RU2020127352A - 3d-печать армирующими волокнами - Google Patents

3d-печать армирующими волокнами Download PDF

Info

Publication number
RU2020127352A
RU2020127352A RU2020127352A RU2020127352A RU2020127352A RU 2020127352 A RU2020127352 A RU 2020127352A RU 2020127352 A RU2020127352 A RU 2020127352A RU 2020127352 A RU2020127352 A RU 2020127352A RU 2020127352 A RU2020127352 A RU 2020127352A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
support material
polymer
composite
filament
yarn
Prior art date
Application number
RU2020127352A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2773665C2 (ru
RU2020127352A3 (ru
Inventor
Микко ХУТТУНЕН
Янне ПИХЛАЯМЯКИ
Original Assignee
Арктик Байоматириалс Ой
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Арктик Байоматириалс Ой filed Critical Арктик Байоматириалс Ой
Publication of RU2020127352A3 publication Critical patent/RU2020127352A3/ru
Publication of RU2020127352A publication Critical patent/RU2020127352A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2773665C2 publication Critical patent/RU2773665C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs

Claims (43)

1. Трехмерный принтер (300) для аддитивного производства детали (700), причем трехмерный принтер (300) содержит
сборочную платформу (100) для поддержки изготавливаемой детали (700); и
печатающую головку (500), включающую в себя или соединенную с источником нити волокнистого композита, загруженным нитью (800) волокнистого композита, предварительно пропитанной термопластиком , включающей в себя одну или более неэластичных продольно ориентированных прядей волокон, проходящих внутри термопластичного матричного материала нити (800);
при этом печатающая головка (500) включает в себя
первую зону (1) обогрева между источником нити волокнистого композита и нагреваемым соплом (2), при этом первая зона (1) обогрева выполнена с возможностью нагревания при помощи первого нагревателя выше температуры плавления термопластичного матричного материала для предварительного нагрева предварительно пропитанной нити (800) волокнистого композита;
консолидирующий элемент (9), расположенный после нагреваемого сопла (2), для приложения консолидирующей силы и/или силы прессования к нити (800) волокнистого композита с целью прикрепления нити (800) волокнистого композита к делали (700), причем консолидирующий элемент (9) расположен напротив по меньшей мере одного из сборочной платформы и предварительно напечатанных структур детали, причем нагреваемое сопло (2), выполненное с возможностью нагрева при помощи второго нагревателя, по меньшей мере, до температуры плавления матричного материала для нагрева нити (800) волокнистого композита;
устройство (4) передачи нити для передачи нити (800) волокнистого композита, включающей в себя одну или более неэластичных продольно ориентированных прядей волокон, через первую зону (1) обогрева в нагреваемое сопло (2) с выбранной скоростью подачи;
холодную зону (6) подачи между устройством (4) передачи нити и первой зоной (1) обогрева для поддержания температуры нити (800) волокнистого композита ниже температуры плавления матричного материала;
ненагреваемую зону (7) теплового разрыва между первой зоной (1) обогрева и нагреваемым соплом (2) для создания температурного зазора между первой зоной (1) обогрева и нагреваемым соплом (2);
причем трехмерный принтер (300) содержит множество исполнительных механизмов для перемещения, по меньшей мере, печатающей головки (500), включающей в себя консолидирующий элемент (9), относительно сборочной платформы (100) по трем степеням свободы.
2. Трехмерный принтер по п. 1, в котором
печатающая головка (500), включающая в себя консолидирующий элемент (9), выполнена с возможностью перемещения вокруг его выбранных осей;
печатающая головка (500), включающая в себя консолидирующий элемент (9), выполнена с возможностью вращения по выбранным направлениям вращения;
сборочная платформа (100) выполнена с возможностью перемещения вокруг его выбранных осей; и/или
сборочная платформа (100) выполнена с возможностью вращения по выбранным направлениям вращения.
3. Трехмерный принтер по п.1 или 2, который дополнительно содержит контроллер (200), функционально связанный с первым и вторым нагревателями, устройство (4) передачи нити, печатающую головку (500), включающую в себя консолидирующий элемент (9) и множество исполнительных механизмов, причем контроллер (200) выполнен с возможностью выполнять инструкции, которые вызывают экструзию композитной нити (800) для формирования детали (700).
4. Трехмерный принтер по пп.1, 2 или 3, который дополнительно включает в себя
устройство передачи полимера, выполненное с возможностью подачи полимерной нити в сопло для экструзии полимера;
нагреватель полимера, выполненный с возможностью нагревания полимерной нити до температуры, превышающей температуру плавления полимера;
при этом сопло для экструзии полимера выполнено с возможностью экструзии полимерной нити для формирования детали.
5. Трехмерный принтер по любому из предыдущих пунктов, который дополнительно включает в себя
устройство передачи материала поддержки, выполненное с возможностью подачи материала поддержки в сопло для экструзии материала поддержки;
нагреватель материала поддержки, выполненный с возможностью нагревания материала поддержки до температуры, которая выше температуры плавления материала поддержки;
причем сопло для экструзии материала поддержки выполнено с возможностью экструзии нити материала поддержки, для формирования опорной структуры для части (700).
6. Трехмерный принтер по любому из предшествующих пунктов, в котором контроллер (200) выполняет инструкции, которые осуществляют аддитивное изготовление слоистой структуры материала поддержки, полимера и композитной нити (800).
7. Способ аддитивного изготовления детали, включающий в себя этапы:
подачи нити волокнистого композита предварительно пропитанной термопластиком, включающей в себя одну или более неэластичных продольно ориентированных прядей волокон, проходящих внутри термопластичного матричного материала нити.
поддержки изготавливаемой детали на сборочной платформе;
предварительного обогрева предварительно пропитанной нити волокнистого композита в первой зоне (1) обогрева между источником нити волокнистого композита и нагреваемым соплом (2), при этом температура первой зоны (1) обогрева устанавливается выше температуры плавления термопластичного матричного материала;
обогрева нити волокнистого композита в нагреваемом сопле (2), причем температура нагреваемого сопла устанавливается выше температуры плавления матричного материала;
воздействия посредством консолидирующего элемента (9), прикрепленного к нагреваемому соплу (2), на нить (800) волокнистого композита консолидирующей силы и/или силы прессования для прикрепления нити (800) волокнистого композита к делали (700);
перемещения посредством множества исполнительных механизмов печатающей головки (500), включающей в себя консолидирующий элемент (9), относительно сборочной платформы по трем степеням свободы;
передачи нити волокнистого композита, содержащей одну или более неэластичных продольно ориентированных прядей волокон, через первую зону (1) обогрева в нагреваемое сопло (2) с выбранной скоростью подачи;
поддержания температуры ниже температуры плавления матричного материала в холодной зоне (6) подачи, проходящей между устройством (4) передачи нити и первой зоной (1) обогрева;
прерывания обогрева нити (800) волокнистого композита в ненагреваемой зоне (7) теплового разрыва между первой зоной (1) обогрева и нагреваемым соплом (2) для создания температурного зазора между первой зоной (1) обогрева и нагреваемым соплом (2).
8. Способ по п. 7, включающий в себя осуществление экструзии композитной нити для формирования детали.
9. Способ по п. 7 или 8, включающий в себя экструзию полимерной нити с помощью сопла для экструзии полимера для формирования детали.
10. Способ по п. 7, 8 или 9, включающий в себя экструзию материала поддержки посредством сопла для экструзии материала поддержки для формирования детали.
11. Способ по любому из пп. 7-10, включающий в себя выполнение аддитивного изготовления слоистой структуры из материала поддержки, полимера и композитной нити.
12. Способ по любому из пп. 7-11, включающий в себя выполнение аддитивного изготовления слоистой структуры из материала поддержки, полимера и композитной нити путем изменения толщины слоев материала поддержки, полимерного материала и материала из композитного волокна.
13. Способ по любому из пп. 7-12, включающий в себя выполнение аддитивного изготовления произвольно расположенной трехмерной структуры из материала поддержки, полимера и композитной нити.
14. Способ по любому из пп. 7-13, включающий в себя выполнение аддитивного изготовления произвольно расположенной трехмерной структуры из материала поддержки, полимера и композитной нити, причем структура имеет выбранные толщины областей материала поддержки, полимерного материала и материала из композитного волокна.
15. Трехмерный принтер по любому из предшествующих пп. 1-6 или способ по любому из предыдущих пунктов 7-14, где прижимающий элемент (9) представляет собой прижимающий фланец (9).
RU2020127352A 2018-01-18 3d-печать армирующими волокнами RU2773665C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/FI2018/050037 WO2019141892A1 (en) 2018-01-18 2018-01-18 Fiber-reinforced 3d printing

