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一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法pdf

发布时间：2026-04-26 11:59:23 丨 浏览次数：508

　　本发明提供了一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，属于3D打印材料成型领域。本发明采用短纤维增强热塑性树脂基复合材料为基体，连续纤维编织体为支撑骨架，通过加热把基体材料热熔注入支撑骨架内，并辅助针刺Z向增强，实现新型纤维增强复合材料3D打印成型。该技术有效增加了连续纤维复合材料的纤维含量，将纺织行业的编织和针刺工艺与3D打印技术相结合，并且通过对连续纤维编织体进行预处理加强了其与热塑性树脂的结合力，同时Z向针刺使纤维也对层间结合力有增强作用，能够显著提升复合材料结构的强度。本发明有效解

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114248437 A (43)申请公布日 2022.03.29 (21)申请号 7.X B29C 64/295 (2017.01) B29C 64/314 (2017.01) (22)申请日 2021.11.30 B29C 69/00 (2006.01) (71)申请人 吉林大学 B29C 69/02 (2006.01) 地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 B29C 70/12 (2006.01) 号 B29C 70/40 (2006.01) 申请人 军事科学院系统工程研究院军需工 B29C 70/54 (2006.01) 程技术研究所 B33Y 10/00 (2015.01) (72)发明人 李志刚杨京浩刘雪强张长琦 B33Y 30/00 (2015.01) 王悦王明辉赵宏武韩洪江 B33Y 40/10 (2020.01) (74)专利代理机构 长春市吉利专利事务所(普 通合伙) 22206 代理人 李晓莉 (51)Int.Cl. B29C 64/141 (2017.01) B29C 64/209 (2017.01) 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 (54)发明名称 一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D 打印方法 (57)摘要 本发明提供了一种连续纤维编织体增强纤 维复合材料3D打印方法，属于3D打印材料成型领 域。本发明采用短纤维增强热塑性树脂基复合材 料为基体，连续纤维编织体为支撑骨架，通过加 热把基体材料热熔注入支撑骨架内，并辅助针刺 Z向增强，实现新型纤维增强复合材料3D打印成 型。该技术有效增加了连续纤维复合材料的纤维 含量，将纺织行业的编织和针刺工艺与3D打印技 术相结合，并且通过对连续纤维编织体进行预处 理加强了其与热塑性树脂的结合力，同时Z向针 刺使纤维也对层间结合力有增强作用，能够显著 A 提升复合材料结构的强度。本发明有效解决了纤 7 维3D打印材料纤维含量低、结构强度低和层间结 3 4 8 合性能差等问题。 4 2 4 1 1 N C CN 114248437 A 权利要求书 1/3页 1.一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征在于：所述的3D打印方 法包括如下步骤： (1)连续纤维编织体的制备：先对连续纤维进行预处理，再通过编织工艺将连续纤维制 成编织结构，然后使用熔融的热塑性树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； (2)增强热塑性树脂基材的制备：将短纤维增强热塑性树脂基材原料制成毛毡，对毛毡 进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在230－300℃条件下加热6－30分钟，经过挤出 设备进行以6－25MPa的压力进行加捻挤出冷却后裁剪成适当宽度的短纤维增强热塑性树 脂基材；所述的短纤维增强热塑性树脂基材原料按照质量比，由短纤维50～60％；热塑性树 脂纤维30～50％；相容剂0～3％；助剂0～2％组成； (3)导入3D打印模型； (4)利用连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置将步骤(2)获得的短纤维增 强热塑性树脂基材经加热熔融、搅拌均匀后再送入一号3D打印喷头，将步骤(1)获得的连续 纤维编织体经加热后再送入二号3D打印喷头； (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热的连续纤维编织体输出，同时一号3D打印 喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针刺 机构对基材和编织体进行Z向针刺，将基体中短纤维勾连起来并与纤维编织体形成交联结 构材料； (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续路径后，通过切断机构剪断纤维并移 动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制品； (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 2.根据权利要求1所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：步骤(1)所述的连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、麻纤维、玄武岩纤维中的一种或任意组 合，所述的热塑性树脂为PP、PEEK、PA6、PA66、ABS或PLA中的一种或任意组合。 3.根据权利要求1或2所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特 征在于：步骤(1)所述的连续纤维编织体结构为平纹、斜纹、缎纹或三维立体编织结构中的 一种或任意组合。 4.根据权利要求3所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：步骤(1)所述的预处理为上浆处理、电化学处理、等离子处理、化学处理或氧化处理中 的一种或任意组合。 