CN114261087B - 连续纤维增强smp复合材料芯模3d打印及“抽丝”脱模方法 - Google Patents

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一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，通过3D打印连续纤维增强形状记忆聚合物实现任意复杂构型芯模的制备，芯模在低于SMP玻璃化转变温度状态下具有良好强度能够支撑外部材料结构的固化，待外部结构完全固化之后，升温至SMP玻璃化转变温度以上芯模软化，此时采用电机驱动将连续纤维沿原打印路径逐层“抽丝”，最终实现整个芯模从复杂结构型腔中脱模取出，本发明具有工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的优点。

Description

连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法
技术领域
本发明涉及复杂结构制备及脱模技术领域，具体涉及一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法。
背景技术
随着世界各国在航空航天、武器装备等领域竞争日趋激烈，对于材料结构的要求逐渐呈轻质化、复杂化、一体化等特点，因而对于复杂结构芯模制造技术及脱模方法也提出了更高的要求。目前常见的模具多为金属单模、膨胀模具、复合材料模具，在制备平板或敞口结构较为有效，对于表面多曲度变化、几何形状复杂或口径小、内腔大的中空结构等复杂形状结构仍很难发挥作用，从而制约了该类材料的进一步发展应用。
根据最新的文献显示，国内外研究机构对于复杂形状结构制备及脱模方法主要包括：组合式金属模具、水溶性模具、气囊模具等，其中组合式金属模具通常通过将整个模具设计为多个金属活块组合，当外部结构完全固化以后，依次拆除各个金属模块实现脱模，但存在生产周期长、多次使用精度下降、脱模过程繁琐、脱模应力大等问题；水溶性模具通常通过在水溶性材料中添加砂子、石膏等增强材料经浇注、固化、干燥制备模具，在结构固化完全后通过自来水冲洗内部芯模得到中空的复合材料结构，其存在模具制备过程繁琐、对于外部固化材料种类有所限制，适用性较差；气囊模具通常通过对高变形气囊充气加压使复合材料完全贴合在金属阴模内壁，等待结构固化成型后卸去气压取出模具，然而气囊模具在制备过程中需始终保持充压状态，若稍有漏气现象则会导致成型精度大大降低、可靠性不强。
综上所述，目前对于表面多曲度变化、几何形状复杂或口径小、内腔大的中空结构等复杂形状结构制备及脱模仍然缺乏工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具有工艺流程简便、适应性强、生产周期短、可靠性高的优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，通过3D打印连续纤维增强形状记忆聚合物(SMP)实现任意复杂构型芯模的制备，芯模在低于SMP玻璃化转变温度状态下具有良好强度能够支撑外部材料结构的固化，待外部结构完全固化之后，升温至SMP玻璃化转变温度以上芯模软化，此时采用电机驱动将连续纤维沿原打印路径逐层“抽丝”，最终实现整个芯模从复杂结构型腔中脱模取出。
一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将形状记忆树脂及添加剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；
步骤二，以所需复杂结构为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；
步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；
步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；
步骤五，对芯模进行热固化后处理；
步骤六，通过浇铸或增材制造方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；
步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层“抽丝”脱模，最终制备出内部中空复杂构型结构。
所述的步骤一中调控形状记忆树脂及添加剂的比例，使所制备芯模的玻璃化转变温度高于所支撑外部材料结构的固化温度，但需低于所支撑外部材料结构的软化温度。
所述的步骤一中的形状记忆聚合物可以为热固性形状记忆聚合物、热塑性形状记忆聚合物、热固/热塑混合形状记忆聚合物或随外部场环境激励出现明显软化变形的材料，外部场环境激励方式可以为热、电、声、光或磁激励。
所述的步骤三中连续纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维或具有良好延展性连续纤维的一种或多种。
所述的步骤四中的打印方式为连续纤维熔融沉积方式。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1)本发明通过3D打印连续纤维增强SMP实现任意复杂结构芯模的制备，芯模能同时兼顾复杂结构固化成型过程中所需的支撑强度及脱模软化的性能特点，相较于现有技术，本发明的制备流程更加简便、生产周期短、适用性更强，具有极大的经济价值和发展潜力。
2)在芯模制备过程中通过3D打印技术将连续纤维按预定打印路径逐层铺放，在脱模过程中，沿原打印路径逐层“抽丝”，从而实现芯模从外部复杂结构型腔中取出，本发明巧妙地将芯模的制备及脱模有效结合，相比于现有技术，本发明能实现更加复杂结构制备的同时，实现更高的脱模自动化程度。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例1，参照图1，一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将形状记忆树脂及添加剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；
本实施例形状记忆树脂为双酚A类环氧树脂，添加剂为二氨基二苯甲烷，二者的重量比为100：6；
步骤二，以所需复杂结构为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；
本实施例复杂构型为倒锥状构型；
步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；
本实施例中连续纤维为凯夫拉纤维或碳纤维或玻璃纤维；
步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；
本实施例通过3D打印机制备了倒锥状构型的支撑芯模；
步骤五，对芯模进行热固化后处理；
本实施例在80℃固化2.5h，再升温至150℃固化1.5h条件下进行热固化处理；
步骤六，通过浇铸方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；
本实施例在芯模外侧浇注硅胶材料；
步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层“抽丝”脱模，最终制备出内部中空复杂构型结构；
本实施例待硅胶材料固化成型后，将温度加热至复杂构型模具材料玻璃化转变温度(100℃)以上，此时倒锥状芯模出现软化现象，接通驱动电机将芯模沿打印路径逐层“抽丝”取出，最终实现整个芯模的脱模取出，得到内部为倒锥状构型的硅胶构件。
实施例2，参照图1，一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将形状记忆树脂及固化剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；
本实施例形状记忆树脂为聚氨酯，添加剂为4,4，-二苯基甲烷二异氰酸酯，二者的重量比为3：1；
步骤二，以所需复杂结构为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；
本实施例复杂构型为梯度圆筒构型；
步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；
本实施例连续纤维为凯夫拉纤维或碳纤维或玻璃纤维；
步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；
本实施例通过3D打印机制备了梯度圆筒构型的支撑芯模；
步骤五，对芯模进行热固化后处理；
本实施例在80℃固化2.5h，再升温至100℃固化2h条件下进行热固化处理；
步骤六，通过浇铸方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；
本实施例在芯模外侧浇注黏土材料；
步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层“抽丝”脱模，最终制备出内部中空的复杂构型结构；
本实施例待黏土材料固化成型后，将温度加热至芯模材料玻璃化转变温度(80℃)以上，此时梯度圆筒芯模出现软化现象，接通驱动电机将芯模沿打印路径逐层“抽丝”取出，最终实现整个芯模的脱模取出，得到内部为梯度圆筒构型的黏土构件。
实施例3，参照图1，一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将形状记忆树脂及固化剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；
本实施例形状记忆树脂为双酚A类环氧树脂，固化剂为二氨基二苯甲烷，二者的重量比为100：2；
步骤二，以所需复杂构型为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；
本实施例复杂构型为哑铃型构型；
步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；
本实施例连续纤维为凯夫拉纤维或碳纤维或玻璃纤维；
步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；
本实施例通过3D打印机制备了哑铃型构型的支撑芯模；
步骤五，对芯模进行热固化后处理；
本实施例在80℃固化2.5h，再升温至150℃固化1.5h条件下进行热固化处理；
步骤六，通过增材制造方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；
本实施例在芯模外侧打印火药材料，以芯模为支撑实现外部复杂结构成型固化；
步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层抽丝脱模，最终制备出内部中空的复杂构型结构；
本实施例待火药材料固化成型后，将温度加热至芯模材料玻璃化转变温度(70℃)以上，此时芯模出现软化现象，接通驱动电机将芯模沿打印路径逐层“抽丝”取出，最终实现整个芯模脱模取出，得到内部为哑铃型构型的药柱构件。

