本發(fā)明涉及増材制造領(lǐng)域，具體涉及一種利用纖維材料對(duì)光固化零件進(jìn)行層內(nèi)復(fù)合的方法。

背景技術(shù)：

光固化3D打印技術(shù)是増材制造技術(shù)中成型精度最高的方法之一。光固化3D打印技術(shù)使用光敏樹脂作為成型材料，在對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光源照射下發(fā)生光固化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)零件成型。該方法精度高，工藝靈活性強(qiáng)。但是光敏樹脂成型零件的強(qiáng)度、韌性等機(jī)械性能較差，在受力過(guò)程中容易發(fā)生破壞。此外光敏樹脂在光固化的過(guò)程中具有一定的收縮趨勢(shì)，引發(fā)零件的變形，使得最終獲得的零件尺寸的誤差超標(biāo)，不能充分體現(xiàn)光固化3D打印在成型精度上的優(yōu)勢(shì)。

目前主要從開發(fā)收縮小、固化速度快和強(qiáng)度高的光敏樹脂上來(lái)提高光固化3D打印零件的精度。但是該方法技術(shù)難度高，開發(fā)周期長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)光固化樹脂價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了該工藝的發(fā)展。此外在光敏樹脂中添加金屬粉末或陶瓷粉末等材料可實(shí)現(xiàn)金屬或陶瓷的光固化成型，但是對(duì)光固化金屬材料和光固化陶瓷材料的纖維復(fù)合強(qiáng)化仍然缺乏系統(tǒng)的研究和簡(jiǎn)便的工藝實(shí)施手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用纖維材料對(duì)光固化零件進(jìn)行層內(nèi)復(fù)合的方法，使其不僅解決光固化3D打印中容易出現(xiàn)的尺寸收縮問(wèn)題，顯著提高各類光固化零件的強(qiáng)度和韌性，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝靈活度高。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用纖維材料對(duì)光固化零件進(jìn)行層內(nèi)復(fù)合的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

一種利用纖維材料對(duì)光固化零件進(jìn)行層內(nèi)復(fù)合的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

1)用三維造型軟件在計(jì)算機(jī)中生成零件的三維實(shí)體模型，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL文件，用分層軟件將其切片分層，得到每層形狀；

2)將每層中所需的纖維分布位置和纖維種類輸入計(jì)算機(jī)；

3)進(jìn)行倒立式光固化打印，抬升成型臺(tái)，在透明料盒中加入一層液態(tài)光敏樹脂，或加入添加有金屬粉末、陶瓷粉末或著色劑的光敏樹脂漿料；

4)用計(jì)算機(jī)控制纖維噴頭在光敏樹脂表面按照設(shè)計(jì)的纖維分布和種類施加纖維材料；

5)向下進(jìn)給成型臺(tái)，使零件的半成品的最下端與透明料盒底面具有15-200μm的間距，該進(jìn)給運(yùn)動(dòng)把處于光敏樹脂表面的纖維向下壓入光敏樹脂內(nèi)部；

6)開啟光固化光源，進(jìn)行光固化成型，同時(shí)纖維材料被固定于零件內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)纖維材料在光固化零件單層內(nèi)的復(fù)合；

7)重復(fù)3)、4)、5)和6)的操作，逐層形成層內(nèi)具有纖維復(fù)合的光固化零件。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，步驟1)中所述分層厚度取10～200μm。

優(yōu)選地，步驟2)中所述的纖維材料的纖維直徑小于分層厚度，纖維材料的種類為高分子纖維、玻璃纖維、金屬纖維、碳纖維或陶瓷纖維。

優(yōu)選地，步驟3中加入到透明料盒的液態(tài)光敏樹脂或添加有金屬粉末、陶瓷粉末或著色劑的光敏樹脂漿料的量在透明料盒內(nèi)的深度為分層厚度的2.5-10倍，對(duì)于不能自流平的漿料采用平板刮刀刮平。

