[发明专利]一种连续纤维增强复合材料的原位编织增材制造方法

摘要

一种连续纤维增强复合材料的原位编织增材制造方法，先对三维构件的数据进行分层离散，得到打印和编织所需的制造数据；然后对待编织的纤维丝进行预分组与预定型：再利用连续纤维增强复合材料打印技术完成打印动作，形成打印层；在喷头移动的同时，导线器快速在喷头后端还未固化的路径上进行编织动作，此时，混合物中的树脂对纤维丝进行浸渍和固化，在打印层上形成编织层；重复打印和编织，直到达到目标样件层厚，即完成了对目标样件的打印和编织的一体化制造过程；本发明可在简单机构且无模具的条件下，实现复杂结构的高性能连续纤维增强复合材料构件打印成型和纤维编织过程的集成与统一，实现对构件各向性能，尤其使z向层间结合性能的可控性。

主权项

1.一种连续纤维增强复合材料的原位编织增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/na)对三维构件的数据进行分层离散：对目标样件(8)的三维数据进行离散处理、路径规划、工艺参数设定，得到打印和编织所需的制造数据；/nb)对待编织的纤维丝进行预分组与预定型：纤维丝(3)的分组由编织器的分组完成，编织器是由若干导线器(5)的集合组成，对纤维丝(3)的分组即为对连接纤维丝(3)的导线器(5)的分组排列；在打印过程中，纤维丝(3)的一端固定在打印层(1)上，纤维丝(3)的另一端则被分别安装到不同的导线器(5)上，导线器(5)进行独立运动，带动纤维丝(3)进行相应的编织动作；编织器之间不发生空间干涉，且其编织操作与打印操作也不发生空间干涉；纤维丝(3)的预定型由目标样件(8)的形状决定，并且在预定型之前由导线器(5)前端的绕线器(4)给予纤维丝(3)预紧力将其拉紧，编织器的编织形式由目标构件(8)的扫描方式和扫描轨迹决定，即编织器的拓扑结构与当前打印层/编织层的拓扑结构相同；/n将纤维一端连接在导线器(5)上后，由导线器(5)前端绕线器对纤维施加预紧力，使纤维始终保持在拉紧状态下；另一端则使用喷头(6)挤出的纯熔融树脂将纤维丝粘接到基板上，测试粘接牢固后，由已确定调用的导线器(5)在预定的打印轨迹上进行预编织，以验证可否完成预期的编织任务以及确定所调用导线器(5)的工作状态是否符合要求；/nc)形成打印层：利用连续纤维增强复合材料打印技术完成打印动作，即由喷头(6)挤出的纤维/熔融树脂混合物(7)，在喷头(6)沿扫描路径的运动过程中，采用步骤a)的打印参数，挤出的纤维/熔融树脂混合物(7)在脱离喷头(6)以后逐渐冷却固化，形成打印层(1)；/n形成编织层：在喷头(6)移动的同时，导线器(5)快速在喷头(6)后端还未固化的路径上进行编织动作，并在导线器(5)完成编织后，利用导线器(5)前端的绕线器(4)对纤维丝(3)有一个拉紧动作；此时，混合物中的树脂对纤维丝(3)进行浸渍和固化，在打印层(1)上，不同组的导线器(5)在扫描轨迹上围绕喷头(6)经过的原位区域进行编织，形成编织层(2)；/nd)重复步骤c)，直到喷头(6)完成扫描轨迹、达到目标样件(8)层厚，即完成了对目标样件(8)的打印和编织的一体化制造过程。/n