重量。
纤维束的“K”对应于集合在一起的纤维的以千计的量。
以下提供的实施例和附图旨在仅是示例性的并且不解释为以任何方式限制本发明。
实施例
实施例1：
1.1长丝制造
使用包括由纤维束制成的一个内芯和完全地包裹在所述一个内芯周围的外部粘结剂涂层制备连续长丝，所述纤维束由碳粗纱(Toho-Tenax HTS40 F13 24K 1600Tex)组成，其中所述粘结剂由热塑性聚合物即具有高流畅性(fluency)(根据ASTM 1238，2.5g/10分钟至7g/10分钟—190℃/5Kg)并且具有高苯乙烯含量(相对于共聚物的总分子量为38分子量％至50分子量％)的弹性体SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)组成。
通过线涂覆过程获得连续长丝，其中SBS的挤出温度为185℃至210℃
所得的连续长丝表现出1.75mm的直径；并且相对于长丝的总重量，SBS涂层以重量％计的量为8重量％至15重量％。
1.2预制件制造
将实施例1中获得的连续长丝进给至具有挤出机头的增材设备FDM中，所述挤出机头并入有借助于刀片的纤维切割系统。所述系统由允许通过调节层之间的重叠来限定预制件的孔隙的软件控制。通过连续沉积连续长丝的五个层来获得预制件，具有35％至55％的孔隙率。
1.3增强复合材料部件制造
为了生产复合材料，将在1.2中获得的预制件引入浸制模具中，随后按照树脂传递成型(RTM)过程用环氧体系浸制预制件。
作为环氧体系，使用专用于浸制过程的具有高流动性(根据ISO 12058-2在23℃下为205mPa)的环氧体系[环氧树脂：Resoltech 1050和催化体系1053S(硬化剂)]。混合比以重量计为100(环氧树脂):35(硬化剂)。
在浸制过程之后，使复合材料在室温下固化2.5小时，并在60℃下后固化4小时。
相对于部件的总重量，所获得的增强复合材料部件包含5重量％的SBS。根据ISO527-4(测试样品：250×25×3mm，速率：2mm/分钟)、ISO 178和ISO 868，部件呈现以下特性：
–拉伸强度：1019MPa
–拉伸模量：68GPa
–弯曲张力：868MPa
–挠曲模量：56252MPa
–抗冲击性：191KJ/m2(在23℃和50％h.r下)
–硬度肖氏D：70
相对于其中由以常规方式通过堆叠织物而获得的预制件开始来获得最终复合材料部件的常规技术方案，根据本发明获得的增强复合材料最终部件在没有损失拉伸强度并且在挠曲模量降低12.7％的情况下提供了抗冲击性的42.5％的改善。这表明SBS粘结剂涂层改善了最终部件的机械特性。

Claims (14)

1.一种用于通过熔融沉积成型来增材制造预制件的方法，所述方法包括：
a)供应连续长丝，所述连续长丝包括：
(i)由纤维束组成的一个内芯，和
(ii)完全地包裹所述内芯的外部粘结剂涂层；
b)将所述连续长丝以进料速率进给至挤出机中，所述挤出机将所述连续长丝加热至在所述粘结剂的软化温度与所述粘结剂的熔融温度之间且低于所述纤维的熔融温度的温度；以及
c)使所述连续长丝在基础表面上3D沉积成至少一个或更多个相继的层以获得所述预制件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维束包含一根或更多根纤维。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述纤维选自天然纤维、合成纤维、碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、及其混合物，特别为碳纤维。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含热塑性聚合物，所述热塑性聚合物优选地选自苯乙烯系嵌段共聚物、聚氨酯、共聚酯、及其混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述热塑性聚合物选自苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，优选地苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述长丝的直径为0.5mm至20mm，特别地1.5mm至10mm，更特别地2mm至5mm。
7.一种预制件，能够通过根据权利要求1至6中任一项所述的方法获得。
8.根据权利要求1所述的预制件，其中所述纤维为碳纤维，以及所述粘结剂包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
9.一种用于制造增强复合材料部件的方法，包括：按照根据权利要求1至6中任一项所限定的方法获得预制件；以及用热塑性树脂或热固性树脂浸渍所得预制件。
10.根据权利要求9所述的方法，包括第一固化步骤以及任选地包括后固化步骤。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，其中浸渍所述预制件通过液态成型过程，特别地通过树脂传递成型过程或通过浸制来进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中用于所述浸渍的所述树脂为热固性树脂，优选地环氧树脂；或热塑性树脂，优选地聚酰胺6树脂。
13.一种增强复合材料部件，能够通过根据权利要求9至11中任一项所述的方法获得。
14.根据权利要求13所述的增强部件，包含碳纤维束和含有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粘结剂以及作为浸渍树脂的环氧树脂。
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