[发明专利]一种纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法及制造装置

权利要求书

1.一种纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，所述复杂结构为蒙皮-蜂窝夹层结构，所述制造方法包括：

S1，通过熔融沉积增材制造工艺，采用水溶性树脂材料打印支撑模具；

S2，通过激光加热和恒力辊压辅助纤维自动铺放工艺，采用纤维增强预浸料在所述支撑模具上进行纤维丝束铺放形成下层蒙皮结构；

S3，通过熔融沉积增材制造工艺，采用纤维增强复合材料在所述下层蒙皮结构的表面打印形成蜂窝结构；

S4，采用S2中工艺在所述蜂窝结构上进行纤维丝束铺放形成上层蒙皮结构；

S5，去除所述支撑模具，获取一体成型的所述蒙皮-蜂窝夹层结构。

2.如权利要求1所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S1中所述支撑模具的上表面为曲面结构；S1具体包括：

S11，提取所述曲面结构的变化特征，对所述支撑模具的三维模型沿下表面至上表面的方向进行切片分层，设置每个切片层为曲面，且每个所述切片层的曲面变化特征与所述曲面结构的变化特征一致；

S12，沿下表面至上表面的方向依次进行每个所述切片层的打印。

3.如权利要求2所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S12具体包括：

在进行任一所述切片层的打印时，根据所述切片层的厚度变化实时调节打印的出料流量，使得厚度大部位的出料流量大于厚度小部位的出料流量。

4.如权利要求1-3中任一项所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S3中所述蜂窝结构的路径填充算法具体为：

对所述蜂窝结构的平面结构进行周期化处理，将所述平面结构划分为若干个沿X方向依次排列的重复单元；

对每个所述重复单元进行对称分割，其中对称线沿Y方向，使得每个所述重复单元均包括奇数曲线段和偶数曲线段；

对任意一个所述重复单元中的所述奇数曲线段和所述偶数曲线段分别沿Y方向进行周期分割，通过分析每个周期线段的坐标路径，获得该任意一个所述重复单元中所述奇数曲线段和所述偶数曲线段分别的坐标路径；

根据不同所述重复单元之间的间距，获得任一所述重复单元中所述奇数曲线段和所述偶数曲线段分别的坐标路径。

5.如权利要求1-3中任一项所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S2和S4具体包括：

在进行纤维丝束铺放时采用激光加热的方式，同时在进行纤维丝束铺放的过程中采用压辊进行压实操作，且监测所述压辊对纤维丝束施加的实时铺放压力，使得所述实时铺放压力与预设铺放压力一致。

6.如权利要求5所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，所述预设铺放压力的获取方法为：

根据所述压辊的形状信息、材质信息获取所述压辊压实所述纤维丝束时所述压辊变形所形成的压力；

获取所述压辊施加的实时铺放压力、所述压辊变形所形成的压力以及所述纤维丝束的实际受压之间的函数关系；

根据所述函数关系以及所述纤维丝束的预设受压，获取所述预设铺放压力。

7.如权利要求5所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，所述压辊的表面设有蜂窝切面形状，所述蜂窝切面形状与所述蜂窝结构相适应。

8.如权利要求1-3中任一项所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S2和S4中进行纤维丝束铺放具体包括：

在曲率小的部位增加纤维丝束的数量，在曲率大的部位减小纤维丝束的数量。

9.如权利要求1-3中任一项所述的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，其特征在于，S1-S4的过程中还包括：

对打印过程进行实时监测，根据监测结果选择继续打印、修复打印或者终止打印。

10.一种纤维增强复合材料复杂结构增材制造装置，其特征在于，包括上位机、机器人、转台和打印单元组，所述机器人、所述转台和所述打印单元组分别与所述上位机电连接，所述打印单元组与所述机器人连接，所述打印单元组包括铺丝单元、水溶性树脂材料打印单元和纤维增强复合材料打印单元。