本發(fā)明涉及一種短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置。

背景技術(shù)：

近幾年來，隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，碳纖維材料也有了新的成形形式。目前，由于碳纖維在大批量生產(chǎn)過程中存在雜質(zhì)的影響，故生產(chǎn)連續(xù)較長的碳納米管需要較高的工藝處理成本，因此短切碳纖維仍然占據(jù)著較大的碳纖維市場(chǎng)。

常見的3D打印成形技術(shù)有：SLA技術(shù)、FDM技術(shù)、SLS技術(shù)、LOM技術(shù)和3DP技術(shù)等。其中FDM是3D打印中最常見技術(shù)，因其運(yùn)行成本低、打印質(zhì)量好、成形精度高、材料種類多和后期處理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因而被廣泛使用。

為了實(shí)現(xiàn)碳納米管形式的短切碳纖維通過3D打印的形式制造出來，目前還沒有短切碳纖維在熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)中的定向排列的處理方法，目前常用的方法主要為短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合后打印。目前的混合方式下短切碳纖維在熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)中呈現(xiàn)各向異性的空間排列形式，該排列形式下碳纖維的材料的力學(xué)性能不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)中短碳納米管纖維空間取向的處理問題，本發(fā)明的目的在于提供一種短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置。該裝置得到優(yōu)化改性的碳纖維復(fù)合材料絲材可直接應(yīng)用于高精度3D打印碳纖維結(jié)構(gòu)功能件。主要應(yīng)用于碳纖維材料的3D打印，將短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合并制成一種可進(jìn)行熱塑性的3D絲材。該裝置處理后的絲材中碳納米管能夠保持定向排列的緊密排列形式，可極大地提高3D打印形式下的碳纖維結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置，包括熱熔加熱裝置、氣壓擠出裝置、非對(duì)稱式均勻攪拌裝置、短碳納米管纖維極化處理裝置和自動(dòng)盤絲裝置；該設(shè)備所有的裝置全部安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)要求有良好的隔熱性能，所有的裝置的工作均由主控制器控制和配電。以上五個(gè)裝置通過主控制器進(jìn)行控制，設(shè)置交互型的顯示屏以及按鈕，用戶可以設(shè)定材料的加熱溫度、熔料腔工作氣壓、均勻攪拌轉(zhuǎn)速、極化電場(chǎng)的強(qiáng)度和收料卷筒的規(guī)格尺寸。通過用戶給定的參數(shù)，微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)以上五個(gè)裝置的協(xié)調(diào)處理，最終完成短切碳纖維熱塑性復(fù)合材料定向排列的絲材制備過程。

所述熱熔加熱裝置是由熔料腔密封蓋、熔料腔體、加熱管和熱電偶組成，所述加熱管安裝在熔料腔體的底部，熔料腔體的溫度通過熱電偶進(jìn)行檢測(cè)，并將溫度信號(hào)傳遞到主控制器上，主控制器將檢測(cè)溫度信號(hào)和輸入?yún)?shù)進(jìn)行比較來確定加熱管是否需要加熱，熔料腔密封蓋安裝在熔料腔體的頂端。熱熔加熱裝置的布置位置需考慮整個(gè)裝置的溫度場(chǎng)熱傳遞過程，要確保熔料腔中的制件完全熔化，單向轉(zhuǎn)接管中材料也是完全熔化，擠出導(dǎo)管出口位置熱塑材料的溫度要低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并且略微固化成絲狀以便后面盤絲收集。

