[发明专利]基于3D打印成型的三维整体编织方法及制备的复合材料

说明书

本发明公开了一种基于3D打印快速成型的三维整体编织方法及制备的复合材料，包括如下步骤：构建基模的3D打印模型；纱线布置；采用三维编织同时完成预制件的编织；树脂复合固化。本发明通过将3D打印技术与三维编织技术的结合，可以快速实现复杂异型构件的一次性三维编织成型，简化了工艺流程，自动化程度高，并且，由于3D打印技术具有较强的可操作性，通过合理选择3D打印材料及基模结构，可以满足各种三维编织成品的应用需求。

技术领域

本发明涉及三维编织技术领域，特别涉及一种基于3D打印快速成型的三维整体编织方法及制备的复合材料。

背景技术

三维编织复合材料因其具有高的比强度、比模量，高的损伤容限和断裂韧性，耐冲击、不分层、抗疲劳、耐烧蚀等优点，已在航空、航天等耐高温结构中得到广泛应用，在实际工业生产过程中常用于一次成型较为复杂的零部件。但是，目前三维编织复合材料的品种过少、加工效率低和工艺成本高，不利于优化复合材料的性能，对于刚性和强度要求较高的构件，现有的三维编织复合材料难以满足其要求。要获得综合性能更好的三维编织复合材料，急需开发更多的三维编织工艺。同时三维编织技术要实现复杂异型构件的编织成型通常需要借助基模完成作业，这对基模的制作精度要求较高；并且对于空心构件等的编织作业，在不损坏三维编织复合材料构件的基础上完成基模的移除，也成为异型构件难以解决的技术问题。

3D打印也叫增材制造技术或快速成型(RP)，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。3D打印优势包括：降低约50％的制造费用、缩短70％的加工周期、实现设计制造一体化，并且3D打印精度高，材料种类多样，如PLA(环保材料)、ABS、尼龙、PHA、木质材料、树脂、金属粉末、陶瓷等，可以满足不同材质结构件的打印需求。

因此，提供一种工艺简单，自动化程度高，且可用于制备复杂异型构件的基于3D打印快速成型的三维整体编织方法及制备的复合材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于3D打印快速成型的三维整体编织方法，通过将3D打印技术与三维编织技术的结合，可以实现复杂异型构件的一次性快速三维编织成型，简化了工艺流程，自动化程度高，并且，由于3D打印技术具有较强的可操作性，通过合理选择3D打印材料及基模结构，可以实现各种三维编织成品的应用需求。为实现上述目的其具体方案如下：

一种基于3D打印快速成型的三维整体编织方法，包括如下步骤：

步骤1，构建基模的3D打印模型，获得所述基模的全部n层三维数据信息；

步骤2，纱线布置，编织机器底盘固定在3D打印机械臂的同侧，携纱器沿底盘轨道分布在所述3D打印机械臂的外围，并根据编织纱线与缠绕纱线交织的织物组织结构，沿径向和周向的初始排列布置编织纱线；

步骤3，预制件的制备，所述基模3D打印至第k层时，从所述基模的第1层开始基于所述基模表面逐层进行三维编织，所述携纱器根据前k层所述基模的结构沿所述底盘轨道按照预设的编织路径进行交织，同时所述3D打印机械臂进行第k+1层基模的打印操作，直至完成全部n层基模的三维编织，构成复合材料预制件；

步骤4，树脂复合固化，将三维编织好的所述复合材料预制件，注入树脂，所述复合材料预制件充分浸渍树脂后，进行加温复合固化。

优选的，所述基模采用可溶性3D打印材料打印制作而成，包括但不限于BVOH、PVA。

优选的，所述步骤4之后还包括：基模的溶解，将所述复合材料预制件浸没在溶解所述可溶性3D打印材料的溶剂中，待所述基模完全溶解后取出，所述复合材料预制件形成中空结构；其中所述溶剂包括但不限于水。

优选的，所述步骤3中所述k值依据基模结构设定。