CN114193658A - 一种连续碳纤维3d打印丝材外包裹方法及制备系统 - Google Patents

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CN114193658A CN202111465832.7A CN202111465832A CN114193658A CN 114193658 A CN114193658 A CN 114193658A CN 202111465832 A CN202111465832 A CN 202111465832A CN 114193658 A CN114193658 A CN 114193658A
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Abstract

本发明属于连续碳纤维复合材料增材制造技术领域,公开了一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统。首先将连续碳纤维丝线固定在连续纤维辊筒架上,将连续碳纤维丝依次穿过制备系统各构件中,并将纤维丝线缠绕在纤维丝材收卷辊上固定;其次向预浸箱中加入预浸纤维所用的树脂预浸溶液,连续碳纤维丝线经过预浸箱预浸一层所需的预浸树脂溶液,经过烘干筒烘干硬化;最后在传动导轮的引导下经过纤维外包裹构件对纤维预浸丝进行树脂外包裹,在绕线电机的牵引下经过纤维丝径休整单元对所制备的连续碳纤维丝材的丝径进行休整,修整后的连续碳纤维丝材被纤维丝材收卷辊收卷。

Description

一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统
技术领域
本发明属于连续碳纤维复合材料增材制造技术领域,涉及一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统。
背景技术
碳纤维因其具有高强度重量比和高模量以及耐腐蚀、耐高温、耐疲劳等一系列的优异性能,已迅速发展成为重要的增强体纤维材料。在3D打印碳纤维增强复合材料中,树脂基复合材料具有轻质高强及可设计性等优势,使其能够作为重要的承力部件,大大减轻产品的质量,降低成本,减少能耗,因而被广泛应用在航空航天、汽车以及军事工业等领域。
连续碳纤维增强热塑性3D打印树脂材料相较于传统的单一聚合物耗材打印的结构件在力学性能以及机械物理性能等方面均有明显的提升,现有的技术中打印连续碳纤维复合材料结构件还存在很多局限性,为改变这一打印结构件的局限性,其关键在于连续碳纤维丝材的制备问题。
发明内容
本发明提供了一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法及制备系统,可以制备配套连续纤维3D打印机使用的连续碳纤维3D打印丝材。
本发明通过以下技术方案来实现:
一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,包括连续碳纤维辊筒架、预浸箱、烘干筒、纤维外包裹单元、纤维丝径修整单元、冷却单元及纤维丝材自动绕线单元。所述连续碳纤维辊筒架前端通过铝合金型材搭建结构架并以螺纹紧固连续方式固接碳纤维预浸箱和烘干筒,外包裹单元通过螺纹固定在独立铝合金型材结构架上,丝径修整单元通过螺纹紧固的方式固接在外包裹单元下方,冷却单元独立固接在外包裹单元与自动绕线单元之间,自动绕线单元则固定连接在铝合金型材架最下方位置。
