[发明专利]高强度蜂窝结构及其3D打印成型方法

权利要求书

1.一种高强度蜂窝结构，所述蜂窝结构包括多个拓扑排列的柱状的蜂窝单元，所述蜂窝单元为两端开口且内部为空的腔体，其特征在于，所述蜂窝单元以连续纤维为主要原材料且采用3D打印成型，所述连续纤维的走向与蜂窝单元的长度方向一致；

任意所述蜂窝单元内还设置至少三层纤维隔层，所述纤维隔层以连续纤维为主要原材料且采用3D打印成型，其中，两层纤维隔层分别设置在蜂窝单元两端开口处以将所述开口进行封闭，剩余纤维隔层设置在蜂窝单元的内部腔体内，所述纤维隔层垂直于蜂窝单元的长度方向，所述纤维隔层的形状和与蜂窝单元长度方向相垂直的截面一致，且任意打印层的纤维隔层的连续纤维与所在蜂窝单元的至少部分侧壁的连续纤维形成连续纤维的整体。

2.根据权利要求1所述的一种高强度蜂窝结构，其特征在于，所述蜂窝单元和纤维隔层的原材料均包括短纤维，3D打印成型过程中，对于任意相邻打印层，所述短纤维填充位置不完全一致。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度蜂窝结构，其特征在于，多个所述蜂窝单元内的纤维隔层数量相同或至少部分蜂窝单元内的所设置的纤维隔层数量不同。

4.根据权利要求3所述的一种高强度蜂窝结构，其特征在于，多个所述蜂窝单元的纤维隔层数量相同，并且对于任意所述蜂窝单元，其多个纤维隔层的位置高度与其他蜂窝单元的多个纤维隔层的位置高度均一一对应相同；或，多个所述蜂窝单元的纤维隔层数量相同，并且对于至少部分蜂窝单元，其除设置在蜂窝单元两开口处的之外的纤维隔层的位置高度与其他蜂窝单元的除设置在蜂窝单元两开口处的之外的纤维隔层的位置高度不同。

5.根据权利要求2所述的一种高强度蜂窝结构，其特征在于，对于位于同一蜂窝单元的多个纤维隔层，相邻纤维隔层的间隔为2mm-500mm；和/或所述纤维隔层的厚度和蜂窝单元的侧壁厚度均为0.2mm-5mm；和/或与蜂窝单元长度方向相垂直的截面的形状为圆形、三角形、矩形或六边形，所述截面的周长为4-100mm。

6.根据权利要求5所述的一种高强度蜂窝结构，其特征在于，对于位于同一蜂窝单元的多个纤维隔层，相邻纤维隔层的间隔为50-200mm；和/或所述纤维隔层的厚度和蜂窝单元的侧壁厚度均为0.6-1mm；所述截面的周长为10-40mm。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种高强度蜂窝结构的3D打印成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

以连续纤维为主要打印原材料，以蜂窝结构的x-z平面为打印平面逐层打印成型所述蜂窝结构的蜂窝单元和纤维隔层，其中：

x-y-z坐标系为：以蜂窝单元的长度方向为z轴方向，x轴垂直于z轴，y轴垂直于x-z面，且与蜂窝单元的长度方向垂直的截面位于x-y面；

所述逐层打印原则设计为：

任意打印层蜂窝单元侧壁的连续纤维走向与z轴方向一致，且纤维隔层的连续纤维走向位于x-y平面且与侧壁的连续纤维走向垂直；

以及，

各打印层的打印路径设计为：任意相邻打印层的打印路径不一致以使任意相邻打印层的连续纤维断开的位置不完全一致。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在打印层的连续纤维断开的位置铺放纤维线材并进行切断以完成所述打印层的成型。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于任意相邻打印层中对应的蜂窝单元，由其内的纤维隔层向所述蜂窝单元侧壁打印时或由所述蜂窝单元侧壁向所述蜂窝单元内的纤维隔层打印时，打印路径转角方向不完全一致。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于任意打印层的打印路径设计，以z向纤维连续为首要选择。