所述氣壓擠出裝置是由氣動(dòng)系統(tǒng)、消聲器、氣路管道、熔料腔密封蓋、攪拌電機(jī)、熔料腔體、調(diào)整墊片、錐口導(dǎo)套、彈性密封墊塊、出絲導(dǎo)管、壓緊螺母、調(diào)整墊片、導(dǎo)管密封墊和轉(zhuǎn)接彎管組成，所述氣路管道將氣動(dòng)系統(tǒng)和熔料腔體實(shí)現(xiàn)氣路連接，消聲器以管螺紋的形式連接在氣動(dòng)系統(tǒng)的出氣口上，在氣壓擠出的過程中，氣動(dòng)系統(tǒng)得到主控制器氣壓控制信號(hào)，通過氣路管道對(duì)熔料腔體進(jìn)行氣體加壓處理，通過熔料腔密封蓋和腔蓋密封墊圈實(shí)現(xiàn)熔料腔體的密封，攪拌電機(jī)的軸部通過電機(jī)軸用密封圈實(shí)現(xiàn)密封；所述調(diào)整墊片位于熔料腔體和轉(zhuǎn)接彎管之間，錐口導(dǎo)套和轉(zhuǎn)接彎管通過螺紋連接，彈性密封墊塊位于錐口導(dǎo)套和轉(zhuǎn)接彎管之間，所述出絲導(dǎo)管嵌在壓緊螺母上，壓緊螺母和轉(zhuǎn)接彎管螺紋連接，調(diào)整墊片和導(dǎo)管密封墊均安裝在壓緊螺母和轉(zhuǎn)接彎管之間。氣壓擠出裝置可以實(shí)現(xiàn)熔料腔中短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合物能夠持續(xù)下降，實(shí)現(xiàn)混合物漸變式收到非對(duì)稱式攪拌機(jī)構(gòu)的均勻攪拌并實(shí)現(xiàn)熔料腔的熔融狀態(tài)的復(fù)合材料能夠以一定的流量經(jīng)過極化電場(chǎng)和從擠出管中擠出。

所述非對(duì)稱式均勻攪拌裝置是由攪拌電機(jī)、電機(jī)緊固處螺栓和密封墊、電機(jī)軸用密封圈、電機(jī)軸與聯(lián)軸器連接處的緊定螺釘、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器與攪拌軸連接處的定位銷、攪拌軸、開口銷、非對(duì)稱攪拌板和非對(duì)稱細(xì)篩孔板組成；所述攪拌電機(jī)通過電機(jī)緊固處螺栓和密封墊安裝在熔料腔密封蓋上，電機(jī)軸用密封圈安裝在攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并且位于熔料腔密封蓋密封槽中，攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸器通過緊定螺釘連接，聯(lián)軸器和攪拌軸通過定位銷進(jìn)行連接，非對(duì)稱攪拌板和非對(duì)稱細(xì)篩孔板均通過開口銷與攪拌軸連接。非對(duì)稱式均勻攪拌裝置具有上層的粗?jǐn)嚢杩缀Y和下層的非對(duì)稱式細(xì)孔篩；上層粗?jǐn)嚢杩缀Y能夠完成大塊短切碳纖維粉末和熱塑性復(fù)合材料的粗?jǐn)嚢?，以避免下層?xì)孔篩的堵塞。下層的細(xì)孔篩為非對(duì)稱式的孔篩排列形式，從而保證同一層高度的混合物在一個(gè)周期的攪拌過程中能夠流過不同的細(xì)孔篩，這樣便可實(shí)現(xiàn)短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料的均勻攪拌。

所述短碳納米管纖維極化處理裝置是由緊固鐵氧體、電場(chǎng)發(fā)射天線、線圈隔離套、電場(chǎng)發(fā)射器底座、初級(jí)磁線圈、次級(jí)磁線圈、主控制器和六角螺栓組成；所述緊固鐵氧體和電場(chǎng)發(fā)射天線通過螺紋連接，線圈隔離套和電場(chǎng)發(fā)射器底座通過六角螺栓進(jìn)行緊固，初級(jí)磁線圈安裝在線圈隔離套上并且兩端均接在組控制器上，次級(jí)磁線圈安裝在緊固鐵氧體上并且一端接電場(chǎng)發(fā)射天線另一端接主控制器。通過天線發(fā)射高壓電場(chǎng)可瞬間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的短切碳纖維極化處理，其具體所需的電場(chǎng)強(qiáng)度和場(chǎng)的分布主要取決于熔融熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)的粘度和流動(dòng)狀態(tài)。這樣便可實(shí)現(xiàn)熔融狀態(tài)下熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)中的短切碳纖維的定向排列處理，并且其內(nèi)部的碳納米管纖維呈現(xiàn)線性首尾相接現(xiàn)象，這將極大地提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。