所述连续碳纤维辊筒架包括辊筒架本体、辊筒轴、辊筒紧固弹簧、辊筒紧固螺母及连续纤维引导环。辊筒架本体中间处穿入辊筒轴,辊筒轴外侧穿入辊筒紧固弹簧并在弹簧外侧拧入紧固螺母,连续纤维引导环固定连接在纤维辊筒架前端。
所述预浸箱及烘干筒部分,其中预浸箱包括预浸箱本体、纤维引导架Ⅰ、纤维引导架Ⅱ、预浸箱导轮支架及预浸箱纤维导轮;烘干筒包括烘干筒本体、烘干筒护架Ⅰ、烘干筒护架Ⅱ、纤维保护管、连续纤维引导轮。预浸箱本体固接在铝合金型材架之上,纤维引导架Ⅰ及纤维引导架Ⅱ固接在预浸箱前后两端,预浸箱导轮支架通过焊接的方式固定在预浸箱底端,预浸箱纤维导轮通过螺丝紧固方式分别固接在对应预浸箱导轮支架上;烘干筒护架Ⅰ和烘干筒护架Ⅱ通过螺纹紧固的方式固接在铝合金型材结构架上,纤维保护管穿入烘干筒中间,烘干筒本体通过卡扣方式固定在烘干筒护架Ⅰ和烘干筒护架Ⅱ之间。
所述纤维外包裹单元包括纤维外包裹结构件本体、纤维外包裹结构件保护外壳、纤维进丝喉管、树脂熔池、丝材外包裹螺纹挤出头、树脂进丝喉管、散热管Ⅰ、散热管Ⅱ、外包裹结构件加热孔、外包裹结构件测温孔、隔热板及垫板。纤维外包裹结构件本体为一体式结构件,在其中间部分开有锥形圆柱孔为树脂熔池,在其前、后表面分别开有外包裹结构件加热孔,在其前表面开有外包裹结构件测温孔,在其底部、上面及斜边均开有螺纹孔,分别固定连接外包裹结构件、丝材外包裹螺纹挤出头、纤维进丝喉管及树脂进丝喉管;散热管Ⅰ固接在树脂进丝喉管之上,散热管Ⅱ通过螺纹紧固的方式固接在纤维进丝喉管之上;垫板固接在铝合金型材架之上,隔热板、纤维外包裹结构件及纤维外包裹结构件保护外壳固接在垫板之上,其中隔热板在垫板与纤维外包裹结构件中间。
所述纤维丝径休整单元包括丝线休整结构架本体、丝径休整铜模Ⅰ、丝径休整铜模Ⅱ、丝径休整铜模Ⅲ、散热连接管Ⅰ、散热连接管Ⅱ、丝径修整结构件测温孔、丝径修整结构件加热孔及紧固圆盖。丝线休整结构架本体开有3个测温孔和6个加热孔并通过螺丝紧固方式固接在前文所述垫板上,丝径休整铜模Ⅰ、散热连接管Ⅰ、丝径休整铜模Ⅱ、散热连接管Ⅱ、丝径休整铜模Ⅲ以先后顺序穿入丝线休整结构架本体之中,紧固圆盖通过螺丝紧固方式固接在丝线休整结构架上。
所述冷却单元包括冷却扇及冷却扇导风罩。冷却扇导风罩通过卡扣连接的方式固接在冷却扇出风口一侧,冷却扇与冷却扇导风罩整体通过螺丝紧固方式固接在铝合金型材架之上,出风口对准外包裹纤维丝材。
所述纤维丝材自动绕线单元包括导轨步进电机、导轨、导轨移动平台、绕线减速电机、纤维丝材收卷辊、限位开关Ⅰ及限位开关Ⅱ。导轨步进电机整体框架固接在铝合金型材架底端,导轨移动平台穿过导轨固接,绕线减速电机通过螺丝紧固方式固接在导轨移动平台上,纤维丝材收卷辊通过卡扣方式固接在绕线减速电机上;限位开关Ⅰ及限位开关Ⅱ均固接在铝合金型材架上。
采用上述连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,提出一套针对此制备系统的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法,该方法具体包括以下步骤:
S1.将连续碳纤维丝线固定在连续纤维辊筒架上,将连续碳纤维丝依次穿过预浸箱、烘干筒、纤维外包裹构件及纤维丝径休整单元,将连续碳纤维丝线缠绕在纤维丝材收卷辊上固定;
S2.向预浸箱中加入预浸纤维所用的预浸溶液,通过温控仪将烘干筒、纤维外包裹构件及纤维丝径休整单元加热到预定温度;
S3.将树脂进给步进电机设定预定进给速率,将纤维丝材自动绕线单元的导轨电机、减速电机设定预定转速,将冷却单元开启,设定冷却扇转速;
