连续纤维增强热塑性3D打印复合材料的回收方法
连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法
技术领域
1.本发明属于纤维复合材料回收技术领域，尤其是一种连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法。
背景技术：
2.连续纤维增强的热塑性复合材料以热塑性树脂为基体，具有较高的损伤容限、优异的力学性能、热性能以及耐腐蚀性能，已经成为了复合材料的研究热点，同时广泛应用于航空航天、轨道交通、军工、娱乐休闲等高端领域。传统的连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法主要是层压-热压技术，3d打印技术的出现为连续纤维增强热塑性复合材料的成型与加工提供了可以较高程度实现复合材料制品自动化的过程。连续纤维增强热塑性复合材料的3d打印技术不仅具有可成型复杂的复合材料制品、效率高等特点，还可以实现定制化的力学性能。因此，3d打印技术也得到广泛关注与研究。但随着连续纤维增强热塑性复合材料3d打印技术以及复合材料工业的发展，每年都会产生大量的复合材料废弃物，废弃的复合材料制品不仅对自然环境造成了严重的威胁，并且复合材料中大量的纤维尤其昂贵的碳纤维以及一些高性能的热塑性特种工程塑料回收困难，从而使得复合材料的发展遇到了瓶颈。
3.常见的复合材料的回收方法主要是热解法、破碎法和焚烧法，三种方法均不符合节能减排的环境要求，也无法实现复合材料中的打印丝的回收以及再利用。因此，开发新型的连续纤维增强热塑性复合材料废弃物的回收方法，降低3d打印技术的成本，实现连续纤维增强热塑性复合材料高效回收，保证回收得到的连续纤维打印丝的性能，减少了废弃的3d打印复合材料制件对环境的污染，实现连续纤维打印丝的循环利用对复合材料工业的可持续发展是至关重要的。
4.目前，连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收技术主要面临的挑战：新型的回收装置以及回收工艺的开发与研究；回收的纤维打印丝在回收过程中遭到破坏不能满足再打印的要求、传统的热解法和燃烧法在回收过程中会产生大量的有害气体造成二次污染。
5.cn201610397940.8公开了一种3d打印连续纤维增强复合材料回收再制造方法，利用热风按照复合材料的3d打印路径的反方向运动，将树脂基体加热至熔化，从而抽出纤维。这种方式的热风一般是从复合材料的上层开始加热，纤维被剥离后，部分树脂基体停留在复合材料的顶部并重新固化，导致复合材料顶部的树脂基体厚度逐渐增大，纤维的剥离效率逐渐较低，能耗逐渐增大。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，提高纤维剥离效率的同时不增加能耗，并且能够回收树脂基体材料。
7.本发明的目的是这样实现的：连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，
将待回收的复合材料固定于一水平支撑板的底部，在复合材料的下方设置一接料槽；
8.将加热头移动至接触复合材料的下表面，利用机械手臂带动加热头沿着复合材料3d打印的反方向运动，加热头将树脂基体熔化，利用牵引机构将树脂基体熔化区域的纤维剥离，熔化的树脂基体向下掉落至接料槽中。
9.进一步地，所述牵引机构包括回收辊、成型口模以及导向辊，所述纤维依次经过导向辊和成型口模后缠绕在回收辊上。
10.进一步地，待回收的复合材料通过夹持机构固定于水平支撑板的下表面，所述夹持机构包括竖直的第一夹板、竖直的第二夹板、第一固定架和第二固定架，所述第一夹板与第二夹板相互平行，所述第一夹板和第二夹板之间形成夹持腔，所述第一夹板和第二夹板的上端与水平支撑板滑动连接，所述第一固定架上设置有与第一固定架螺纹连接的第一推杆，所述第二固定架上设置有与第二固定架螺纹连接的第二推杆，所述第一推杆的端部与第一夹板接触，所述第二推杆的端部与第二夹板接触；
11.固定复合材料时，将复合材料放入夹持腔，转动第一推杆和第二推杆，推动第一夹板与第二夹板朝着复合材料移动，直到第一夹板与第二夹板压紧复合材料的两侧面。
12.进一步地，所述第一夹板与第二夹板的夹持面上设置有防滑凸台。
13.进一步地，所述加热头内部设置有钨浆加热器。