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020127352A3 RU2020127352A3 (ru) 2022-02-18
RU2020127352A true RU2020127352A (ru) 2022-02-18
RU2773665C2 RU2773665C2 (ru) 2022-06-07

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020127352A3 (ru) 2022-02-18
CN111867808A (zh) 2020-10-30
EP3740373A1 (en) 2020-11-25
CA3088589C (en) 2023-03-14
IL276037A (en) 2020-08-31
JP2021514311A (ja) 2021-06-10
JP7060277B2 (ja) 2022-04-26
PL3740373T3 (pl) 2022-11-14
DK3740373T3 (da) 2022-08-22
US20200346399A1 (en) 2020-11-05
CN111867808B (zh) 2022-05-31
IL276037B1 (en) 2023-12-01
WO2019141892A1 (en) 2019-07-25
KR102369133B1 (ko) 2022-02-28
IL276037B2 (en) 2024-04-01
CA3088589A1 (en) 2019-07-25
KR20200111716A (ko) 2020-09-29
PT3740373T (pt) 2022-08-31
EP3740373A4 (en) 2021-08-18
EP3740373B1 (en) 2022-06-29
ES2924883T3 (es) 2022-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102369133B1 (ko) 섬유-보강된 3d 프린팅
RU2674138C1 (ru) Способ производства изделий из композитных материалов методом 3д-печати и устройство для его реализации
US11192297B2 (en) Composite continuous filament for additive manufacturing
US20230278284A1 (en) 3d printing system nozzle assembly for printing of fiber reinforced parts
CN111032314B (zh) 用于增材制造物品的打印头
US9410270B2 (en) Thread structure composition and method of making
WO2018203768A1 (ru) Способ аддитивного производства изделий из композитных материалов, армированных непрерывными волокнами
US10369594B2 (en) Fiber application head with a specific application roll
JP7145348B2 (ja) 一方向連続繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法及び設備
CN114030179A (zh) 双通道进料连续纤维增强复合材料3d打印机及控制方法
RU2722944C1 (ru) Способ трехмерной печати термопластичным композиционным материалом
CA2972956C (en) Method of locally influencing resin permeability of a dry preform
RU2773665C2 (ru) 3d-печать армирующими волокнами
US20220097320A1 (en) Belt calender and method for manufacturing preimpregnated composites
DE102013014902B4 (de) Verfahren zur Modifizierung eines flächigen Endlosfaserhalbzeugs
JPS61229536A (ja) 繊維補強樹脂シ−トの製造方法及びその装置
JP6461490B2 (ja) 熱可塑性樹脂を含むプリプレグを製造するための装置
WO2023218328A1 (en) Print head for a filament 3d printer, a 3d printer including such a print head and a method for producing a 3d printed polymer composites