S4.连续碳纤维丝线经过预浸箱预浸一层所需的预浸树脂溶液,经过烘干筒烘干硬化,在传动导轮的引导下经过纤维外包裹构件对纤维预浸丝进行树脂外包裹,在绕线电机的牵引下经过纤维丝径休整单元对所制备的连续碳纤维丝材的丝径进行休整,修整后的连续碳纤维丝材被纤维丝材收卷辊收卷。
采用上述一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法所制备的连续碳纤维3D打印丝材,该连续碳纤维3D打印丝材预浸时所选用的材料为一定浓度的树脂溶液,外包裹时所选用的材料为树脂丝材,其中材料成分与预浸树脂溶液材料成分相同。
本发明的有益效果为:连续碳纤维经过预浸箱时在高度不同的预浸箱纤维导轮作用下连续碳纤维单丝的内外表面能够充分预浸渍,经过预浸后的纤维预浸丝与树脂熔融共挤出形成纤维与树脂结合界面时,预浸丝束外表面的沟壑与树脂间形成机械啮合,根据相似相容原理,连续碳纤维预浸丝内部单丝间的结合界面将得到极大的提高,有利于放大连续碳纤维增强体的功能,提高连续碳纤维复合材料的机械性能;在经过纤维外包裹构件时对连续碳纤维预浸丝进行均匀的树脂外包裹,制备出所需的连续碳纤维3D打印丝材,所制备的连续碳纤维丝材由于经过树脂均匀的外包裹,因此可在配套连续纤维打印机上实现既定长度剪断,可自由设定纤维丝材打印预定长度,进而使得3D打印的连续碳纤维复合材料结构件成型结构更加多样化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明部分结构示意图一——连续碳纤维辊筒架示意图;
图3为本发明部分结构示意图二——预浸箱和烘干筒剖面示意图;
图4为本发明部分结构示意图三——纤维外包裹单元剖面示意图;
图5为本发明部分结构示意图四——纤维丝径休整单元示意图;
图6为本发明部分结构示意图五——冷却单元示意图;
图7为本发明部分结构示意图六——纤维丝材自动绕线单元示意图。
图中:1连续碳纤维辊筒架;101辊筒架本体;102辊筒轴;103辊筒紧固弹簧;104辊筒紧固螺母;105连续纤维引导环;
2预浸箱及烘干筒;201预浸箱本体;202-1纤维引导架Ⅰ;202-2纤维引导架Ⅱ;203预浸箱导轮支架;204预浸箱纤维导轮;205烘干筒本体;206-1烘干筒护架Ⅰ;206-2烘干筒护架Ⅱ;207纤维保护管;208连续纤维引导轮;
3纤维外包裹单元;301纤维外包裹结构件本体;302纤维外包裹结构件保护外壳;303纤维进丝喉管;304树脂熔池;305丝材外包裹螺纹挤出头;306树脂进丝喉管;307-1散热管Ⅰ;307-2散热管Ⅱ;308外包裹结构件加热孔;309外包裹结构件测温孔;310隔热板;311垫板;
4纤维丝径休整单元;401丝线休整结构架本体;402-1丝径休整铜模Ⅰ;402-2丝径休整铜模Ⅱ;402-3丝径休整铜模Ⅲ;403-1散热连接管Ⅰ;403-2散热连接管Ⅱ;404丝径休整结构件测温孔;405丝径休整结构件加热孔;406紧固圆盖;
5冷却单元;501冷却扇;502冷却扇导风罩;
6纤维丝材自动绕线单元;601导轨步进电机;602导轨;603导轨移动平台;604绕线减速电机;605纤维丝材收卷辊;606-1限位开关Ⅰ;606-2限位开关Ⅱ。
具体实施方式
实施例1