14.进一步地，所述加热头上设置有温度传感器和压力传感器。
15.进一步地，回收时，将加热头插入复合材料最下层纤维与倒数第二层纤维之间，然后再沿着复合材料3d打印的反方向运动，使最下层纤维外部的树脂基体熔化并将最下层纤维剥离。
16.本发明的有益效果是：本发明将待回收的复合材料固定在水平支撑板的下表面，回收时从下至上对待回收复合材料的纤维进行剥离，熔化后的树脂基体材料在重力的作用下滴落到下方的接料槽中，防止树脂基体聚集在待回收复合材料的表面而导致树脂基体的厚度逐渐增加，加热头的功率可以保持稳定，避免能耗增加，同时不影响纤维的剥离效率。此外，部分树脂基体也能够回收再利用，提高了回收效益。
附图说明
17.图1是本发明的整体示意图；
18.图2是图1中a-a的剖视示意图；
19.图3是本发明的加热头示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.本发明的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，将待回收的复合材料1固定于一水平支撑板2的下表面，在复合材料1的下方设置一接料槽3；
22.将加热头5移动至接触复合材料1的底部，利用机械手臂4带动加热头5沿着复合材料1的3d打印的反方向运动，加热头5将树脂基体熔化，利用牵引机构将树脂基体熔化区域的纤维6剥离，熔化的树脂基体向下掉落至接料槽3中。
23.如图1所示，水平支撑板2采用具有一定厚度的金属板，安装在支架上，使水平支撑
板2位于合适的高度。接料槽3自然放置于水平支撑板2的下方，用于接收滴落的熔化树脂基体。接料槽3采用铝合金等金属材质的槽体，可以承受一定的高温。机械手臂4采用现有常用的机械手即可，能够在一定的范围的三维空间内运动，从而带动加热头5沿着复合材料13d打印的反方向运动。
24.加热头5可采用电加热头，内部设置电加热丝，优选的，如图3所示，所述加热头5内部设置有钨浆加热器15。钨浆加热器15通电后产生高温，可将树脂基体熔化。为了便于控制钨浆加热器15的加热温度以用于熔化不同的树脂基体，所述加热头5上设置有温度传感器16。
25.牵引机构用于牵引纤维6，使纤维6从复合材料1上剥离下来。牵引机构具体包括回收辊7、成型口模8以及导向辊9，所述纤维6依次经过导向辊9和成型口模8后缠绕在回收辊7上。回收辊7在电机等设备的带动下转动，从而拉动纤维6收卷，提供纤维6剥离的动力。成型口模8内部具有供纤维6穿过的通道以及加热机构，纤维6通过该通道时，残留在纤维6上的树脂基体熔化并被刮掉。成型口模8的下方也可以设置一用于接收树脂基体的容器，被刮掉的树脂基体沿着通道流动至通道口并滴落至容器中，进一步实现了树脂基体的回收。导向辊9用于纤维6的转向，使纤维6沿着设定的方向移动。
26.待回收的复合材料1通过夹持机构固定于水平支撑板2的下表面，如图2所示，所述夹持机构包括竖直的第一夹板9、竖直的第二夹板10、第一固定架11和第二固定架12，所述第一夹板9与第二夹板10相互平行，所述第一夹板9和第二夹板10之间形成夹持腔，所述第一夹板9和第二夹板10的上端与水平支撑板2滑动连接，所述第一固定架11上设置有与第一固定架11螺纹连接的第一推杆13，所述第二固定架12上设置有与第二固定架12螺纹连接的第二推杆14，所述第一推杆13的端部与第一夹板9接触，所述第二推杆14的端部与第二夹板10接触；
27.固定复合材料1时，将复合材料1放入夹持腔，转动第一推杆13和第二推杆14，推动第一夹板9与第二夹板10朝着复合材料1移动，直到第一夹板9与第二夹板10压紧复合材料1的两侧面。第一推杆13和第二推杆14均为4个，可以保证足够的压紧力。第一夹板9和第二夹板10的上端可以设置燕尾形的滑块，水平支撑板2的下表面可以设置燕尾形的滑槽，滑块与滑槽滑动配合即可。所述第一夹板9与第二夹板10的夹持面上设置有防滑凸台，可以提高复合材料1的稳定性。
28.现有技术仅仅采用热风的热量将树脂基体熔化，并未提供促进纤维6剥离的作用力，效率比较低，为了提高剥离效率，回收时，先将加热头5插入复合材料1最下层纤维6与倒数第二层纤维6之间，然后再沿着复合材料1的3d打印的反方向运动，使最下层纤维6外部的树脂基体熔化并将最下层纤维6剥离。最下层纤维6被剥离后，倒数第二层纤维6即成为最下层的纤维6，重复上述方式对其进行剥离。
