本發(fā)明涉及連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)利用不同材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)制件的性能最佳，具有高比強(qiáng)度、高比模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和功能性(如吸波和隔熱)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天航空、高速列車和船舶等領(lǐng)域。傳統(tǒng)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造工藝主要包括三個(gè)步驟，首先是通過沉積法、浸漬法等工藝制備預(yù)浸料，然后通過鋪放成形、拉擠成形、纏繞成形等制造簡(jiǎn)單形狀復(fù)合材料制件，最后通過機(jī)加工、裝配、膠結(jié)等工藝制備出連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的成形工藝存在以下缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，需要二次加工，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；成形大多需要模具，成本較高；需要膠結(jié)或裝配等工序，制件的復(fù)雜度有限，大大限制了復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造方法，實(shí)現(xiàn)了快速、低成本一體化制造。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下操作步驟：

1)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)軟件，建立三維連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的宏觀外輪廓模型；

2)利用切片處理軟件，對(duì)宏觀外輪廓模型進(jìn)行切片處理，獲得切片輪廓數(shù)據(jù)信息；

3)將切片輪廓數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)軟件中，根據(jù)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的使用性能要求，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)輪廓-內(nèi)部芯材搭接和內(nèi)部芯材復(fù)雜形狀十字搭接方法設(shè)計(jì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部芯材結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合內(nèi)部芯材結(jié)構(gòu)模型和宏觀外輪廓模型，獲得一體化連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后，將該結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)信息導(dǎo)出；

4)對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行處理，采用首尾順序遍歷方法，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，以獲得連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)路徑；

5)根據(jù)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印工藝的要求，處理連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)路徑，計(jì)算工藝參數(shù)，獲得連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印裝備匹配的數(shù)據(jù)文件；

6)將連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印裝備匹配的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印系統(tǒng)，以連續(xù)纖維作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，可熔材料作為基體，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印的方法制備一體成形的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

所述的步驟1)中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)軟件為autodeskinventor、solidworks、catia、中望3d、pro/e、autocad、ugnx、solidedge或onespace。

所述的步驟2)中切片處理軟件為magics、cura、xbuilder、makerbot、slic3r或simplify3d。

所述的連續(xù)纖維為碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、玻璃纖維或聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維。

所述的步驟6)中可熔材料為熱塑性樹脂或低熔點(diǎn)合金。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印工藝引入輕質(zhì)結(jié)構(gòu)研發(fā)領(lǐng)域，為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了一套完整的制造方法，能夠根據(jù)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的性能要求布置芯材結(jié)構(gòu)，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)輪廓-內(nèi)部芯材搭接和內(nèi)部芯材復(fù)雜形狀十字搭接設(shè)計(jì)與制造方法，解決傳統(tǒng)制造方法帶來(lái)的面板-芯材剝離失效的問題，該方法具有良好的適用性，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的快速、低成本一體化制造。

附圖說明

圖1是實(shí)施例搭接方法的示意圖。

圖2是實(shí)施例一體化連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是實(shí)施例連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)樣件。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本實(shí)施例采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印裝備，ugnx為建模軟件，以連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)為例。

一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下操作步驟：

1)利用ugnx軟件，建立三維連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)的宏觀外輪廓模型，導(dǎo)出宏觀外輪廓模型的stl文件；

2)將得到的宏觀外輪廓模型的stl文件導(dǎo)入切片處理軟件magics中，對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)的宏觀外輪廓模型進(jìn)行切片處理，獲得切片輪廓數(shù)據(jù)信息，將其保存為slc文件格式輸出；

3)將slc文件中保存的切片輪廓信息導(dǎo)入autocad軟件中，根據(jù)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能要求，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)輪廓-內(nèi)部芯材搭接和內(nèi)部芯材復(fù)雜形狀十字搭接方法設(shè)計(jì)樣條波紋構(gòu)型的內(nèi)部芯材結(jié)構(gòu)模型，參照?qǐng)D1，結(jié)合內(nèi)部芯材結(jié)構(gòu)模型和宏觀外輪廓模型，獲得連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)輪廓-內(nèi)部芯材一體化的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)，參照?qǐng)D2，該結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)信息導(dǎo)出為txt文件格式；

4)對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行處理，采用首尾順序遍歷方法，利用visualstudio軟件編程對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)信息排序，獲得連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)路徑；

5)根據(jù)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印工藝的要求，處理連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)路徑，根據(jù)移動(dòng)距離，計(jì)算進(jìn)絲量，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印成形中送絲量l1根據(jù)送進(jìn)絲材體積等于擠出成形體積計(jì)算，l1＝4·l2·k·h/(π·d²)，其中l(wèi)2為打印距離，k為打印線寬，h為打印層厚，d為絲材直徑，將獲得的打印工藝參數(shù)保存為gcode文件格式；

6)將包含連續(xù)路徑的gcode文件導(dǎo)入連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印系統(tǒng)，以連續(xù)芳綸纖維作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，聚乳酸作為基體，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3d打印的方法制備一體成形的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)曲形夾層結(jié)構(gòu)，參照?qǐng)D3。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造方法，利用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)輪廓?內(nèi)部芯材搭接和內(nèi)部芯材復(fù)雜形狀十字搭接方法，獲得一體化連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)；利用連續(xù)纖維增材復(fù)合材料3D打印工藝，采用連續(xù)路徑策略，實(shí)現(xiàn)高性能連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的快速、低成本一體化制造。

技術(shù)研發(fā)人員：田小永;侯章浩;李滌塵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.12
技術(shù)公布日：2017.07.25