[发明专利]纤维增强桁架结构和金属连接件的一体化增材制造方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强桁架结构和金属连接件的一体化增材制造方法,包括以下步骤：S1、在基板上打印纤维增强复合纤维复合材质的桁架结构杆件；S2、在需要设置金属连接件的位置，预留底孔或底槽；S3、将预先备好的与所述底孔或底槽相适配的金属预埋件放入该底孔或底槽；S4、以所述金属预埋件为基底，进行金属材质增材制造，打印出第一个金属台阶段，并在所述金属台阶周围打印纤维增强复合纤维复合材料；S5、以第一个所述金属台阶为基底，打印金属连接段，并在其周围打印复合纤维材料；S6、继续以已形成的金属材质为基底，打印金属连接件。该方法不仅可以打印单一材质的杆件结构，而且可以完成不同材质的复杂结构的一体化成形制造。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种纤维增强桁架结构和金属连接件的一体化增材制造方法。

背景技术

深空探测是当前和未来航天领域的重点发展方向。目前，除空间站之外，所有航天器均是在地面完成制造和试验验证后，通过运载火箭送入轨道。由于运载火箭外包络体积限制、结构承载冲击强度约束等原因，传统的“地面制造、在轨展开”方式严重制约了航天器载荷的尺寸，极大地限制了航天器性能提升。

空间大型桁架结构广泛应用于大型天线、在轨探测长基线和大型支撑结构等，其在设计及使用时需满足高刚度、大尺寸、轻量化等典型功能需求，通常采用纤维增强复合材料制造而成。

另外，金属材料可制造成具有高面型精度的部件，力学性能方面具有各向同性，可用于安装载荷的连接件等。

综合以上航天器任务需求分析，面向大型空间结构的太空制造需同时突破金属材料、纤维复合材料的太空增材制造技术。同时，如何实现大型桁架结构及金属连接件的一体化增材制造制造，尤其是在轨制造，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种纤维增强桁架结构和金属连接件的一体化增材制造方法，该方法不仅可以打印单一材质的杆件结构，而且可以完成不同材质的复杂结构的加工制造，可以在轨实现以纤维增强复合材料为主体的大型零部件或大型桁架结构的连续制造。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种纤维增强桁架结构和金属连接件的一体化增材制造方法，包括以下步骤：

S1、在基板上打印纤维复合材质的桁架结构杆件；

S2、在需要设置金属连接件的位置，设置打印路径，并预留底孔或底槽；

S3、将预先备好的与所述底孔或底槽相适配的金属预埋件放入该底孔或底槽；

S4、以所述金属预埋件为基底，进行金属材质增材制造，打印出第一个金属台阶段，并在所述金属台阶周围打印纤维复合材料；

S5、以第一个所述金属台阶为基底，打印出一段直径小于所述金属台阶段的连接段，并在其周围打印纤维复合材料；

S6、继续以已形成的金属材质为基底，打印金属连接件。

在上述技术方案的基础，本发明还可以有以下进一步的改进方案。

进一步，步骤S1中，所述杆件被打印为中空结构；步骤S2中，同时按实心杆打印方式设置打印路径。

进一步，步骤S2中，所述底孔或底槽为圆形或锥形。

进一步，步骤S3中，所述预埋件与所述底孔或底槽为过盈配合。

进一步，步骤S5后，至少再打印出一个金属台阶段。

进一步，所述金属台阶段为柱形或锥形。

进一步，在预埋件与纤维复合材质之间、金属材质与纤维复合材质之间打印粘接剂层。

进一步，所述粘接剂层为树脂材质。

进一步，所用的所有打印原料均为丝材。