[发明专利]高强度蜂窝结构及其3D打印成型方法

说明书

本发明提供了一种高强度蜂窝结构及其3D打印成型方法,该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，且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。本发明通过以连续纤维为主要原材料采用3D打印成型方法制备蜂窝结构，且设置连续纤维的走向与柱状的蜂窝单元的长度方向一致，使得连续纤维的方向与力学传递的方向一致，将蜂窝结构的主要部分用于力学传递上，缩小非承载方向上的材料分布，且利用连续纤维的高抗压性能，在有限的重量下实现高承载的要求。

技术领域

本发明涉及3D成型技术领域，特别涉及一种高强度蜂窝结构及其3D打印成型方法。

背景技术

蜂窝是目前复合材料设计领域首选的芯材之一，具有轻质、高抗压强度、密度低、应用便捷等优点；但随着复合材料应用领域的扩大，部件要求的复杂化及进一步轻质高强等要求，蜂窝呈现出自身的缺点，主要体现在以下方面：

1、蜂窝的材质均匀，不利于进一步满足轻质高强的设计要求：蜂窝的内部结构在x-y面上是均质的，并没有按照一定规律发生变化，无法满足承载需求；

2、蜂窝的压缩强度低：蜂窝的材料一般为纸、铝等均质材料，受到来自轴向的压力容易压溃；

3、蜂窝制造不具备定制化的特点。蜂窝制造一般使用大型设备制造、多步骤多流程成型的形式，这不满足小型化、定制化的设计需求和产品需求，亟待一种新型的快捷制造方法。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高强度蜂窝结构及其3D打印成型方法，能够解决上述现有技术中蜂窝芯材所存在的技术问题。

本发明的技术解决方案为：

根据一方面，提供一种高强度蜂窝结构，该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，且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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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，优选为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0.2mm-5mm，优选0.6-1mm；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，优选是10-40mm。