所述自動(dòng)盤絲裝置是由盤絲電機(jī)、卷筒軸套、卷筒、擠出絲材、盤絲裝置底座、軸向撥塊、氣缸、氣動(dòng)系統(tǒng)、第一氣缸管路以及第二氣缸管路組成；所述盤絲電機(jī)和卷筒軸套過盈配合，卷筒軸套和卷筒采用過渡配合進(jìn)行連接，擠出絲材纏繞在卷筒上，盤絲電機(jī)安裝在盤絲裝置底座上，盤絲裝置底座安裝在工作臺(tái)上，軸向撥塊安裝在氣缸的軸端并且軸向撥塊的撥叉卡在卷筒上，氣缸安裝在工作臺(tái)上，第一氣缸管路以及第二氣缸管路均安裝在氣動(dòng)系統(tǒng)和氣缸的配氣孔上。盤絲電機(jī)的轉(zhuǎn)速和擠出管中絲材的擠出速度匹配。盤絲卷筒的軸向往返速度由卷筒規(guī)格尺寸和卷筒轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，其速度主要由氣動(dòng)元件的高壓氣體流量決定。

所有易被熱塑性復(fù)合材料材料堵塞的零件均為可替換的簡(jiǎn)單零件。一般情況下，重復(fù)使用時(shí)簡(jiǎn)單接觸零件中的熱塑性復(fù)合材料材料會(huì)被加熱熔化，不會(huì)對(duì)后面連續(xù)出絲造成太大影響，并且攪拌均勻的后短切碳纖維不會(huì)在熔融狀態(tài)的熱塑性復(fù)合材料基質(zhì)中產(chǎn)生團(tuán)聚而影響到擠出管路的堵塞。

短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料中的熱塑性復(fù)合材料材料可以使用ABS、PLA、PA、PE、PP和PVC等熱塑性復(fù)合材料材料，而碳纖維材料主要是短切的碳纖維。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了將短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料直接做成絲材，以便于后期將絲材直接放到常用的FDM形式的3D打印機(jī)進(jìn)行碳纖維結(jié)構(gòu)件的打印，該復(fù)合的極化處理方式極大地提高了復(fù)合材料中短切碳纖維的定向排列空間分布形式，并且短切碳纖維能夠首尾相接保持一定的纖維連續(xù)型。本發(fā)明可為FDM形式的3D打印機(jī)提供短切碳纖維形式的打印原材料。該裝置可以實(shí)現(xiàn)3D打印高精度的碳纖維材料結(jié)構(gòu)件，并且該結(jié)構(gòu)件在材料的預(yù)先定向排列處理后具有良好的機(jī)械性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置的結(jié)構(gòu)剖切圖。

圖3是本發(fā)明短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置的極化結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置的極化原理圖。

圖5是本發(fā)明短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置的系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1、圖2和圖3所示，一種短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置，其特征在于，包括熱熔加熱裝置、氣壓擠出裝置、非對(duì)稱式均勻攪拌裝置、短碳納米管纖維極化處理裝置和自動(dòng)盤絲裝置；該設(shè)備所有的裝置全部安裝在工作臺(tái)1上，工作臺(tái)1要求有良好的隔熱性能，所有的裝置的工作均由主控制器2控制和配電。

所述熱熔加熱裝置是由熔料腔密封蓋6、熔料腔體8、加熱管29和熱電偶30組成，所述加熱管29安裝在熔料腔體8的底部，熔料腔體8的溫度通過熱電偶30進(jìn)行檢測(cè)，并將溫度信號(hào)傳遞到主控制器2上，主控制器2將檢測(cè)溫度信號(hào)和輸入?yún)?shù)進(jìn)行比較來確定加熱管29是否需要加熱，熔料腔密封蓋6安裝在熔料腔體8的頂端以實(shí)現(xiàn)保溫作用，倘若保溫效果不明顯，可在熔料腔體8外包裹石棉。