如图1-7所示,一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统包括连续碳纤维辊筒架1、预浸箱及烘干筒2、纤维外包裹单元3、纤维丝径修整单元4、冷却单元5及纤维丝材自动绕线单元6。所述连续碳纤维辊筒架1前端通过铝合金型材搭建结构架并且以螺纹紧固的方式固定连接碳纤维预浸箱和烘干筒2,其中预浸箱201末端传动轮凹槽最底端与烘干筒205中轴线保持共线,以保证纤维预浸丝线从烘干筒205中轴线穿过;外包裹单元3通过螺纹紧固方式固接在独立铝合金型材结构架上,连续碳纤维丝线通过传动轮穿过外包裹单元3;丝径修整单元4通过螺纹紧固的方式固接在外包裹单元3下方,其中两部分孔径保持对中;冷却单元5独立固接在外包裹单元与自动绕线单元6之间;自动绕线单元6则固定连接在铝合金型材架最下方位置。
实施例2
如图1-7所示,所述连续碳纤维辊筒架1包括辊筒架101本体、辊筒轴102、辊筒紧固弹簧103、辊筒紧固螺母104及连续纤维引导环105。辊筒架101本体中间处穿入辊筒轴102,纤维辊筒通过辊筒轴102上的螺纹固接在辊筒轴102上。在辊筒轴102外侧穿入辊筒紧固弹簧103并在弹簧外侧拧入紧固螺母104,使得纤维辊筒有一定的可调张力,连续纤维引导环105固定连接在纤维辊筒架1前端,连续纤维引导环105中轴线与烘干筒205中轴线保持水平方向共线关系且连续纤维引导环105为圆环设计,以防止纤维丝线刮伤及避免纤维丝线脱离纤维传动导轮。
实施例3
如图1-7所示,所述预浸箱及烘干筒2部分,预浸箱包括预浸箱201本体、纤维引导架Ⅰ202-1、纤维引导架Ⅱ202-2、多个高度不一的预浸箱导轮支架203及多个预浸箱纤维导轮204;烘干筒包括烘干筒205本体、烘干筒护架Ⅰ206-1、烘干筒护架Ⅱ206-2、纤维保护管207、连续纤维引导轮208。预浸箱201本体固接在铝合金型材架上,纤维引导架Ⅰ202-1及纤维引导架Ⅱ202-2固接在预浸箱前后两端,并且引导架开孔中轴线与烘干筒纤维保护管207的中轴线在水平方向共线;预浸箱导轮支架203通过焊接的方式固接在预浸箱201底端,预浸箱纤维导轮204通过螺丝紧固方式分别固接在预浸箱导轮支架203对应位置上,其中末端导轮凹槽最低端与烘干筒中轴线水平方向保持共线,保证纤维丝线能够处在同一水平面上;烘干筒护架Ⅰ206-1和烘干筒护架Ⅱ206-2螺纹紧固在铝合金型材结构架上,纤维保护管207两端均作圆角处理,防止对纤维丝线造成不必要的刮伤,中间部分为网状开孔结构,以保证纤维预浸丝线经过时能够充分烘干;纤维保护管207穿入烘干筒205中间,烘干筒205本体通过卡扣方式固定在烘干筒护架Ⅰ206-1和烘干筒护架Ⅱ206-2之间。通过温控仪来控制烘干筒205的烘干时所需温度,以保证纤维预浸丝线通过烘干筒205后能够完全烘干。在此部分连续碳纤维丝线经过预浸箱201中树脂溶液充分预浸渍,其纤维丝线表面及内部均会附着树脂溶液,经过烘干筒205对浸渍在碳纤维上的树脂溶液进行烘干处理。
实施例4
如图1-7所示,所述纤维外包裹单元3包括纤维外包裹结构件301本体、纤维外包裹结构件保护外壳302、纤维进丝喉管303、树脂熔池304、丝材外包裹螺纹挤出头305、树脂进丝喉管306、散热管Ⅰ307-1、散热管Ⅱ307-2、外包裹结构件加热孔308、外包裹结构件测温孔309、隔热板310及垫板311。