CN113386349A - 一种碳纤维增强树脂基板材的3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：S1、准备打印原料，打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；S2、碳纤维布预处理；S3、准备打印浆料；S4、确定打印参数；S5、3D打印板材：根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；在打印有碳纤维布铺设的打印层面时，先铺设一层碳纤维布，再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触，然后通过3D打印设备的光源扫描进行打印，打印完成后去除多余的碳纤维布及打印浆料。该方法可实现碳纤维增强树脂基板材的快速制备，且所制备的板材具有优良的综合性能。

Description

一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，属于复合材料制备技术领域。
背景技术
碳纤维是一种高模量纤维的新型纤维材料，被称为“新材料之王”。碳纤维“外柔内刚”，碳纤维密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍，具有纤维柔软可加工性和强抗拉力两大特性。近年来，作为增强材料的碳纤维，通过与各种树脂基体复合形成的碳纤维增强树脂基复合材料，其应用范围不断扩大。但传统减材加工方式对材料浪费严重，成本高昂、浪费严重、制造周期长。3D打印作为一种增材制造方式，无需原胚和模具的制造方法可以给行业带来新的设计灵活性，减少能源使用和缩短上市时间。
作为增强材料，长碳纤维增强复合材料虽然在性能上具有更多优势，但其制备工艺较为局限，在3D打印技术领域更是有较多的技术瓶颈。所以在碳纤维增强复合材料制备技术领域，短切碳纤维增强复合材料制备工艺简单、可操作性强。但是，在短切碳纤维增强复合材料中，碳纤维含量过少无法起到增强作用，含量过多容易出现分布不均匀、团聚等问题，也无法起到良好的增强效果，传统的短切碳纤维增强复合材料中短碳纤维排列是杂乱无章的，增强效果有限。现有技术对碳纤维增强树脂基板材作进行了一些研究，但普遍存在机械强度不高，制备工艺复杂，原料浪费等问题。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，该方法可实现碳纤维增强树脂基板材的快速制备，原料利用率高，节约制备成本且而可减少环境污染和原材料浪费，所制备的板材具有优良的综合性能。
本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％-25％、短切碳纤维10％-20％、光敏树脂55％-75％；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝7.8-8.5，密封反应容器并在170℃-220℃温度下加热10h-14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将17％～25％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％～25％氧杂环丁烷化合物、45％～55％环氧树脂、2％～4％阳离子型光聚合引发剂、3％～5％自由基型光聚合引发剂和1％～3％硅烷偶联剂混合均匀，并充分加热搅拌得到光敏树脂；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；碳纤维布铺设的层面即碳纤维布铺设在哪些打印层面，主要根据碳纤维布的含量根和打印层面厚度而定；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的成型基板上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面(碳纤维布铺设的层面)的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明采用光固化3D打印的方法制备碳纤维增强树脂基板材，具有制备工艺简单，制备效率高，成型精度高，避免原材料浪费等优势。
二、本发明结合碳纤维布和短切碳纤维共同增强树脂，短切碳纤维在打印层面中分散分布、碳纤维布分布于打印层面之间，即使在高短切碳纤维含量的情况下，也不会出现团聚等现象，增强了板材的的力学性能。
三、本发明对碳纤维布进行预处理，可在碳纤维布表面掺杂硫氮，增加了碳纤维布的表面积和活性位点，改善了碳纤维布与打印层面的结合性能，提高最终制备的碳纤维增强树脂基板材的力学性能。
四、本发明先对碳纤维进行刻蚀处理，可大大提高碳纤维与树脂间的结合强度，提高碳纤维增强树脂基板材的力学性能。
五、本发明采用的光敏树脂具有耐高温、收缩变形小的特点，确保打印零件的成型效果，有效提高打印零件的质量。
六、本发明在打印有碳纤维布铺设的打印层面时，填入一层打印浆料后向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；不仅使得当前打印层面与碳纤维布下面的打印层面之间良好融合，同时增强当前打印层面与碳纤维布之间的结合界面，有利于提高碳纤维增强树脂基板材的成型质量和力学性能。
进一步，本发明所述打印浆料中短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm。
进一步，本发明所述步骤S3中步骤a对短切碳纤维进行刻蚀处理的具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至50℃-60℃反应2h-3h，然后过滤并洗涤干燥。
进一步，本发明所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的步骤中，所述充分加热搅拌是指在45℃-60℃温度下搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体。
进一步，本发明所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成。
进一步，本发明所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料氧杂环丁烷化合物为3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷。
进一步，本发明所述步骤S5中3D打印设备的光源为紫外激光光源。
进一步，本发明所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
通过对短切碳纤维进行了剪切诱导，实现了短切碳纤维的定向分布，与传统制备工艺中的杂乱无章相比，有利于根据实际需求，改善碳纤维增强树脂板材的力学性能。
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
具体实施方式
实施例
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％-25％、短切碳纤维10％-20％、光敏树脂55％-75％；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝7.8-8.5，密封反应容器并在170℃-220℃温度下加热10h-14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，得到刻蚀处理的短切碳纤维；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将17％～25％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％～25％氧杂环丁烷化合物、45％～55％环氧树脂、2％～4％阳离子型光聚合引发剂、3％～5％自由基型光聚合引发剂和1％～3％硅烷偶联剂混合均匀，并充分加热搅拌得到光敏树脂；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
优选的，所述打印浆料中短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm。