所述氣壓擠出裝置是由氣動(dòng)系統(tǒng)3、消聲器4、氣路管道5、熔料腔密封蓋6、攪拌電機(jī)7、熔料腔體8、調(diào)整墊片31、錐口導(dǎo)套32、彈性密封墊塊33、出絲導(dǎo)管28、壓緊螺母34、調(diào)整墊片35、導(dǎo)管密封墊36和轉(zhuǎn)接彎管37組成，所述氣路管道5將氣動(dòng)系統(tǒng)3和熔料腔體8實(shí)現(xiàn)氣路連接，消聲器4以管螺紋的形式連接在氣動(dòng)系統(tǒng)3的出氣口上，在氣壓擠出的過程中，氣動(dòng)系統(tǒng)3得到主控制器2氣壓控制信號(hào)，通過氣路管道5對(duì)熔料腔體8進(jìn)行氣體加壓處理，通過熔料腔密封蓋6和腔蓋密封墊圈21實(shí)現(xiàn)熔料腔體8的密封，攪拌電機(jī)7的軸部通過電機(jī)軸用密封圈17實(shí)現(xiàn)密封；所述調(diào)整墊片31位于熔料腔體8和轉(zhuǎn)接彎管37之間，錐口導(dǎo)套32和轉(zhuǎn)接彎管37通過螺紋連接，彈性密封墊塊33位于錐口導(dǎo)套32和轉(zhuǎn)接彎管37之間，所述出絲導(dǎo)管28嵌在壓緊螺母34上，壓緊螺母34和轉(zhuǎn)接彎管37螺紋連接，調(diào)整墊片35和導(dǎo)管密封墊36均安裝在壓緊螺母34和轉(zhuǎn)接彎管37之間。當(dāng)氣壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，并且保證絲材連續(xù)擠出和擠出的絲材剛好固化時(shí)，主控制器2將控制氣動(dòng)系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)保壓處理。在擠出過程中，熔融狀態(tài)的熱塑性復(fù)合材料在擠出管道中是穩(wěn)定流通的。

所述非對(duì)稱式均勻攪拌裝置是由攪拌電機(jī)7、電機(jī)緊固處螺栓和密封墊16、電機(jī)軸用密封圈17、電機(jī)軸與聯(lián)軸器連接處的緊定螺釘18、聯(lián)軸器19、聯(lián)軸器與攪拌軸連接處的定位銷20、攪拌軸22、開口銷23、非對(duì)稱攪拌板24和非對(duì)稱細(xì)篩孔板25組成；所述攪拌電機(jī)7通過電機(jī)緊固處螺栓和密封墊16安裝在熔料腔密封蓋6上，電機(jī)軸用密封圈17安裝在攪拌電機(jī)7的轉(zhuǎn)軸上并且位于熔料腔密封蓋6密封槽中，攪拌電機(jī)7的轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸器19通過緊定螺釘18連接，聯(lián)軸器19和攪拌軸22通過定位銷20進(jìn)行連接，非對(duì)稱攪拌板24和非對(duì)稱細(xì)篩孔板25均通過開口銷23與攪拌軸22連接。攪拌機(jī)構(gòu)的動(dòng)力是由攪拌電機(jī)7提供，攪拌電機(jī)7的動(dòng)力通過聯(lián)軸器19傳遞給攪拌軸22，從而使得攪拌軸22上的非對(duì)稱攪拌板24和非對(duì)稱式細(xì)篩孔板25同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使得熔料腔8中的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料充分?jǐn)嚢琛?/p>

參照?qǐng)D3和圖4，在短碳納米管纖維極化處理裝置中，對(duì)轉(zhuǎn)接彎管37末端處均勻的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合物進(jìn)行高壓電場(chǎng)極化處理。圖3中，緊固鐵氧體38和電場(chǎng)發(fā)射天線39通過螺紋進(jìn)行連接，線圈隔離套40和電場(chǎng)發(fā)射器底座41通過六角螺栓44進(jìn)行緊固，初級(jí)磁線圈42安裝在線圈隔離套40上并且兩端均接在組控制器2上，次級(jí)磁線圈43安裝在緊固鐵氧體38上并且一端接電場(chǎng)發(fā)射天線39另一端接主控制器2。在控制器2的接口上，次級(jí)線圈43的一端和導(dǎo)電天線39連接，另一端接地，初級(jí)線圈42和次級(jí)線圈43形成電磁耦合，且初級(jí)線圈42的兩端和離子脈沖發(fā)射器連接。在耦合的發(fā)大作用下，導(dǎo)電天線39作為陽極產(chǎn)生較高的電勢(shì)。在天線39的電場(chǎng)作用下，熔融狀態(tài)的混合物中短切碳纖維可瞬間極化，并保持首尾相接的線性排列狀態(tài)，從而完成各項(xiàng)同性的處理，提高擠出絲材的打印性能。