5.根据权利要求4所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：步骤(2)所述的短纤维为碳纤维、芳纶纤维、麻纤维、玄武岩纤维中的一种或任意组 合，所述的热塑性树脂为PP、PEEK、PA6、PA66、ABS或PLA中的一种或任意组合；所述的相容剂 为硅烷偶联剂或马来酸酐中的一种或任意组合；助剂为润滑剂、分散剂或热氧稳定剂中一 种或任意混合。 6.根据权利要求5所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：步骤(4)所述的一种连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置，包括垂直放置 的一号3D打印喷头、二号3D打印喷头、针刺机构、送料机构，导向套、加热机构、搅拌机构、切 断机构和工作台，其中二号3D打印喷头和针刺机构分别位于一号3D打印喷头的左侧和右 侧，二号3D打印喷头可通过旋转的方式实现与一号3D打印喷头之间的夹角可调整，基材和 2 2 CN 114248437 A 权利要求书 2/3页 编织体分别通过切断机构、导向套、送料机构与加热机构处理后进入打印喷头，其中基材进 入喷头前需进行均匀搅拌处理，经喷头处理后采用针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺， 将基体中短纤维勾连起来并与纤维编织体形成交联结构材料制品于工作台上。 7.根据权利要求6所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：步骤(5)所述的Z向针刺深度为大于纤维编织体厚度的二分之一且小于编织体厚度。 8.根据权利要求7所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：所述的3D打印方法包括如下步骤： (1)对碳纤维进行上浆处理，再通过编织工艺将碳纤维制成平纹编织结构，然后使用熔 融态PLA树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； (2)按照质量比：将短碳纤维50％，PLA树脂纤维45％，硅烷偶联剂3％，润滑剂2％的原 料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在230－250℃条件下 加热6－10分钟，经过挤出设备进行以6－10MPa的压力进行加捻挤出,然后冷却后裁剪成适 当宽度的短碳纤维增强PLA树脂基材； (3)导入3D打印模型； (4)将步骤2)获得的短碳纤维增强PLA树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D打印 喷头，将步骤1)的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热后的连续纤维编织体输出，同时一号3D打 印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针 刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的2/3,将基体中短纤维勾连 起来并与纤维编织体形成交联结构材料； (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断纤维 并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制 品； (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 9.根据权利要求7所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：所述的3D打印方法包括如下步骤： (1)对芳纶纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将芳纶纤维制成斜纹编织结构，然后 使用熔融态PEEK树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； (2)按照质量比：将短芳纶纤维55％，PEEK树脂纤维40％，硅烷偶联剂3％，分散剂2％的 原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在250－270℃条件 下加热8－10分钟，经过挤出设备进行以9－13MPa的压力进行加捻挤出,冷却后裁剪成适当 宽度的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材； (3)导入3D打印模型； (4)将步骤(2)获得的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D 打印喷头，将步骤(1)获得的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将连续纤维编织体输出，同时一号3D打印喷头将 熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针刺机构对 基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的3/4,将基体中短纤维勾连起来并与 纤维编织体形成交联结构材料； 3 3 CN 114248437 A 权利要求书 3/3页 (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断纤维 并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制 品； (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 10.