纤维外包裹结构件301本体为一体式结构件,其中间部分开有锥形圆柱孔为树脂熔池304,一体件能够有效密封紧固,使得树脂熔池304具有稳定的腔压力,在此部分储存的树脂为熔融状态,以便对连续碳纤维预浸丝线附着熔融树脂进行外包裹;在其前、后表面分别开有外包裹结构件加热孔308用于插入加热管,在其前表面开有外包裹结构件测温孔309,用于插入K型热电偶;在其底部开有螺纹孔,用于纤维外包裹结构件301本体以及丝材外包裹螺纹挤出头305固定连接;在其上表面开有螺纹孔,纤维进丝喉管303通过螺纹紧固的方式固接在该螺纹孔上,散热管Ⅱ307-2通过螺纹紧固的方式固接在纤维进丝喉管303上,连续碳纤维预浸丝线通过张力轮引导穿过散热管Ⅱ307-2进入纤维外包裹构件301,其中张力轮末端导轮凹槽最底端与散热管Ⅱ307-2的中轴线在垂直方向上共线,使得纤维预浸丝线处在中轴位置,保证纤维外包裹均匀;在其斜表面开有螺纹孔,树脂进丝喉管306通过螺纹紧固的方式固接在该螺纹孔上,散热管Ⅰ307-1通过螺纹紧固的方式固接在树脂进丝喉管306上,树脂进给步进电机与散热管Ⅰ307-1之间通过四氟管进行远程连接,有效而稳定的进给树脂丝材;垫板311通过螺丝紧固方式固接在铝合金型材架上,隔热板310、纤维外包裹结构件301及纤维外包裹结构件保护外壳302通过螺丝紧固方式固接在垫板311上,其中隔热板310在垫板311与纤维外包裹结构件301中间,由于外包裹结构件301在运行工作时处于高温状态,因此隔热板310能有效隔断其热量传递,不至于对后面流程产生影响;所有构件通过螺纹紧固的方式固定连接,能够有效密封,形成较好的树脂熔池304内腔压力,利于连续碳纤维预浸丝线的外包裹;散热管Ⅰ307-1与散热管Ⅱ307-2能够有效的隔绝外包裹构件301的热量传递,对连续碳纤维预浸丝线以及树脂丝材不至于产生影响;在2个外包裹结构件加热孔308中插入加热管,用于对外包裹构件301进行加温;在外包裹结构件测温孔309中插入K型热电偶,用于传输外包裹结构件301的温度信号,两个加热管以及K型热电偶接入开关电源及温控仪上,温控仪设定所需温度,对外包裹结构件301进行加温,在运行过程中待温度达到既定温度后,树脂进给步进电机以稳定的进给速度进给树脂,在各纤维传动轮的引导下连续碳纤维预浸丝线穿过外纤维包裹构件301对纤维进行均匀外包裹。
实施例5
如图1-7所示,所述纤维丝径休整单元4包括丝线休整结构架401本体、丝径休整铜模Ⅰ402-1、丝径休整铜模Ⅱ402-2、丝径休整铜模Ⅲ402-3、散热连接管Ⅰ403-1、散热连接管Ⅱ403-2、丝径修整结构件测温孔404、丝径修整结构件加热孔405及紧固圆盖406。丝线休整结构架401本体开有3个测温孔和6个加热孔并通过螺丝紧固方式固接在前文所述垫板401上,丝径休整铜模Ⅰ402-1、散热连接管Ⅰ403-1、丝径休整铜模Ⅱ402-2、散热连接管Ⅱ403-2、丝径休整铜模Ⅲ402-3以先后顺序穿入丝线休整结构架本体401之中,其中丝径休整铜模Ⅰ402-1、丝径休整铜模Ⅱ402-2及丝径休整铜模Ⅲ402-3为梯度开孔,另外构件与构件之间保持中轴线对中,以此来保证纤维丝径修整单元4对外包裹纤维丝材均匀的丝径休整;紧固圆盖406通过螺丝紧固方式固接在丝线休整结构架401上。丝径修整结构件测温孔404中插入对应K型热电偶,丝径修整结构件加热孔405中插入对应加热管,通过温控仪对三部分加温处设置梯度温度,使得外包裹丝材的丝径休整效果更佳,纤维外包裹丝材经过休整后其丝径能够达到所需的丝径尺寸。
实施例6
如图1-7所示,所述冷却单元5包括冷却扇501及冷却扇导风罩502。冷却扇导风罩502通过卡扣连接的方式固接在冷却扇501出风口一侧,整体通过螺丝紧固方式固接在铝合金型材架之上,出风口对准外包裹纤维丝材,对纤维丝材进行降温冷却,使得纤维丝材包裹的树脂完全硬化,从而能够有效收卷所制备的纤维丝材。