優(yōu)選地，步驟4)中所述的纖維噴頭采用單個(gè)噴頭或多個(gè)噴頭，噴頭種類采用直接送絲噴頭。

優(yōu)選地，步驟6)中所述的光固化光源采用投影式光源或光束掃描光源。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果：①施加的纖維種類、直徑和截面形狀等均可靈活調(diào)整，工藝適應(yīng)性強(qiáng)；②可以布置多個(gè)纖維噴頭，在不同位置施加不同數(shù)量、不同分布和不同種類的纖維，準(zhǔn)確控制不同區(qū)域的增強(qiáng)效果，提高送絲效率；③可利用成型臺(tái)抬起的時(shí)間進(jìn)行纖維施加的操作，不顯著增加生產(chǎn)周期；④設(shè)備簡(jiǎn)單，不明顯增加設(shè)備購(gòu)置和維護(hù)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明全過(guò)程流程示意圖。

圖2是本發(fā)明在光敏樹脂表面施加纖維的示意圖。

圖3是本發(fā)明成型臺(tái)將光敏樹脂表面的纖維下壓入液體內(nèi)部進(jìn)行光固化的示意圖。

圖4是本發(fā)明纖維復(fù)合光固化零件垂直于分層方向的剖面示意圖。

圖5是本發(fā)明纖維復(fù)合光固化零件平行于分層方向的剖面示意圖。

其中：1-透明料盒；2-光敏樹脂；3-零件；4-成型臺(tái)；5-纖維噴頭；6-纖維材料；7-主體型腔；8-光固化光源。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供的一種利用纖維材料對(duì)光固化零件進(jìn)行層內(nèi)復(fù)合的方法，該方法具體包括如下步驟：

圖1為本發(fā)明全過(guò)程流程示意圖，首先用三維造型軟件在計(jì)算機(jī)中生成零件3的三維實(shí)體模型，三維造型軟件可選擇Pro/E，Solidworks或者UG，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL文件；用分層軟件將其分層，分層厚度可取10～200μm，得到每層形狀，將每層中所需的纖維分布和纖維種類輸入計(jì)算機(jī)。

如圖2所示，在透光料盒中加入少量光敏樹脂，加入光敏樹脂的深度為零件分層厚度的2.5～10倍，該厚度既可以完全成型該層零件，也可以避免成型臺(tái)下壓纖維距離過(guò)遠(yuǎn)而導(dǎo)致纖維位置的變化。光敏樹脂中可以添加金屬粉末、陶瓷粉末或顯色劑形成相應(yīng)的光敏樹脂漿料，根據(jù)漿料的流變特性調(diào)整加入漿料的深度。隨后進(jìn)行倒立式光固化打印，抬升成型臺(tái)4，在成型臺(tái)抬升起來(lái)的時(shí)間，控制纖維噴頭5在光敏樹脂表面按照設(shè)計(jì)好的纖維分布和纖維種類施加纖維材料6，可采用多個(gè)纖維噴頭提高施加纖維的效率，同時(shí)方便地施加不同材料種類的纖維。

如圖3所示，在施加纖維的操作完成后，纖維噴頭退出成型空間，成型臺(tái)向下進(jìn)給，每次進(jìn)給都使零件3的最下方和透明料盒的底面之間具有某一個(gè)固定的間距，該間距一般取15～200μm。成型臺(tái)的向下進(jìn)給將把受到表面張力和浮力作用下處于光敏樹脂表面的纖維材料壓入光面樹脂內(nèi)部。此時(shí)開啟光固化光源7，光固化光源可采用投影式光源或者光束掃描光源；光敏樹脂在光照的作用下發(fā)生固化，同時(shí)纖維材料被固化于樹脂內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了纖維材料在光固化零件每一層內(nèi)的復(fù)合，固化完成后抬升成型臺(tái)。不斷重復(fù)上述施加纖維材料，向下進(jìn)給成型臺(tái)，壓入纖維材料，激發(fā)光源照射固化光敏樹脂，抬升成型臺(tái)的操作，直至完成整個(gè)光固化零件的生產(chǎn)。

如圖4所示，最后成型的光固化零件每一層內(nèi)部均按照設(shè)計(jì)的纖維分布位置和纖維種類施加進(jìn)入了纖維材料，實(shí)現(xiàn)了材料的復(fù)合。如圖5所示，在每一層內(nèi)部，纖維分布和種類的靈活性極高，設(shè)計(jì)的自由度很高。