一种连续纤维单向预浸带增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，包括对产品进行三维建模，并通过软件根据三维模型进行产品的应力仿真，得到产品的应力仿真图；3D打印机根据三维模型预设打印路径，根据打印路径，使用扁口打印头对连续纤维预浸扁带进行预应力逐层打印，转动扁口打印头根据应力仿真图在每层上定向铺设连续纤维预浸扁带，得到产品预制体；对产品预制体进行高压固化工艺得到产品胚体；对产品胚体进行机加工和涂装处理，得到最终产品。本发明专利技术为快速成型连续纤维复合材料和三维纤维预制体成型提供了可靠、快速、低成本的制造手段，为复合材料增材制造开辟的发展方向，将颠覆高性能热固性树脂的复合材料制造产业模式。固性树脂的复合材料制造产业模式。固性树脂的复合材料制造产业模式。

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维单向预浸带增材制造方法


[0001]本专利技术涉及3D打印的
，特别是涉及一种连续纤维单向预浸带增材制造方法。

技术介绍

[0002]随着纤维复合材料的广泛应用越来越广泛以及3D打印技术的飞速发展，复合材料连续纤维的3D打印正在处于厚积薄发的新阶段，在新产品开发、模具制造及机械加工领域，已出现爆发式增长态势。
[0003]目前采用原位浸渍、丝束共挤出、拖丝挤出和原位合并等方法，解决了连续纤维增材制造的一部分问题，但也带来了一些新的问题，如纤维综合性能降低、更高的树脂质量要求等问题；同时圆形截面的连续纤维预浸带容易出现打印间隙，打印厚度不容易控制，成品易开裂等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，使连续纤维预浸带打印厚度易控制，更容易制得孔隙率低、不易开裂的高质量产品。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，包括如下步骤，
[0007]步骤一，对产品进行三维建模，并通过软件根据三维模型进行所述产品的应力仿真，得到所述产品的应力仿真图；
[0008]步骤二，3D打印机根据三维模型预设打印路径，根据所述打印路径，使用扁口打印头对连续纤维预浸扁带进行预应力逐层打印，转动所述扁口打印头根据所述应力仿真图在每层上定向铺设所述连续纤维预浸扁带，剪切多余材料，得到产品预制体；
[0009]步骤三，对所述产品预制体进行高压固化工艺得到产品胚体；
[0010]步骤四，对所述产品胚体进行机加工和涂装处理，得到最终产品。
[0011]优选的，所述步骤二中预应力逐层打印时施加的预应力为100
‑
600N。
[0012]优选的，所述步骤二中预应力逐层打印至少包括与所述预设运动轨迹重合的平铺型、正倾斜角锯齿型和负倾斜角锯齿型三种打印轨迹，所述正倾斜角锯齿型和所述负倾斜角锯齿型的齿尖关于所述预设运动轨迹对称。
[0013]优选的，所述步骤二中预应力逐层打印中，每层为一种打印轨迹，三种所述打印轨迹交替使用，三种所述打印轨迹的顺序为六种排列组合的任意一种组合。
[0014]优选的，按照所述平铺型的打印轨迹最多连续打印三层，所述正倾斜角锯齿型和所述负倾斜角锯齿型的两层打印轨迹相邻且为一层锯齿构层，所述锯齿构层最多连续打印三层。
[0015]优选的，所述正倾斜角锯齿型和所述负倾斜角锯齿型与所述平铺型的运动轨迹之
间的夹角为1
°‑
90
°
。
[0016]优选的，所述扁口打印头上设施有加热器，所述加热器的温度控制在35℃
‑
75℃。
[0017]优选的，所述连续纤维预浸扁带的横截面为矩形、腰型或者椭圆形，所述连续纤维预浸扁带的材质为碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维。
[0018]优选的，所述高压固化工艺为热压罐或袋压工艺真空复合。
[0019]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0020]本专利技术充分利用现有连续纤维预浸料的资源优势，进行无模具增材制造，使用连续纤维预浸扁带，使3D打印的每层厚度易控制，更容易制得孔隙率低、不易开裂的高质量产品，可使增材制造变得更加贴近工程化，实用性强，尤其是对于热固性树脂复合材料的低成本、快速加工生产具有重大意义。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术连续纤维单向预浸带增材制造方法的结构示意图一；
