发明内容

本发明提供一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法及装置，通过这样的方式可以实现网格状的纤维增强，相比于单丝增强，纤维网络可以在各个方向上增强基体材料，更加有效地实现纤维增强效果。

本发明采用的技术方案是：

一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造方法，包括下列步骤：

(1)开始打印前，先准备好纤维料台，将纤维按照要求固定在纤维料台上，此时纤维呈网格状，被锁紧螺钉拧紧固定在纤维料台的纤维孔内；

(2)对打印基板进行调平，并将热床指定温度，保温一段时间，做好打印的准备；

(3)根据所需要打印的试件进行三维建模，按照标准建立试件的三维模型，使用切片软件将其进行分层，转换成STL格式的文件，再根据实验要求选择合适的打印参数，包括填充率、打印厚度、打印角度、打印速度、打印方向，获得打印代码；

(4)加热打印喷头到选择的特种工程塑料所需要的加工温度时，开始进丝，待喷嘴输出连续平稳的丝时，停止进丝；

(5)开始打印，打印第一层时不需要安装纤维料台，此时直接在打印基板上打印纯的特种工程塑料，当打印好切片软件所设定的第一层后，喷头推至初始位置；

(6)将准备好的纤维料台装在环形导轨上，转动纤维料台至需要的角度，由于二者依靠磁力连接，因此装配方便，安装好纤维料台后，控制手动式位移台204，将悬臂梁202上升一个打印厚度h的高度，悬臂梁带动纤维料台组件3也上升一个打印厚度h的高度；

(7)开始打印第二层树脂材料，此时第二层树脂的温度足够高，使得第一层树脂与之接触的地方部分熔融，两层之间的纤维便被牢固地固定在打印件其中；

(8)打印完第二层后，喷头退回初始位置，此时需要将纤维全部剪断，使纤维与打印件分离，通过手动使用刀片即可剪断纤维，剪断完后更换纤维料台，再重复之上步骤，实现第三层的打印过程，这样逐层实现零件的打印；

(9)打印完毕后取下打印件，先将较长的零件外的纤维剪断，然后用砂纸或磨刀等工具将剩余的纤维去除，由此便得到了内部由网格状纤维增强的特种工程塑料打印件。

本发明所述的特种工程塑料包括聚醚醚酮PEEK、聚苯硫醚PPS、聚醚枫PES或特氟龙PTFE。

一种网状纤维增强特种工程塑料增材制造装置：包括龙门式三轴滑台装置，打印喷头，纤维料台组件，铝型材框架，打印基板组件，手动位移台组件，其中龙门式三轴滑台组件安装在铝型材框架上，打印喷头组件安装在龙门式三轴滑台组件的Z向滑块上，打印基板组件固定在铝型材框架上，手动位移台组件固定连接在铝型材框架的底部，维料台组件与手动位移台组件的悬臂梁连接、且位于打印喷头组件和打印基板组件之间。

本发明所述龙门式三轴滑台装置的结构是：X轴组件固定连接在铝型材框架的顶部，Y轴组件与X轴组件滑动连接，Z轴组件与Y轴组件滑动连接，Z向滑块与Z轴组件滑动连接。

本发明所述手动位移台组件的结构是：手动式位移台底部与铝型材框架底部固定连接，悬臂梁通过四个螺钉与手动式位移台顶部螺纹连接，悬臂梁前端有圆孔。

本发明所述纤维料台组件的结构是：两个自锁紧磁力滑块分别固定连接在环形导轨的同一直径上，每个自锁紧磁力滑块上部有四个凹槽，纤维料台底部同一直径上各有一组4个球形凸起，与自锁紧磁力滑块上的4个凹槽通过磁力连接，纤维插入纤维料台的纤维小孔里、并通过锁紧螺钉与纤维料台固定连接。

本发明所述打印基板组件的结构是：打印基板与热床通过螺钉连接在支架上部，支架下部通过螺钉连接在铝型材框架的底部。

本发明具有如下有益效果：

本发明将纤维编织成网格状，借助打印装置完成构件成型，对于尺寸较小的测试试件而言打印十分方便，通过树脂熔融包裹纤维的方式直接将纤维嵌入树脂内部，避免了纤维在树脂内断裂，或是二者接触面不均等缺陷，对于纤维增强特种工程塑料制件而言十分有益。

本发明中树脂与纤维的结合不需要经过特定的处理，对于纤维而言只需要具有一定的塑性，能够被安装在纤维料台就可以被用于增强特种工程塑料，对于树脂而言，只需要能够用于FDM原理3D打印即可被纤维增强，由此便可以获得任意树脂与纤维的增强件，通过后续实验可以验证二者增强效果如何。

本发明的传动件的精度都非常高，对于三轴滑台而言，控制电机均采用伺服电机，两个X轴通过丝杠和换向器实现同动，重复定位精度可以达到0.02mm，而纤维料台所采用的手动位移台的控制更是微米级的精度，传动机构比较简单，对于毫米级的打印精度而言整体装置的传动精度很高。

本发明尺寸较小，实现了纤维料台的快速更换，便于学习，操作简单，可以实现低成本、高精度的增材制造。