Claims (3)

1.一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，其特征在于：通过3D打印连续纤维增强形状记忆聚合物实现任意复杂构型芯模的制备，芯模在低于SMP玻璃化转变温度状态下具有良好强度能够支撑外部材料结构的固化，待外部结构完全固化之后，升温至SMP玻璃化转变温度以上芯模软化，此时采用电机驱动将连续纤维沿原打印路径逐层“抽丝”，最终实现整个芯模从复杂结构型腔中脱模取出；
所述的一种连续纤维增强SMP复合材料芯模3D打印及“抽丝”脱模方法，包括以下步骤：
步骤一，将形状记忆树脂及添加剂，按比例放入电磁搅拌器中混合均匀，制备成形状记忆聚合物；
步骤二，以所需复杂结构为目标模型，完成芯模数字模型建模，通过切片软件生成打印路径；
步骤三，通过送丝机构将连续纤维预先从打印头送出，将配制好的形状记忆聚合物放入打印熔池，加热熔融形状记忆聚合物实时浸润连续纤维；
步骤四，执行打印指令，沿连续纤维打印路径逐层堆叠，完成芯模初步成型制备；
步骤五，对芯模进行热固化后处理；
步骤六，通过浇铸或增材制造方法在芯模外部添加材料，在芯模支撑下进行复杂结构成型固化；
步骤七，将温度升高至芯模材料的玻璃化转变温度以上，将预制的“抽丝”头与外部电机连接，在电机驱动下沿打印路径逐层“抽丝”脱模，最终制备出内部中空复杂构型结构；
所述的步骤一中调控形状记忆树脂及添加剂的比例，使所制备芯模的玻璃化转变温度高于所支撑外部材料的固化温度，但需低于所支撑外部材料的软化温度；
所述的步骤一中的形状记忆聚合物为热固性形状记忆聚合物、热塑性形状记忆聚合物、热固/热塑混合形状记忆聚合物或随外部场环境激励出现软化变形的材料，外部场环境激励方式为热、电、声、光或磁激励。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤三中连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维或具有良好延展性连续纤维的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤四中的打印方式为连续纤维熔融沉积方式。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115195105A (zh) * 2022-06-21 2022-10-18 上海新旺科技有限公司 一种3d增材制造辅助成型管状气模

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018086814A (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 キョーラク株式会社 ３ｄプリンタ及び３次元造形方法
CN109878070A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 吉林大学 一种3d打印热致性形状记忆聚乳酸复合材料的制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9757876B2 (en) * 2012-02-27 2017-09-12 Red River College Method for making an article from a curable material
EP2740576B1 (en) * 2012-12-07 2015-08-19 Airbus Operations GmbH Method and apparatus for extracting a fiber of a wound composite part
CN106079436B (zh) * 2016-06-07 2018-03-16 西安交通大学 一种3d打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法
JP6820500B2 (ja) * 2017-01-31 2021-01-27 キョーラク株式会社 線条樹脂成形体
DE102020004247A1 (de) * 2020-07-15 2020-11-19 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
CN112029174B (zh) * 2020-09-10 2021-12-28 西安交通大学 一种连续纤维增强复合材料拉胀结构及其制备方法
CN113606487B (zh) * 2021-08-24 2022-08-26 北京化工大学 一种ⅴ型无内胆高压复合材料储罐成型工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018086814A (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 キョーラク株式会社 ３ｄプリンタ及び３次元造形方法
CN109878070A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 吉林大学 一种3d打印热致性形状记忆聚乳酸复合材料的制备方法

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