參照?qǐng)D4可知，初級(jí)線圈42和次級(jí)線圈43的耦和電路形式以及處均勻的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合物中短纖維的碳納米管的極化排列形式。

參照?qǐng)D3和圖4可知，在具體極化的過程中，調(diào)節(jié)天線39作用在轉(zhuǎn)接彎管37末端的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小時(shí)，要綜合熔融狀態(tài)熱塑性復(fù)合材料的粘度和氣壓擠出的流動(dòng)速度來確定，通過優(yōu)化確定電場(chǎng)的矢量關(guān)系。在轉(zhuǎn)接彎管37的選材過程中一定要避免選用導(dǎo)電的金屬材料以防出現(xiàn)內(nèi)部的電場(chǎng)的靜電屏蔽。這里轉(zhuǎn)接彎管37可選用一些陶瓷復(fù)合材料。

繼續(xù)參照?qǐng)D1和圖2，所述自動(dòng)盤絲裝置是由盤絲電機(jī)9、卷筒軸套26、卷筒10、擠出絲材27、盤絲裝置底座11、軸向撥塊12、氣缸13、氣動(dòng)系統(tǒng)3、第一氣缸管路14以及第二氣缸管路15組成；所述盤絲電機(jī)9和卷筒軸套26過盈配合，卷筒軸套26和卷筒10采用過渡配合進(jìn)行連接，擠出絲材27纏繞在卷筒10上，盤絲電機(jī)9安裝在盤絲裝置底座11上，盤絲裝置底座11安裝在工作臺(tái)1上，軸向撥塊12安裝在氣缸13的軸端并且軸向撥塊12的撥叉卡在卷筒10上，氣缸13安裝在工作臺(tái)1上，第一氣缸管路14以及第二氣缸管路15均安裝在氣動(dòng)系統(tǒng)3和氣缸13的配氣孔上。卷筒10的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力是由盤絲電機(jī)9提供，且內(nèi)部連接存在周向定位以保證轉(zhuǎn)矩傳遞。卷筒10的軸向往復(fù)移動(dòng)是通過軸向撥塊12進(jìn)行控制，軸向撥塊12和氣缸13的桿軸端通過四方面進(jìn)行形面連接，當(dāng)卷筒10要取出時(shí)，通過擰松撥動(dòng)軸向撥塊12實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向避讓。氣缸13通過第一氣缸管路14以及第二氣缸管路15和氣動(dòng)系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)氣路連接。第一氣缸管路14和第二氣缸管路15不斷切換進(jìn)、出氣路，以實(shí)現(xiàn)卷筒10的往復(fù)移動(dòng)，以確保絲材27能夠均勻地盤繞在卷筒10上。盤絲電機(jī)9的轉(zhuǎn)速和氣缸13的氣流量均由主控制器2進(jìn)行控制，主控制器2的控制是通過用戶交互式地輸入絲材特性參數(shù)和卷筒規(guī)格尺寸匹配計(jì)算后實(shí)現(xiàn)。

繼續(xù)參照?qǐng)D2，在熔料腔體8中，承料面為錐面，這樣對(duì)粘度較大的熔融狀態(tài)的熱塑性復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)向性，在內(nèi)部氣壓的作用下容易實(shí)現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料的擠出。