实施例7
如图1-7所示,所述纤维丝材自动绕线单元6包括导轨步进电机601、导轨602、导轨移动平台603、绕线减速电机604、纤维丝材收卷辊605、限位开关Ⅰ606-1及限位开关Ⅱ606-2。导轨步进电机601整体框架固接在铝合金型材架底端,导轨移动平台603穿过导轨602固接,绕线减速电机604通过螺丝紧固方式固接在导轨移动平台603上,纤维丝材收卷辊605通过卡扣方式固接在绕线减速电机604上;限位开关Ⅰ606-1及限位开关Ⅱ606-2均固接在铝合金型材架上,与步进电机驱动器及步进电机控制器路进行线路连接,控制导轨步进电机601实现正反转切换从而实现导轨移动平台603来回摆动。通过步进电机控制器设定导轨步进电机601以及绕线减速电机604的合适转速,能够实现纤维外包裹丝材均匀的自动收卷。
实施例8
如图1-7所示,本发明所述的连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统提供一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹方法,该方法包括以下步骤:
S1.将连续碳纤维丝线固定在连续纤维辊筒架1上,将连续碳纤维丝依次穿过预浸箱201、烘干筒205、纤维外包裹构件301及纤维丝径休整单元4,将连续碳纤维丝线缠绕在纤维丝材收卷辊605上固定。
S2.向预浸箱201中加入预浸纤维所用的预浸溶液,通过温控仪将烘干筒205、纤维外包裹构件301及纤维丝径休整单元4加热到预定温度。
S3.将树脂进给步进电机设定预定进给速率,将纤维丝材自动绕线单元6的导轨电机601、减速电机604设定预定转速,将冷却单元5开启,设定冷却扇转速。S4.连续碳纤维丝线经过预浸箱201预浸一层所需的预浸树脂溶液,经过烘干筒205烘干硬化,在传动导轮的引导下经过纤维外包裹构件301对纤维预浸丝进行树脂外包裹,在绕线电机604的牵引下经过纤维丝径休整单元4对所制备的连续碳纤维丝材的丝径进行休整,修整后的连续碳纤维丝材被纤维丝材收卷辊605收卷。
实施例9
本发明所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其工作原理为:
预先将连续碳纤维丝线手动依次穿过连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统的各构件后,启动绕线减速电机604并调节纤维滚筒架1中的辊筒紧固螺母104为连续碳纤维丝线提供合适的张力,调节好后暂停绕线减速电机604;向预浸箱201中加入树脂预浸溶液,通过温控仪将烘干筒205、纤维丝线外包裹构件301及丝径休整单元4三部分加热到所需温度,待温度稳定后,开启冷却单元5的冷却扇,通过步进电机控制器及步进电机驱动器设定树脂进给步进电机树脂进给速率以及纤维丝材自动绕线单元6导轨步进电机602的转速,依次启动树脂进给步进电机、导轨步进电机602和绕线减速电机205;连续碳纤维丝线在连续纤维引导环105、纤维引导架Ⅰ202-1的引导下,经过预浸箱201进行预浸渍处理,预浸箱纤维导轮204通过依次上下交替的方式引导连续碳纤维在预浸箱201中充分预浸渍树脂溶液,经过预浸的纤维预浸丝线在纤维引导架Ⅱ202-2的引导下穿过烘干筒205,经过烘干筒205的纤维预浸丝线内外表面均被充分烘干;在纤维传动轮及T形张力轮的引导下,烘干后的纤维预浸丝线穿过纤维外包裹构件301,在树脂熔池304内的熔池内腔压力的作用下,纤维预浸丝线经过丝材外包裹螺纹挤出头305后外表面被均匀的包裹一层树脂;经过外包裹后的纤维丝材穿过具有梯度温度及梯度孔径的丝径休整铜模Ⅰ402-1、丝径休整铜模Ⅱ402-2及丝径休整铜模Ⅲ402-3,经过3个丝径休整铜模后的纤维丝材的丝径即为所需的丝径尺寸;修整后的纤维丝材经过冷却单元5充分冷却硬化后被自动绕线单元6均匀有序的收卷。