优选的，所述步骤S3中步骤a对短切碳纤维进行刻蚀处理的具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至50℃-60℃反应2h-3h，然后过滤并洗涤干燥。
优选的，所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的步骤中，所述充分加热搅拌是指在45℃-60℃温度下搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体。
优选的，所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成。
优选的，所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料氧杂环丁烷化合物为3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷。
阳离子型光聚合引发剂、自由基型光聚合引发剂和硅烷偶联剂可以根据需要选择，阳离子型光聚合引发剂可以选择三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂可以选择1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂可以选择3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
优选的，所述步骤S5中3D打印设备的光源为紫外激光光源。
优选的，所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
实施例一
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％、短切碳纤维20％、光敏树脂65％；所述短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝8，密封反应容器并在180℃温度下加热12h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至50℃反应3h，然后过滤并洗涤干燥；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将17％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、25％的3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷、50％环氧树脂、3％阳离子型光聚合引发剂、4％自由基型光聚合引发剂和1％硅烷偶联剂混合均匀，在50℃温度下充分搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体；其中所述环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成，阳离子型光聚合引发剂为三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂为1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
所述3D打印设备的光源为紫外激光光源；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
本例中所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
实施例二
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布25％、短切碳纤维10％、光敏树脂65％；所述短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝7.8，密封反应容器并在220℃温度下加热10h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至60℃反应2h，然后过滤并洗涤干燥；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将25％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％的3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷、50％环氧树脂、2％阳离子型光聚合引发剂、3％自由基型光聚合引发剂和3％硅烷偶联剂混合均匀，在45℃温度下充分搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体；其中所述环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成，阳离子型光聚合引发剂为三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂为1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
所述3D打印设备的光源为紫外激光光源；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
本例中所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
实施例三
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布25％、短切碳纤维20％、光敏树脂55％；所述短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝8.5，密封反应容器并在170℃温度下加热14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至55℃反应2.5h，然后过滤并洗涤干燥；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将18％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、18％的3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷、55％环氧树脂、4％阳离子型光聚合引发剂、4％自由基型光聚合引发剂和2％硅烷偶联剂混合均匀，在60℃温度下充分搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体；其中所述环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成，阳离子型光聚合引发剂为三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂为1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
所述3D打印设备的光源为紫外激光光源；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
本例中所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
实施例四
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％、短切碳纤维10％、光敏树脂75％；所述短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝8.5，密封反应容器并在170℃温度下加热14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至55℃反应2.5h，然后过滤并洗涤干燥；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将20％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、23％的3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷、45％环氧树脂、4％阳离子型光聚合引发剂、5％自由基型光聚合引发剂和3％硅烷偶联剂混合均匀，在50℃温度下充分搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体；其中所述环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成，阳离子型光聚合引发剂为三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂为1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
