[發(fā)明專利]連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法及制造設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010512291.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111633979A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊立寧;楊光;王金業(yè);張永弟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/118
• 分類號(hào): B29C64/118;B29C64/386;B33Y10/00;B33Y50/00
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 王朝

本發(fā)明提供了一種連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法及制造設(shè)備，屬于增材制造領(lǐng)域，包括以下步驟，建立預(yù)成形連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料件的三維模型；采用分層軟件對(duì)三維模型進(jìn)行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件；層片數(shù)據(jù)文件被轉(zhuǎn)換成能夠直接被增材制造設(shè)備所識(shí)別的成形路徑驅(qū)動(dòng)信號(hào)文件；根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)文件進(jìn)行打印，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法及制造設(shè)備。

背景技術(shù)

連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造是復(fù)合材料成形、增材制造領(lǐng)域的交叉研究方向，主要應(yīng)用于復(fù)合材料飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，將大幅提升飛行器制造效率及綜合性能，同時(shí)應(yīng)用于新能源汽車等前沿領(lǐng)域，具有重要研究意義和廣闊應(yīng)用前景，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，美國(guó)Mark Forged公司、東京理科大學(xué)、日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)、英國(guó)中央蘭開夏大學(xué)，以及國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)、機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司等已基于FDM工藝開展了連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造工藝研究，并開發(fā)出相應(yīng)設(shè)備，但僅能實(shí)現(xiàn)X/Y方向纖維取向增強(qiáng)，尚未解決Z向增強(qiáng)問(wèn)題，造成復(fù)合材料綜合性能較低。因此，開發(fā)一種新型連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料成形件Z向強(qiáng)度及其整體性能的有效增強(qiáng)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法及制造設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

建立預(yù)成形連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料件的三維模型；

采用分層軟件對(duì)三維模型進(jìn)行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件；

層片數(shù)據(jù)文件被轉(zhuǎn)換成能夠直接被增材制造設(shè)備所識(shí)別的成形路徑驅(qū)動(dòng)信號(hào)文件；

根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)文件進(jìn)行打印。

優(yōu)選的，打印時(shí)，先在成形基板上打印第一層單向復(fù)合材料絲束，然后進(jìn)行纏繞式打印，即在垂直于第一層單向復(fù)合材料絲束的方向上進(jìn)行包繞式打印，形成第二層復(fù)合材料絲束，最后重復(fù)上述操作，形成若干層交替纏繞式復(fù)合材料絲束。

優(yōu)選的，打印第一層單向復(fù)合材料絲束時(shí)，依次在成形基板的上表面、側(cè)表面、下表面以及另一側(cè)表面的位置打印，使形成環(huán)形絲束。

優(yōu)選的，所述第一層單向復(fù)合材料絲束的長(zhǎng)度方向垂直于YZ面，所述第一層單向復(fù)合材料絲束由多個(gè)單個(gè)絲束依次排列而成。

優(yōu)選的，所述第二層復(fù)合材料絲束沿著垂直于第一層單向復(fù)合材料絲束長(zhǎng)度方向的方向進(jìn)行包繞，且在第一層單向復(fù)合材料絲束的整個(gè)長(zhǎng)度上進(jìn)行整體包繞。

優(yōu)選的，所述第二層復(fù)合材料絲束由多個(gè)單個(gè)絲束依次排列而成。

優(yōu)選的，待打印零件冷卻后，從成形基板上取下，整理并清掃裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述增強(qiáng)方法的制造設(shè)備，包括打印頭，以及用于驅(qū)動(dòng)打印頭沿XYZ軸方向運(yùn)動(dòng)的調(diào)整機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，還包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)成形基板轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，還包括支撐架，所述支撐架用于支撐調(diào)整機(jī)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

本發(fā)明提供的連續(xù)纖維復(fù)合材料增材制造Z向增強(qiáng)方法及制造設(shè)備的有益效果在于，將常見(jiàn)增材制造工藝過(guò)程中，由X、Y、Z三個(gè)方向簡(jiǎn)單配合來(lái)實(shí)現(xiàn)續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零部件打印的方式與對(duì)打印絲束進(jìn)行纏繞的方式相結(jié)合，可以有效提升最終成形件的Z向強(qiáng)度及其整體性能。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明提供的增材制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；