Claims (8)

1.一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于,包括连续碳纤维辊筒架(1)、预浸箱及烘干筒(2)、纤维外包裹单元(3)、纤维丝径修整单元(4)、冷却单元(5)、纤维丝材自动绕线单元(6);所述连续碳纤维辊筒架(1)通过铝合金型材搭建结构架并以螺纹紧固连续方式固接碳纤维预浸箱和烘干筒(2);外包裹单元(3)通过螺纹固定在独立铝合金型材结构架上;丝径修整单元(4)固接在外包裹单元(3)下方;冷却单元(5)独立固接在外包裹单元(4)与自动绕线单元(6)之间;自动绕线单元(6)则固定连接在铝合金型材架最下方位置。
2.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述连续碳纤维辊筒架(1)包括辊筒架(101)本体、辊筒轴(102)、辊筒紧固弹簧(103)、辊筒紧固螺母(104)及连续纤维引导环(105);辊筒架本体(101)中间处穿入辊筒轴(102),辊筒轴(102)外侧穿入辊筒紧固弹簧(103)并在弹簧外侧拧入紧固螺母(104),纤维引导环(105)固接在纤维辊筒架(1)前端。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述预浸箱及烘干筒(2)部分,其中预浸箱包括预浸箱(201)本体、纤维引导架Ⅰ(202-1)、纤维引导架Ⅱ(202-2)、预浸箱导轮支架(203)及预浸箱纤维导轮(204);烘干筒包括烘干筒(205)本体、烘干筒护架Ⅰ(206-1)、烘干筒护架Ⅱ(206-2)、纤维保护管(207)、连续纤维引导轮(208);预浸箱(201)本体固接在铝合金型材架上,纤维引导架Ⅰ(202-1)及纤维引导架Ⅱ(202-2)固接在预浸箱(201)前后两端,预浸箱导轮支架(203)固接在预浸箱底端,预浸箱纤维导轮(204)固接在预浸箱导轮支架(203)上,烘干筒护架Ⅰ(206-1)和烘干筒护架Ⅱ(206-2)固接在铝合金型材结构架上,纤维保护管(207)穿入烘干筒(205)中间,烘干筒(205)本体通过卡扣方式固定在烘干筒护架Ⅰ(206-1)和烘干筒护架Ⅱ(206-2)之间。
4.根据权利要求3所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述纤维外包裹单元(3)包括纤维外包裹结构件(301)本体、纤维外包裹结构件保护外壳(302)、纤维进丝喉管(303)、树脂熔池(304)、丝材外包裹螺纹挤出头(305)、树脂进丝喉管(306)、散热管Ⅰ(307-1)、散热管Ⅱ(307-2)、外包裹结构件加热孔(308)、外包裹结构件测温孔(309)、隔热板(310)及垫板(311);纤维外包裹结构件(301)本体为一体式结构件,在其中间部分开有锥形圆柱孔为树脂熔池(304),在其前、后表面分别开有外包裹结构件加热孔(308),在其前表面开有外包裹结构件测温孔(309),在其底部、上面及斜边均开有螺纹孔,分别固定连接外包裹结构件(301)、丝材外包裹螺纹挤出头(305)、纤维进丝喉管(303)及树脂进丝喉管(306),散热管Ⅰ(307-1)固接在树脂进丝喉管(306)上;散热管Ⅱ(307-2)通过螺纹紧固的方式固接在纤维进丝喉管(303)上;垫板(311)固接在铝合金型材架之上,隔热板(310)、纤维外包裹结构件(301)及纤维外包裹结构件保护外壳(302)固接在垫板(312)上。