所述3D打印设备的光源为紫外激光光源；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
实施例五
一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布20％、短切碳纤维15％、光敏树脂65％；所述短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝8，密封反应容器并在200℃温度下加热12h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理，具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至55℃反应2.5h，然后过滤并洗涤干燥；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将18％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、18％的3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷、55％环氧树脂、4％阳离子型光聚合引发剂、4％自由基型光聚合引发剂和2％硅烷偶联剂混合均匀，在50℃温度下充分搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体；其中所述环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成，阳离子型光聚合引发剂为三芳基硫鎓六氟锑酸盐，自由基型光聚合引发剂为1-羟基环己基苯甲酮，硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短切碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的填入填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
所述3D打印设备的光源为紫外激光光源；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。

Claims (8)

1.一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备打印原料：所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布，打印浆料包括光敏树脂和短切碳纤维；所有打印原料的质量百分比为：碳纤维布15％-25％、短切碳纤维10％-20％、光敏树脂55％-75％；
S2、碳纤维布预处理：将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中，然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂，调节溶液的pH至pH＝7.8-8.5，密封反应容器并在170℃-220℃温度下加热10h-14h，自然冷却后取出碳纤维布，洗涤并干燥备用；
S3、准备打印浆料：a、对短切碳纤维进行刻蚀处理；b、配制光敏树脂：按照质量百分比将17％～25％三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、17％～25％氧杂环丁烷化合、45％～55％环氧树脂、2％～4％阳离子型光聚合引发剂、3％～5％自由基型光聚合引发剂和1％～3％硅烷偶联剂混合均匀，并充分加热搅拌得到光敏树脂；c、按步骤S1的质量百分比将刻蚀处理后的短碳纤维和光敏树脂混合，超声分散并充分搅拌混合均匀得到打印浆料；
S4、确定打印参数：3D打印编辑软件中对板材进行三维建模，对板材的三维模型进行分层处理并确定每个打印层面的二维切片数据，将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3D打印设备，设定3D打印工艺参数，包括打印路径、打印层面厚度、碳纤维布铺设的层面和光照时间；
S5、3D打印板材：密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护，根据步骤S4设定的3D打印工艺参数进行3D打印；
打印无碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：打印第一个打印层面时，在3D打印设备的成型基板上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件第一个打印层面的打印；打印其他打印层面时，在完成打印的打印层面上填入一层打印浆料，3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
打印有碳纤维布铺设的打印层面的具体操作是：先在完成打印的打印层面上铺设一层碳纤维布；再在碳纤维布上填入一层打印浆料，并向成型基板施加超声振动，使得打印浆料均匀铺展在碳纤维布上并渗入碳纤维布的孔洞内，与上一层打印层面接触；然后通过3D打印设备的光源按照预先设定打印路径，选择性地对填入的打印浆料进行扫描，光敏树脂固化，完成板材坯件当前打印层面的打印；
板材坯件打印完成后，去除多余的碳纤维布及打印浆料，洗涤并烘干，即完成碳纤维增强树脂基板材的制备。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述打印浆料中短切碳纤维的直径为3μm-15μm，长度为200μm-600μm。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中步骤a对短切碳纤维进行刻蚀处理的具体操作是：将短切碳纤维分散在67％硝酸溶液，加热至50℃-60℃反应2h-3h，然后过滤并洗涤干燥。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的步骤中，所述充分加热搅拌是指在45℃-60℃温度下搅拌，直至搅拌至淡黄色透明液体。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料环氧树脂由质量比为10:7的脂环族环氧树脂和双酚A型环氧树脂构成。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中步骤b配制光敏树脂的配料氧杂环丁烷化合物为3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷。
7.根据权利要求1、4、5或6任一所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S5中3D打印设备的光源为紫外激光光源。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基板材的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S4中设定的3D打印工艺参数还包括各打印层面中短切碳纤维的排布方向；在步骤S5打印过程中，每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚，填入一层打印浆料后，采用刮板沿着设定的当前打印层面中短切碳纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧，在刮掉多余打印浆料的同时，短切碳纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。
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