[發(fā)明專利]基于纏繞與3D打印技術(shù)的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)成型方法

在審

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• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114905762A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冉旭東;張菲玥;光文軍;童壽維;肖寒;黃樹海;陳強;李輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器裝備集團西南技術(shù)工程研究所
• 主分類號: B29C69/00
• 分類號: B29C69/00;B29C48/05;B29C53/60;B29C53/80;B29C53/82;B29C53/56
• 代理公司: 重慶立川知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50285
• 代理人: 廖明亮

本發(fā)明提供了一種成型效率和材料利用率高的基于纏繞與3D打印技術(shù)的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)成型方法，首先在芯模上纏繞方法成型一層基層殼體，而后采用連續(xù)纖維3D打印方法在纏繞層上沿著芯模軸向打印支撐肋，待結(jié)構(gòu)固化后，按照設(shè)計的纏繞與3D打印組合形式，依次采用纏繞方法成型殼體與采用連續(xù)纖維3D打印方法成型支撐肋，而后進行二次固化。本發(fā)明具有工序步驟簡單、工藝流程短、可操作性強、性能優(yōu)異等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于連續(xù)纖維增強復(fù)合材料夾心結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于纏繞與3D打印技術(shù)的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)成型方法。

背景技術(shù)

連續(xù)纖維增強復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于航空航天、先進兵器、海洋船舶等領(lǐng)域，發(fā)揮了緩沖、吸能、隔振的重要作用，其減重效果顯著、但其形狀復(fù)雜。然而，采用現(xiàn)有模壓、注塑等成型工藝在保證連續(xù)纖維增強復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)內(nèi)壁纖維連續(xù)性的同時，成型效率與材料利用率卻不高。盡管采用現(xiàn)有模壓、注塑等成型工藝制備的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的力學(xué)性能，若能將其抗拉性能、吸能性能和緩沖性能作進一步優(yōu)化則對連續(xù)纖維增強復(fù)合材料夾心結(jié)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)用具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明目的之一在于提供一種成型效率和材料利用率高的基于纏繞與3D打印技術(shù)的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)成型方法。

為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種基于纏繞與3D打印技術(shù)的復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)成型方法，步驟包括：

步驟1，將芯模安裝到回轉(zhuǎn)主軸上；

步驟2，控制主軸轉(zhuǎn)動，控制纏繞出絲嘴運動使連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料均勻纏繞到芯模上，成型出等厚度的復(fù)合材料第1內(nèi)層結(jié)構(gòu)；

步驟3，控制主軸固定，驅(qū)動3D打印設(shè)備的噴嘴沿著芯模往復(fù)軸向運動，以在所述第1內(nèi)層結(jié)構(gòu)表面打印成型等截面的支撐肋，完成一條支撐肋的打印后，控制主軸旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度后再打印下一條支撐肋，完成所述第1內(nèi)層結(jié)構(gòu)表面所有支撐肋的打印后，對打印好的支撐肋進行固化處理，得第1層復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟4，繼續(xù)控制主軸轉(zhuǎn)動，控制纏繞出絲嘴運動使連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料均勻纏繞到第1層復(fù)合結(jié)構(gòu)上，成型出等厚度的復(fù)合材料第2內(nèi)層結(jié)構(gòu)；

步驟5，參照步驟3，在所述第2內(nèi)層結(jié)構(gòu)表面繼續(xù)打印支撐肋，得第2層復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟6，按照設(shè)計的支撐肋位置與截面形狀，參照步驟2和步驟3進行操作，直到完成所有纏繞工序、所有支撐肋的打印和固化處理，得復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)；

步驟7，從芯模上取出所得復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)，對其整體再次進行固化處理，結(jié)束后分切成符合要求的產(chǎn)品。

作為優(yōu)選方案，所述芯模采用截面為圓形、三角形、正方形、規(guī)則六邊形等多邊形的柱狀芯模，模具采用石膏、石墨以及可拆卸金屬等形式。

作為優(yōu)選方案，所述連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料采用碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、凱夫拉纖維中的一種或多種組合。

作為優(yōu)選方案，所述連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料的樹脂材料采用PE-聚乙烯類、PP-聚丙烯類、PVC-聚氯乙烯類、PS-聚苯乙烯類、PA-聚酰胺類、POM-聚甲醛類、PC-聚碳酸酯類、聚苯醚類、聚砜類中的一種或多種混合。

作為優(yōu)選方案，步驟3中，固化處理的方式采用冷風固化、熱風固化或紫外線固化；步驟7中，固化處理的方式采用熱壓罐固化、冷風固化、熱風固化、紫外線固化一種或多種組合。

作為優(yōu)選方案，利用連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料纏繞的內(nèi)層結(jié)構(gòu)徑向截面呈圓形和/或矩形和/或橢圓形。

作為優(yōu)選方案，相應(yīng)步驟中，主軸轉(zhuǎn)動的速度為10-500rad/min。

為進一步提高復(fù)合材料輕質(zhì)夾心結(jié)構(gòu)的抗拉性能、吸能性能和緩沖性能，纏繞連續(xù)纖維增強樹脂基預(yù)浸料的方法采用環(huán)向纏繞和/或螺旋纏繞。