[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

说明书

本发明属于复合材料增材制造相关技术领域，其公开了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，复杂结构为蒙皮‑蜂窝夹层结构，制造方法包括：通过熔融沉积工艺，采用水溶性树脂材料打印支撑模具；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支撑模具上铺放形成下层蒙皮结构；通过熔融沉积工艺，采用纤维增强复合材料在下层蒙皮结构表面打印形成蜂窝结构；在蜂窝结构上再次铺放形成上层蒙皮结构；去除支撑模具，获取蒙皮‑蜂窝夹层结构。本发明可以实现无模快速制造航空航天用蒙皮‑蜂窝夹层等纤维增强复合材料复杂结构，相比传统制造方式，在保证力学性能的前提下，大幅减少零件制造时间与成本。

技术领域

本发明属于复合材料增材制造相关技术领域，更具体地，涉及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。

背景技术

早在20世纪80年代，波音767和空客A320商用飞机上已经使用了3％-5％的对位芳纶蜂窝夹层结构纤维增强复合材料。欧洲的巨型飞机“空客A380”上的地板结构大量采用了蜂窝夹层结构复合材料制作，优良的材料性能使得A380的运行寿命可达20000小时。蒙皮-蜂窝夹层结构复合材料相比于同厚度的其他结构相比，在保持高刚度和高强度的同时还具有优异的减重效果，减重可达50％以上。除此外，还具有优良的耐疲劳性能、隔热和抗撞击能力等优异特性。因此，在航空航天等领域受到越来越多的关注，并得到大量的应用，如机翼、机身、尾翼和雷达罩等部位。

当前蒙皮-蜂窝夹层结构零件的制备大多离不开人工，靠人工将单独成型制作好的蜂窝夹层放置于下层蒙皮结构上，然后再依靠人工或者机器进行上层蒙皮结构与蜂窝夹层结构的对准，再进行上下蒙皮结构与蜂窝夹层之间的粘贴以生产制作蒙皮-蜂窝夹层结构零件。现有复合材料复杂结构例如蒙皮-蜂窝夹层结构的生成过程存在自动化程度低，成型零件准确度低，劳动强度高，制件质量稳定性差的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了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，解决了现有复合材料复杂结构例如蒙皮-蜂窝夹层结构的生成过程存在自动化程度低，成型零件准确度低，劳动强度高，制件质量稳定性差的问题，提升了制备蒙皮-蜂窝夹层结构零件的自动化程度，实现零件轻量化以及保证力学性能的前提下，能够大幅缩短零件制造时间和成本。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法，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。

按照本发明的另一个方面，提供了一种纤维增强复合材料复杂结构增材制造装置，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。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的纤维增强复合材料复杂结构增材制造方法及制造装置：

1.提出先利用水溶性树脂复合材料打印形成支撑模具，最后再进行支撑模具的去除，解决了当前纤维铺放技术中存在的定制模具迭代难等模具定制的问题，该制造方法通过增材制造一体成型蒙皮-蜂窝夹层结构，提升了制备蒙皮-蜂窝夹层结构零件的自动化程度，在节约人力成本的同时减少了生产成本；