繼續(xù)參照?qǐng)D2，在熔料腔體8中，可以實(shí)現(xiàn)最大規(guī)格為直徑180mm和高200mm的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料材料的混合空間，其熔料腔可實(shí)現(xiàn)3D打印碳纖維材料結(jié)構(gòu)件的預(yù)先絲材優(yōu)化處理，這樣便可以進(jìn)行FDM高精度碳纖維結(jié)構(gòu)件成形，并且易于實(shí)現(xiàn)碳纖維材料成形的柔性化。

參照?qǐng)D5，整個(gè)裝置的工作過程如下：

確定所選材料的相關(guān)參數(shù)（熱塑性復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔融狀態(tài)下的粘度以及短切碳纖維的目數(shù)）、卷筒的規(guī)格參數(shù)和預(yù)設(shè)定的氣壓值，然后將以上這些參數(shù)通過鍵盤或者觸摸鍵輸入到主控制器2中，這時(shí)交互顯示器會(huì)顯示主控制器2輸入的參數(shù)值和運(yùn)算處理的實(shí)時(shí)顯示工作參數(shù)值（熔料腔氣壓和溫度值、盤絲速度和絲材收集長度值）。設(shè)定完參數(shù)后，將短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料的粉末原料均勻堆積在熔料腔體8中。然后合上熔料腔密封蓋6，接著按一下主控制器2的啟動(dòng)按鈕，主控制器2對(duì)加熱管29進(jìn)行供電，加熱管29將產(chǎn)生的焦耳熱通過熔料腔體8熱傳導(dǎo)到混合材料中。在加熱的過程中，熱電偶30實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔料腔體8中混合材料的溫度，當(dāng)達(dá)到熱塑性復(fù)合材料的熔融溫度時(shí)，主控制器2通過對(duì)加熱管29的供電控制以進(jìn)行保溫處理。然后，主控制器2對(duì)攪拌電機(jī)7供電，從而將熔料腔體8中的混合材料均勻攪拌處理。通過主控制器2的延時(shí)處理并且保證混合材料均勻攪拌后，主控制器2對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)3進(jìn)行供電，氣動(dòng)系統(tǒng)3對(duì)熔料腔體8進(jìn)行加壓處理。當(dāng)熔料腔體的氣壓傳感器的氣壓反饋值達(dá)到理想的擠出工作氣壓時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)3對(duì)熔料腔體8進(jìn)行保壓處理。在出絲過程中，主控制器2給極化裝置進(jìn)行供電，從而使得電場(chǎng)發(fā)射天線39產(chǎn)生極化電場(chǎng)，極化電場(chǎng)使得在轉(zhuǎn)接彎管37內(nèi)的熔融狀態(tài)的熱塑性復(fù)合物中的短切碳纖維產(chǎn)生極化并保持定向排列。當(dāng)把極化好的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合物混合后的絲材從出絲導(dǎo)管28氣壓擠出并且手工將出來的絲材預(yù)纏繞一小段在卷筒10上后，主控制器2對(duì)盤絲電機(jī)9進(jìn)行PWM調(diào)速處理，從而確保設(shè)定的盤絲電機(jī)9的轉(zhuǎn)速，盤絲電機(jī)9帶動(dòng)卷筒10旋轉(zhuǎn)從而對(duì)擠出絲材進(jìn)行收集。與此同時(shí)，主控制器2控制氣動(dòng)系統(tǒng)2對(duì)氣缸13提供氣壓和換向處理，在第一氣缸管路14以及第二氣缸管路15的氣路換向?qū)崿F(xiàn)了氣缸13末端的軸向撥塊12的軸向往復(fù)移動(dòng)，軸向撥塊12帶動(dòng)卷筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)擠出的絲材在卷筒10上能夠均勻地收集起來。當(dāng)絲材全部擠出后，主控制器2依次關(guān)閉熱熔加熱裝置、非對(duì)稱式均勻攪拌裝置、氣壓擠出裝置、短碳納米管纖維極化處理裝置和自動(dòng)盤絲裝置。

本發(fā)明的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料混合的定向排列處理裝置，可應(yīng)用于以上所闡述的高性能FDM絲材的預(yù)制，也可應(yīng)用于定向排列的短切碳纖維和熱塑性復(fù)合材料材料極化處理的擠出噴頭設(shè)計(jì)。