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述纤维丝径休整单元(4)包括丝线休整结构架(401)本体、丝径休整铜模Ⅰ(402-1)、丝径休整铜模Ⅱ(402-2)、丝径休整铜模Ⅲ(402-3)、散热连接管Ⅰ(403-1)、散热连接管Ⅱ(403-2)、丝径休整结构件测温孔(404)、丝径休整结构件加热孔(405)及紧固圆盖(406);丝线休整结构架(401)本体开有3个测温孔(404)和6个加热孔(405)并固接在前文所述垫板(311)上,丝径休整铜模Ⅰ(402-1)、散热连接管Ⅰ(403-1)、丝径休整铜模Ⅱ(402-2)、散热连接管Ⅱ(403-2)、丝径休整铜模Ⅲ(402-3)以先后顺序穿入丝线休整结构架(401)本体中,通过紧固圆盖(406)固接在丝线休整结构架(401)上。
6.根据权利要求5所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述冷却单元(5)包括冷却扇(501)及冷却扇导风罩(502);冷却扇导风罩(502)固接在冷却扇(501)出风口一侧,整体固接在铝合金型材架上。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统,其特征在于:所述纤维丝材自动绕线单元(6)包括导轨步进电机(601)、导轨(602)、导轨移动平台(603)、绕线减速电机(604)、纤维丝材收卷辊(605)、限位开关Ⅰ(606-1)及限位开关Ⅱ(606-2);导轨步进电机(601)整体框架固接在铝合金型材架底端,导轨移动平台(603)穿过导轨(602),绕线减速电机(604)固接在导轨移动平台(603)上,纤维丝材收卷辊(605)固接在绕线减速电机(604)上;限位开关Ⅰ(606-1)及限位开关Ⅱ(606-2)均固接在铝合金型材架上。
8.采用权利要求1-7任一所述的连续碳纤维3D打印丝材外包裹制备系统的方法,其特征在于包括以下步骤:
S1.将连续碳纤维丝线固定在连续纤维辊筒架(1)上,将连续碳纤维丝依次穿过预浸箱(201)、烘干筒(205)、纤维外包裹构件(301)及纤维丝径休整单元(4),将连续碳纤维丝线缠绕在纤维丝材收卷辊(605)上固定;
S2.向预浸箱(201)中加入预浸纤维所用的预浸溶液,通过温控仪将烘干筒(205)、纤维外包裹构件(301)及纤维丝径休整单元(4)加热到预定温度;
S3.将树脂进给步进电机设定预定进给速率,将纤维丝材自动绕线单元(6)的导轨电机(601)、减速电机(604)设定预定转速,将冷却单元(5)开启,设定冷却扇转速;
S4.连续碳纤维丝线经过预浸箱(201)预浸一层所需的预浸树脂溶液,经过烘干筒(205)烘干硬化,在传动导轮的引导下经过纤维外包裹构件(301)对纤维预浸丝进行树脂外包裹,在绕线电机(604)的牵引下经过纤维丝径休整单元(4)对所制备的连续碳纤维丝材的丝径进行休整,修整后的连续碳纤维丝材被纤维丝材收卷辊(605)收卷。
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