[00109007]连续纤维增强复合材料 3D 打印机

成果简介：

近年来，3D 打印发展迅速，在模具制造、航天航空、汽车、家电、医学等领域得到广泛应用。其中，熔融沉积造型技术(FDM)又以操作简单、成型速度快等特点应用最为广泛。但受到材料性能限值，传统 FDM 3D 打印制件往往力学性能较差，多用于产品设计后的模型试制阶段，而非正式工业应用。在 FDM 3D 打印技术基础上发展出连续纤维增强复合材料 3D 打印技术，通过在打印件内部嵌入连续纤维丝，可以有效弥补 FDM 打印件机械性能差、无法承受过大载荷的缺点，目前国外已有相关打印设备，但国内市场尚无可用于连续纤维增强复合材料的 3D 打印设备。

针对以上现状，自主研发了连续纤维增强复合材料 3D 打印机，实现了纤维增强复合材料制备。图 1-a 为本设备连续纤维增强复合材料打印原理图，纤维复合材料与基体热塑材料分别采用不同的打印头进行打印，打印铺设纤维丝时，将纤维丝外层的高分子热塑材料加热熔融，然后将纤维丝及熔融的热塑材料一同喷出，当需要铺设基体热塑材料时，将复合材料丝切断，切换打印头打印基体材料。

图 1-b 为 3D 打印机样机，对纤维打印头进行设计，有效避免铺设纤维过程中的堵头现象，纤维丝采用近程切断，可打印小型复合材料构件。

推广应用情况：

目前以与九江华琛玻璃纤维有限公司合作研制出适用于连续纤维增强复合材料 3D 打印的连续纤维复合材料丝，（如图 2 所示）。打印出的玻璃纤维增强聚合物基复合材料测试样件如图 3 所示。

技术优势：

将纤维增强复合材料与 FDM 3D 打印技术相结合，通过在打印过程中嵌入连续纤维丝，极大改善了打印制件机械性能，抗拉强度等指标均得到显著提升。

性能指标：

名称 技术参数

设备尺寸 513X608X532

成型尺寸 220X220X300

成型精度 0.1-0.3

喷头数量 3

喷嘴直径 0.3. 0.4 等多规格可选

打印耗材 PLA、ABS 等热塑性材料 连续纤维增强

复合材料丝

打印方式 联机/SD 卡脱机

兼容格式 Gcode

经济效益分析：

能够有效弥补传统 FDM 3D 打印机打印件机械性能差、无法承受过大载荷的缺点，实现复杂结构复合材料构件的快速制备，解决传统 FDM 3D 打印应用领域有限的问题，促进 3D 打印相关企业转型升级。