[0023]图2为本专利技术连续纤维单向预浸带增材制造方法的结构示意图二；
[0024]图3为本专利技术中预应力逐层打印的结构示意图；
[0025]其中：1
‑
无尘箱，2
‑
连续纤维预浸扁带，3
‑
扁口打印头，4
‑
平铺型，5
‑
正倾斜角锯齿型，6
‑
负倾斜角锯齿型，7
‑
产品预制体，8
‑
预设运动轨迹。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术的目的是提供一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，以解决现有技术存在的问题，使。
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]如图1至图3所示：本实施例提供了一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，包括如下步骤：
[0030]步骤一，对产品进行三维建模，并通过软件根据三维模型进行产品的应力仿真，得到产品的应力仿真图；
[0031]步骤二，3D打印机根据三维模型预设打印路径，根据打印路径，使用扁口打印头3对连续纤维预浸扁带2进行预应力逐层打印，转动扁口打印头3根据应力仿真图在每层上定向铺设连续纤维预浸扁带2，剪切多余材料，得到产品预制体7；扁口打印头3上设施有加热器，扁口打印头3能受机械手控制进行360
°
旋转，可任意改变打印角度，使打印出的连续纤
维预浸扁带2按预设路径逐层打印；加热器的温度控制在35℃
‑
75℃，优选加热温度为45℃，使所述纤维预浸扁带具有一定黏度，便于层间进行粘结。
[0032]其中，连续纤维预浸扁带2的横截面为矩形、腰型或者椭圆形，连续纤维预浸扁带2的材质为碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维。预应力逐层打印时施加的预应力为100
‑
600N，可使得纤维具有一定的张力，纤维路径更容易拉直，成型性更好，力学性能更优。
[0033]预应力逐层打印至少包括与预设运动轨迹8重合的平铺型4、正倾斜角锯齿型5和负倾斜角锯齿型6三种打印轨迹，正倾斜角锯齿型5和负倾斜角锯齿型6的齿尖关于预设运动轨迹8对称。预应力逐层打印中，每层为一种打印轨迹，三种打印轨迹交替使用，三种打印轨迹的顺序为六种排列组合的任意一种组合。按照平铺型4的打印轨迹最多连续打印三层，正倾斜角锯齿型5和负倾斜角锯齿型6的两层打印轨迹相邻且为一层锯齿构层(正倾斜角锯齿型5和负倾斜角锯齿型6的两层打印轨迹先后顺序均可)，锯齿构层最多连续打印三层。正倾斜角锯齿型5和负倾斜角锯齿型6与平铺型4的运动轨迹之间的夹角为1
°‑
90
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维单向预浸带增材制造方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一，对产品进行三维建模，并通过软件根据三维模型进行所述产品的应力仿真，得到所述产品的应力仿真图；步骤二，3D打印机根据三维模型预设打印路径，根据所述打印路径，使用扁口打印头对连续纤维预浸扁带进行预应力逐层打印，转动所述扁口打印头根据所述应力仿真图在每层上定向铺设所述连续纤维预浸扁带，剪切多余材料，得到产品预制体；步骤三，对所述产品预制体进行高压固化工艺得到产品胚体；步骤四，对所述产品胚体进行机加工和涂装处理，得到最终产品。2.根据权利要求1所述的连续纤维单向预浸带增材制造方法，其特征在于：所述步骤二中预应力逐层打印时施加的预应力为100
‑
600N。3.根据权利要求1所述的连续纤维单向预浸带增材制造方法，其特征在于：所述步骤二中预应力逐层打印至少包括与所述预设运动轨迹重合的平铺型、正倾斜角锯齿型和负倾斜角锯齿型三种打印轨迹，所述正倾斜角锯齿型和所述负倾斜角锯齿型的齿尖关于所述预设运动轨迹对称。4.根据权利要求3所述的连续纤维单向预浸带增材制造方法，其特征在于：所述步骤二中预应力逐层打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕明迪，关昊辰，杨朝坤，
申请(专利权)人：山东中恒景新碳纤维科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：