[发明专利]一种选区熔化成形纤维增强复合材料的增材制造方法

权利要求书

1.一种选区熔化成形纤维增强复合材料的增材制造装置，包括升降台以及升降台上安装有基板，其特征在于，基板的一端装有步进电机，基板的两侧设置有滑轨，支座垂直安装于滑轨上，辊轮通过滚轴与支座连接；基板上方设置有桁架，桁架下方装有三角旋转轴，三角旋转轴分别连接有激光束座、第一喷头座和第二喷头座，第一喷头座安装有喷嘴朝下的短纤维喷头，第二喷头座安装有喷嘴朝下的连续纤维喷头，连续纤维喷头的上方连接有引丝机构。

2.根据权利要求1所述的选区熔化成形纤维增强复合材料的增材制造装置，其特征在于，所述三角旋转轴上分别连接的激光束座、第一喷头座和第二喷头座的中线相互间夹角为120°。

3.一种按照权利要求1所述的制造装置的增材制造方法，其特征在于，其步骤如下：

1）确定纤维填充部位：对所要打印的零件模型进行有限元仿真模拟，根据零件特征分析确定需要填充连续纤维和短纤维增强性能的部位；

2）生成Gcode文件：建立零件的CAD模型，利用切片软件进行切片处理，确定每一层打印的层厚以及基体层3粉末和纤维的打印路径，生成Gcode代码；

3）选区激光成形设备工作：设备读取生成的Gcode文件，三角旋转轴分别通过连接轴与激光束、连续纤维喷头和短纤维喷头连接；根据Gcode代码通过设备内部指令可使三角旋转轴在顺时针和逆时针方向每次旋转120°，实现激光束、连续纤维喷头和短纤维喷头间的来回切换；每层基体层粉末和纤维打印结束后，Gcode代码输入给步进电机工作命令，步进电机控制支座在滑轨上自由横向运动，滚轴所连接的辊轮从而也横向滚动；

4）逐层打印：确定打印路径后，在基板上预铺一层基体层粉末，输入参数使激光束熔化基体层粉末和上一层已成形的少量基体，使得层与层间冶金良好；当打印到连续纤维部位时，三角旋转轴旋转120°，随之切换至连续纤维喷头，连续纤维在连续纤维喷头内加热熔化后挤出；当铺放短纤维时，三角旋转轴再旋转120°，短纤维喷头工作；连续纤维和短纤维填充铺放后；支座通过滑轨在基板上横向运动，带动辊轮横向滚动，对连续纤维和短纤维进行压实处理，使其与基体层紧密连接；

5）完成纤维增强复合材料打印：完成一层后，升降台下降一个层厚，支座上升一个层厚，重复步骤4），直至最终打印结束。

4.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述基体层材料为金属材料或陶瓷材料。

5.根据权利要求4所述的增材制造方法，其特征在于，所述金属材料为模具钢、不锈钢、铝合金、钛合金、钴铬合金或高温合金。

6.根据权利要求4所述的增材制造方法，其特征在于，所述陶瓷材料为氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷或玻璃陶瓷。

7.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述连续纤维或短纤维包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、碳化硅纤维、金属纤维或芳纶纤维。

8.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述连续纤维或短纤维的熔点应高于基体层粉末的熔点，且连续纤维或短纤维的直径应小于基体层的层厚，激光束的输入功率应保证能熔化基体层粉末。

9.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述复合材料打印的保护环境是真空或惰性气体环境。

10.根据权利要求9所述的增材制造方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。