根据权利要求7所述的一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法，其特征 在于：所述的3D打印方法包括如下步骤： (1)对连续纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将连续纤维制成三维编织结构，然后 使用熔融态PP树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体；所述的连续纤维为麻纤维和玄 武岩纤维的混合纤维； (2)按照质量比：将麻纤维和玄武岩纤维混合纤维58％，PP树脂纤维37％，马来酸酐 3％，热氧稳定剂2％的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛 毡在230－240℃条件下加热7－9分钟，经过挤出设备进行以8－11MPa的压力进行加捻挤 出，再经冷却后裁剪成适当宽度的短混合纤维增强PP树脂基材； (3)导入3D打印模型； (4)将短混合纤维增强热塑性树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D打印喷头，将 连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将连续纤维编织体输出，同时一号3D打印喷头将 熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针刺机构对 基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的4/5,将基体中短纤维勾连起来并与 纤维编织体形成交联结构材料； (6)打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断纤维并移动喷头至下一个连续 路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制品； (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 4 4 CN 114248437 A 说明书 1/7页 一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法 技术领域 [0001] 本发明涉及3D打印成型领域，具体涉及一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D 打印方法。 背景技术 [0002] 纤维增强树脂基复合材料3D打印技术为热塑性复合材料的低成本制造提供了可 能性，在航空航天、新能源汽车等领域有着巨大的应用前景。纤维复合材料3D打印技术中目 前只有短纤维打印工艺较为成熟，但短纤维对于试件力学性能的提升非常有限，而连续纤 维增强热塑性树脂基复合材料3D打印技术有望实现高性能复合材料的低成本快速制造成 型，但仍存在以下几个问题制约了其推广应用。 [0003] 目前，3D打印成型的连续纤维复合材料纤维含量不高，导致复合材料承载能力较 低。纤维和树脂经过喷嘴加热后挤出后只是在平台上简单堆积成型，制件在Z向的结合力主 要靠树脂材料间的粘合力大小决定，纤维并未对Z向层间结合起到加强作用，因此力学性能 仍取决于强度较低的树脂基体材料。热塑性基材与连续纤维复合成形结合力较低，导致纤 维所起到的增强效果并未达到预期效果。 [0004] 因此，如何改变现有复合材料纤维含量低、结构强度低和层间结合性能差的现状， 成为了本领域技术人员亟待解决的问题。 发明内容 [0005] 针对存在的问题，本发明参考了建筑领域“先铺钢筋，再灌水泥”的思路，综合了短 纤维丝材的高纤维含量和长纤维丝材的高结构强度，同时将纺织行业的编织和针刺工艺与 3D打印技术相结合，提出了解决纤维3D打印材料纤维含量低、结构强度低和层间结合性能 差等问题的新路径。 [0006] 本发明提供了一种连续纤维编织体增强纤维复合材料3D打印方法：所述的3D打印 方法包括如下步骤： [0007] (1)连续纤维编织体的制备：先对连续纤维进行预处理，再通过编织工艺将连续纤 维制成编织结构，然后使用熔融的热塑性树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； [0008] (2)增强热塑性树脂基材的制备：将短纤维增强热塑性树脂基材原料制成毛毡，对 毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在230－300℃条件下加热6－30分钟，经过 挤出设备进行以6－25MPa的压力进行加捻挤出冷却后裁剪成适当宽度的短纤维增强热塑 性树脂基材；所述的短纤维增强热塑性树脂基材原料按照质量比，由短纤维50～60％；热塑 性树脂纤维30～50％；相容剂0～3％；助剂0～2％组成； [0009] (3)导入3D打印模型； [0010] (4)利用连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置将步骤(2)获得的短纤 维增强热塑性树脂基材经加热熔融、搅拌均匀后再送入一号3D打印喷头，将步骤(1)获得的 连续纤维编织体经加热后再送入二号3D打印喷头； 5 5 CN 114248437 A 说明书 2/7页 [0011] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热的连续纤维编织体输出，同时一号3D 打印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用 针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，将基体中短纤维勾连起来并与纤维编织体形成交 联结构材料； [0012] (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续路径后，通过切断机构剪断纤维 并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制 品； [0013] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0014] 进一步地，步骤(1)所述的连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、麻纤维、玄武岩纤维中的 一种或任意组合，所述的热塑性树脂为PP、PEEK、PA6、PA66、ABS或PLA中的一种或任意组合。 [0015] 进一步地，步骤(1)所述的连续纤维编织体结构为平纹、斜纹、缎纹或三维立体编 织结构中的一种或任意组合。 [0016] 进一步地，步骤(1)所述的预处理为上浆处理、电化学处理、等离子处理、化学处理 或氧化处理中的一种或任意组合。 [0017] 进一步地，步骤(2)所述的短纤维为碳纤维、芳纶纤维、麻纤维、玄武岩纤维中的一 种或任意组合，所述的热塑性树脂为PP、PEEK、PA6、PA66、ABS或PLA中的一种或任意组合；所 述的相容剂为硅烷偶联剂或马来酸酐中的一种或任意组合；助剂为润滑剂、分散剂或热氧 稳定剂中一种或任意混合。 [0018] 进一步地，步骤(4)所述的一种连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置， 包括垂直放置的一号3D打印喷头、二号3D打印喷头、针刺机构、送料机构，导向套、加热机 构、搅拌机构、切断机构和工作台，其中二号3D打印喷头和针刺机构分别位于一号3D打印喷 头的左侧和右侧，二号3D打印喷头可通过旋转的方式实现与一号3D打印喷头之间的夹角可 调整，基材和编织体分别通过切断机构、导向套、送料机构与加热机构处理后进入打印喷 头，其中基材进入喷头前需进行均匀搅拌处理，经喷头处理后采用针刺机构对基材和编织 体进行Z向针刺，将基体中短纤维勾连起来并与纤维编织体形成交联结构材料制品于工作 台上。 [0019] 进一步地，步骤(5)所述的Z向针刺深度为大于纤维编织体厚度的二分之一且小于 编织体厚度。 [0020] 进一步地，所述的3D打印方法还包括如下步骤： [0021] (1)对碳纤维进行上浆处理，再通过编织工艺将碳纤维制成平纹编织结构，然后使 用熔融态PLA树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； [0022] (2)按照质量比：将短碳纤维50％，PLA树脂纤维45％，硅烷偶联剂3％，润滑剂2％ 的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在230－250℃条 件下加热6－10分钟，经过挤出设备进行以6－10MPa的压力进行加捻挤出,然后冷却后裁剪 成适当宽度的短碳纤维增强PLA树脂基材； [0023] (3)导入3D打印模型； [0024] (4)将步骤2)获得的短碳纤维增强PLA树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D 打印喷头，将步骤1)的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0025] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热后的连续纤维编织体输出，同时一号 6 6 CN 114248437 A 说明书 3/7页 3D打印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采 用针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的2/3,将基体中短纤维 勾连起来并与纤维编织体形成交联结构材料； [0026] (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断 纤维并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需 制品； [0027] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0028] 进一步地，所述的3D打印方法还包括如下步骤： [0029] (1)对芳纶纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将芳纶纤维制成斜纹编织结构， 然后使用熔融态PEEK树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； [0030] (2)按照质量比：将短芳纶纤维55％，PEEK树脂纤维40％，硅烷偶联剂3％，分散剂 2％的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在250－270℃ 条件下加热8－10分钟，经过挤出设备进行以9－13MPa的压力进行加捻挤出,冷却后裁剪成 适当宽度的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材； [0031] (3)导入3D打印模型； [0032] (4)将步骤(2)获得的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一 号3D打印喷头，将步骤(1)获得的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0033] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将连续纤维编织体输出，同时一号3D打印喷 头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针刺机 构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的3/4,将基体中短纤维勾连起来 并与纤维编织体形成交联结构材料； [0034] (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断 纤维并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需 制品； [0035] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0036] 进一步地，所述的3D打印方法还包括如下步骤： [0037] (1)对连续纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将连续纤维制成三维编织结构， 然后使用熔融态PP树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体；所述的连续纤维为麻纤维 和玄武岩纤维的混合纤维； [0038] (2)按照质量比：将麻纤维和玄武岩纤维混合纤维58％，PP树脂纤维37％，马来酸 酐3％，热氧稳定剂2％的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状 毛毡在230－240℃条件下加热7－9分钟，经过挤出设备进行以8－11MPa的压力进行加捻挤 出，再经冷却后裁剪成适当宽度的短混合纤维增强PP树脂基材； [0039] (3)导入3D打印模型； [0040] (4)将短混合纤维增强热塑性树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D打印喷 