[发明专利]一种增材制造用连续纤维增强热塑性预浸料单向带

说明书

本发明是一种增材制造用连续纤维增强热塑性预浸料单向带，本发明的增强纤维在单向带内部非均匀分布，该单向带由上部的表面树脂层(1)和下部的纤维层(2)构成，而两部分平均后预浸料整体的纤维含量则与标准预浸料相当。在铺放成型过程中，预浸料富树脂的表面层受热熔融，而后在压力下相邻的两层预浸料粘接为一体，形成均匀致密的复合材料层压结构，成为增材制造的基础。

技术领域

本发明是一种增材制造用连续纤维增强热塑性预浸料单向带，属于树脂基复合材料制造技术。

背景技术

以激光快速原型技术为代表的快速制造技术是当前广受关注的材料加工技术。通过将金属、树脂等材料的粉末、液滴自动逐层堆叠，然后按照断层结构选择性粘接、激光烧结，可以高效率地制造出具有精细结构的制件。这种逐层增加材料的成型方法称为“增材制造”；由于其与打印技术具有一定的相似性，又常被俗称为“3D打印”技术。该成型技术以往多应用于快速制造零件原型，所以也常被称为“快速原型”技术；但是近年来其应用范围正迅速向制造日益丰富的实用产品的方向发展，充分体现出低成本、高效率、适于制造复杂结构件的优势。因此，当前各国均对快速制造技术表现出浓厚的兴趣，认为这将是推动新一轮工业技术革新的发展方向。

目前已发展出多种形式的增材制造技术，但是多以金属、聚合物粉末材料为加工对象，连续纤维增强树脂基复合材料方面仍有待进一步研究。目前与此相关的成型技术列举如下：

立体平版印刷(stereolithography，SLA)。其基本原理是利用紫外光、激光等光源选择性地扫描预置在工作台上的光敏聚合物并使之快速固化。工作台上升到液面下一个层厚的位置，激光扫描、固化树脂，然后工作平台下降一个层厚，再重复上述过程，最后形成所需的三维零件。另一种相似工艺是光投影固化成型：将每一层的图像直接投影在液态光敏聚合物表面，使每一层瞬间固化，从而大幅提高成型速度。在各类增材制造工艺中，该方法尺寸精度和表面质量最好，市场份额最大。

选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)及选择性激光熔融(selective laser melting，SLM)。其基本原理是利用热能将聚合物粉末材料粘接或熔合在一起，形成所需的形状。由于聚合物粉末可以起自然支撑作用，因而不需要同步成型支撑结构。在增材制造领域，SLS/SLM是直接快速制造工程零件的最有效方法之一。在快速制造高端工程产品的具有终端用途零件方面，SLS/SLM成型设备是应用最广泛的增材制造设备。利用该技术制造的聚合物零件和高性能复杂结构金属零件正在航空航天、国防和其它高端工程领域获得广泛应用。

熔融沉积成型(fused deposition modeling，FDM)。其原理是在一定压力作用下，丝状聚合物材料通过加热喷嘴软化后，逐点、逐线、逐面、逐层熔化、堆积形成三维结构，成型过程中工作平台下移或喷嘴上移。FDM设备结构非常简单，价格低廉，适合于办公室和家庭环境。低成本FDM设备的推出是增材制造技术近来获得广泛认可和应用的重要原因之一。近期Avero Labs公司宣布推出采用碳纤维和碳纳米管增强的热塑性树脂长纤维，并采用FDM工艺制造出纤维增强树脂基复合材料试验件。

分层实体制造(laminated object manufacturing，LOM)。其原理是根据零件分层几何信息切割箔材，将所获得的层片粘接成三维实体。其工艺过程是首先铺上一层箔材，然后用激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，辊压加热固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。