29.加热头5在对树脂基体进行加热的同时，也提供了剥离的作用力，使最下层纤维6与倒数第二层纤维6更快地分离，从而降低了最下层纤维6的剥离阻力，可以实现更快地剥离最下层的纤维6，从而提高了剥离效率。为了便于控制加热头5端部的剥离作用力大小，加热头5的端部还设置有压力传感器17。可根据压力传感器17和温度传感器16的检测结果调节加热温度和剥离作用力的大小，从而控制纤维6的剥离速度。为了降低加热头5进入树脂基体的阻力，加热头5的端部设置为锥形，其厚度从前端到后部逐渐增加。
30.综上，本发明实现了部分树脂基体的回收，提升了废弃连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收效益，还提高了回收效率，降低了回收成本。
31.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：将待回收的复合材料(1)固定于一水平支撑板(2)的底部，在复合材料(1)的下方设置一接料槽(3)；将加热头(5)移动至接触复合材料(1)的下表面，利用机械手臂(4)带动加热头(5)沿着复合材料(1)3d打印的反方向运动，加热头(5)将树脂基体熔化，利用牵引机构将树脂基体熔化区域的纤维(6)剥离，熔化的树脂基体向下掉落至接料槽(3)中。2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：所述牵引机构包括回收辊(7)、成型口模(8)以及导向辊(9)，所述纤维(6)依次经过导向辊(9)和成型口模(8)后缠绕在回收辊(7)上。3.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：待回收的复合材料(1)通过夹持机构固定于水平支撑板(2)的下表面，所述夹持机构包括竖直的第一夹板(9)、竖直的第二夹板(10)、第一固定架(11)和第二固定架(12)，所述第一夹板(9)与第二夹板(10)相互平行，所述第一夹板(9)和第二夹板(10)之间形成夹持腔，所述第一夹板(9)和第二夹板(10)的上端与水平支撑板(2)滑动连接，所述第一固定架(11)上设置有与第一固定架(11)螺纹连接的第一推杆(13)，所述第二固定架(12)上设置有与第二固定架(12)螺纹连接的第二推杆(14)，所述第一推杆(13)的端部与第一夹板(9)接触，所述第二推杆(14)的端部与第二夹板(10)接触；固定复合材料(1)时，将复合材料(1)放入夹持腔，转动第一推杆(13)和第二推杆(14)，推动第一夹板(9)与第二夹板(10)朝着复合材料(1)移动，直到第一夹板(9)与第二夹板(10)压紧复合材料(1)的两侧面。4.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：所述第一夹板(9)与第二夹板(10)的夹持面上设置有防滑凸台。5.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：所述加热头(5)内部设置有钨浆加热器(15)。6.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：所述加热头(5)上设置有温度传感器(16)和压力传感器(17)。7.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性3d打印复合材料的回收方法，其特征在于：回收时，将加热头(5)插入复合材料(1)最下层纤维(6)与倒数第二层纤维(6)之间，然后再沿着复合材料(1)3d打印的反方向运动，使最下层纤维(6)外部的树脂基体熔化并将最下层纤维(6)剥离。
技术总结
本发明公开了一种连续纤维增强热塑性3D打印复合材料的回收方法，连续纤维增强热塑性3D打印复合材料的回收方法，将待回收的复合材料固定于一水平支撑板的底部，在复合材料的下方设置一接料槽；将加热头移动至接触复合材料的下表面，利用机械手臂带动加热头沿着复合材料3D打印的反方向运动，加热头将树脂基体熔化，利用牵引机构将树脂基体熔化区域的纤维剥离，熔化的树脂基体向下掉落至接料槽中。本发明实现了部分树脂基体的回收，提升了废弃连续纤维增强热塑性3D打印复合材料的回收效益，还提高了回收效率，经济效益得到了提升。经济效益得到了提升。经济效益得到了提升。