头，将连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0041] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将连续纤维编织体输出，同时一号3D打印喷 头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用针刺机 构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的4/5,将基体中短纤维勾连起来 7 7 CN 114248437 A 说明书 4/7页 并与纤维编织体形成交联结构材料； [0042] (6)打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断纤维并移动喷头至下一个 连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制品； [0043] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0044] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点： [0045] (1)本发明主要是一套适用于不同材料体系的3D增强结构的成形工艺体系，可制 备任意纤维和热塑性树脂3D打印复合材料，打破了3D打印材料单一材料的瓶颈，可实现多 种材料复合的3D打印； [0046] (2)本发明将增强纤维设计为带有微结构的编织体材料，基体树脂中含有大量短 纤维，通过与针刺工艺相配合，使纤维能够均匀充分填充到树脂里，使得获得的3D打印材料 中纤维含量远超过现有技术公开的3D打印材料。具体过程为：以短纤维增强热塑性树脂基 复合材料为基体，连续纤维编织体为支撑骨架，通过加热把基体材料热熔注入支撑骨架内， 并辅助针刺Z向增强，使短纤维勾连编织体，实现新型纤维增强复合材料3D打印成型。该技 术有效增加了连续纤维复合材料的纤维含量，并且通过对连续纤维编织体进行预处理加强 了其与热塑性树脂的结合力，同时Z向针刺使短纤维与增强编织体勾连，对层间结合力起到 增强作用，能够显著提升复合材料结构的强度。本发明有效解决了纤维3D打印材料纤维含 量低、结构强度低和层间结合性能差等问题。 [0047] (3)本发明的特点在于：有效增加了连续纤维复合材料的纤维含量，将纺织行业的 编织和针刺工艺与3D打印技术相结合，并且通过对连续纤维编织体进行预处理加强了其与 热塑性树脂的结合力，再通过Z向针刺先是将短纤维勾连出来，然后与连续纤维编织体形成 交联结构材料，使得纤维对层间结合力也有显著增强作用，能够显著提升复合材料结构的 强度；同时，本发明也可以应用于3D打印建筑。此外本发明的纤维编织体结构可为平纹、斜 纹、缎纹或三维编织结构一种或任意组合，与现有技术相比，编织体的表面积更大，与基体 材料的接触面积也较大，因此对3D打印复合材料力学强度提升影响也较大。 [0048] (4)本发明是一种全新的3D打印工艺，其中包括将两个3D打印喷头和针刺机构相 结合，开发了一种微结构增强、针刺强化相结合的新型纤维增强复合材料3D打印工艺；本工 艺具有低成本、高效率的特点，且打印出的产品具有很好的结构强度和刚度，具有非常好的 发展前景。 [0049] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 附图说明 [0050] 图1为一种连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置示意图； [0051] 图2为平面结构的编织体，图2a为平纹结构的编织体，图2b为斜纹结构的编织体； [0052] 图3为三维立体结构的编织体；图3a为三维缠绕结构，图3b为经纬结构； [0053] 图4为连续纤维增强复合材料3D打印工艺模型构建流程图。 具体实施方式 [0054] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的内容不仅仅局 限于以下实施示例。 8 8 CN 114248437 A 说明书 5/7页 [0055] 图1和图4分别给出了一种连续纤维编织体增强的纤维复合材料3D打印装置以及 加工工艺流程图： [0056] 1.基材放置区，2.一号切断机构，3.一号导向套，4.一号送料机构，5.一号加热机 构，6.搅拌机构，7.一号3D打印喷头，8.针刺机构，9.制品放置区，10.工作台，11.二号3D打 印喷头，12.二号加热机构，13.二号切断机构，14.二号送料机构，15.二号导向套，16.编织 体放置区；一号3D打印喷头7垂直设置，其上方依次设置搅拌机构6、一号加热机构5、一号送 料机构4、一号导向套3、一号切断机构5以及基材放置区1，将代加工的短纤维增强热塑性树 脂基材放置于切断机构2的上方的基材放置区1，针刺机构8位于一号3D打印喷头7的右侧， 二号3D打印喷头11设置在一号3D打印喷头7的左侧，其通过旋转的方式实现与一号3D打印 喷头7之间的夹角可调，其上方依次设置二号加热机构12、二号送料机构14、二号导向套15、 二号切断机构13以及编织体放置区16，将代加工的连续纤维编织体放置于切断机构13上方 的编织体放置区16。 [0057] 图4的加工工艺为：短纤维增强热塑性树脂基材和连续纤维编织体分别经过切断、 导向、加热(搅拌)以及送料等工艺进入一号3D打印喷头和二号3D打印喷头，经喷头处理后 采用针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，将基体中的短纤维勾连起来并与纤维编织体 形成交联结构材料制品于工作台上。 [0058] 实施例1 [0059] (1)对碳纤维进行上浆处理，再通过编织工艺将碳纤维制成平纹编织结构，然后使 用熔融态PLA树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； [0060] (2)按照质量比：将短碳纤维50％，PLA树脂纤维45％，硅烷偶联剂3％，润滑剂2％ 的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在230－250℃条 件下加热6－10分钟，经过挤出设备进行以6－10MPa的压力进行加捻挤出,然后冷却后裁剪 成适当宽度的短碳纤维增强PLA树脂基材； [0061] (3)导入3D打印模型； [0062] (4)将步骤(2)获得的短碳纤维增强PLA树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D 打印喷头，将步骤(1)的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0063] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热的连续纤维编织体输出，同时一号3D 打印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用 针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的2/3；将基体中短纤维勾 连起来并与纤维编织体形成交联结构材料； [0064] (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断 纤维并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需 制品； [0065] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0066] 实施例2 [0067] (1)对芳纶纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将芳纶纤维制成斜纹编织结构， 然后使用熔融态PEEK树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体； [0068] (2)按照质量比：将短芳纶纤维55％，PEEK树脂纤维40％，硅烷偶联剂3％，分散剂 2％的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷成条状，将条状毛毡在250－270℃ 9 9 CN 114248437 A 说明书 6/7页 条件下加热8－10分钟，经过挤出设备进行以9－13MPa的压力进行加捻挤出,冷却后裁剪成 适当宽度的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材； [0069] (3)导入3D打印模型； [0070] (4)将步骤(2)获得的短芳纶纤维增强PEEK树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一 号3D打印喷头，将步骤(1)获得的连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0071] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热的连续纤维编织体输出，同时一号3D 打印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用 针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的3/4,将基体中短纤维勾 连起来并与纤维编织体形成交联结构材料； [0072] (6)按照步骤(5)的操作方式，打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断 纤维并移动喷头至下一个连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需 制品； [0073] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0074] 实施例3 [0075] (1)对连续纤维进行电化学处理，再通过编织工艺将连续纤维制成三维立体编织 结构，然后使用熔融态PP树脂对其进行浸渍，制备出连续纤维编织体；所述的连续纤维为麻 纤维和玄武岩纤维的混合纤维； [0076] (2)按照质量比：将短混合纤维(为麻纤维和玄武岩纤维混合纤维)58％，PP树脂纤 维37％，马来酸酐3％，热氧稳定剂2％的原料混合制成毛毡，对毛毡进行针刺处理后收拢卷 成条状，将条状毛毡在230－240℃条件下加热7－9分钟，经过挤出设备进行以8－11MPa的 压力进行加捻挤出，再经冷却后裁剪成适当宽度的短混合纤维增强PP树脂基材； [0077] (3)导入3D打印模型； [0078] (4)将短混合纤维增强热塑性树脂基材经加热熔融和搅拌后送入一号3D打印喷 头，将连续纤维编织体经加热后送入二号3D打印喷头； [0079] (5)打印机开始工作，二号3D打印喷头将加热的连续纤维编织体输出，同时一号3D 打印喷头将熔融状态的基材喷出并注入输出的连续纤维编织体内，在基材未固结前，采用 针刺机构对基材和编织体进行Z向针刺，针刺厚度为编织体厚度的4/5,将基体中短纤维勾 连起来并与纤维编织体形成交联结构材料； [0080] (6)打印完成一个连续打印路径后，通过切断机构剪断纤维并移动喷头至下一个 连续路径的起点，按照步骤(5)重复操作直到打印完成，获得所需制品； [0081] (7)对加工完成的制品进行后处理，得到成品。 [0082] 综上：本发明获得的增强纤维为带有微结构增强的编织体材料，基体树脂中含有 大量短纤维，通过与针刺工艺相配合，使纤维能够均匀充分填充到树脂里，使得获得的3D打 印材料中纤维含量远超过现有技术公开的3D打印材料；通过对连续纤维编织体进行预处理 加强了其与热塑性树脂的结合力，同时Z向针刺使短纤维与增强编织体勾连，对层间结合力 起到增强作用，能够显著提升复合材料结构的强度。本发明通过基体材料和编织体组分、工 艺设计、基体材料与编织体的加热处理、两个喷头位置设计以及Z向针刺等方面协同作用使 得纤维3D打印材料同时具有如下优势：纤维含量高、编织体的表面积大、与基体材料的接触 面积也较大、结构强度高和层间结合性能强；本发明方法具有低成本、高效率等优点。 10 10 CN 114248437 A 说明书 7/7页 [0083] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依 据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容 不应理解为对本发明的限制。 11 11 CN 114248437 A 说明书附图 1/2页 图1 图2 12 12 CN 114248437 A 说明书附图 2/2页 图3 图4 13 13

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