[发明专利]一种连续纤维增强复合材料电磁屏蔽结构3D打印制造方法

说明书

一种连续纤维增强复合材料电磁屏蔽结构3D打印制造方法，先建立屏蔽结构三维模型，然后设计导电纤维路径，再修正3D导电纤维路径，然后生成屏蔽结构打印路径，最后进行3D打印制备屏蔽结构，本发明制造的屏蔽结构既具有较高的屏蔽效能，又拥有较低的密度，还具有电磁屏蔽性能和力学性能的可设计性，能够根据应用场合的需要调控该屏蔽结构的电磁屏蔽性能，同时采用的连续纤维复合材料具有很好的机械性能。

技术领域

本发明涉及连续纤维增强复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种连续纤维增强复合材料电磁屏蔽结构3D打印制造方法。

背景技术

现代社会电子通讯技术飞速发展，利用电磁波通讯的设备数量剧增，周围环境的电磁波能量密度逐年增长，而电磁辐射在一定范围内会影响到人类的日常生活和身体健康，同时也会干扰和侵害其他电子设备的正常运行，降低设备的可靠性和稳定性。存在于电子通信设备内部的电磁波也会相互干扰，致使设备自身无法正常工作。

电磁屏蔽是解决上述问题最基本、有效的技术措施之一，电磁屏蔽能够在空间某个区域内，减弱由某些源引起的场强。通常是在受保护设备外部加装一些电磁屏蔽体，它会对电磁波产生衰减作用。传统的电磁屏蔽体多由金属及其合金薄板、薄片、薄网、薄带等材料制作，将其覆盖在需要防护的部件上或置于部件外侧。但该类材料密度高，总体质量大，且成本较高。金属类材料容易受到空气中水蒸气和氧气的物质的作用发生氧化产生腐蚀现象，从而加快了屏蔽体的损耗速度，缩短了使用寿命、进一步提高了制造成本。此外这种屏蔽体还存在加工性差，难以调节屏蔽性能、吸波性能差、使用不便的缺点，甚至易引起精密仪器设备内部短路，严重限制了金属材料在电磁屏蔽领域的应用。现有电磁屏蔽复合材料的制备工艺较为复杂、繁琐，制备环节较多，对各项操作步骤要求严格，制备符合屏蔽要求结构所需的材料种类多，生产成本高。同时现有复合材料制备工艺无法实现特定复杂屏蔽结构的快速制造，生产周期较长，所得复合材料的机械性能无法满足各种应用场合的需要。

连续纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀密度较小等优异性能，已经广泛应用于包括航空航天、国防军事、船舶、建筑、电子、能源、交通在内的各行各业，逐渐成为人类生活中不可或缺的材料。使用导电纤维作为增强相的树脂基复合材料，可以制得性能优良的电磁屏蔽体，克服了一般复合性材料电导率较低的缺点，提高了屏蔽效果，同时兼有复合材料机械性能优良的特点。目前还没有见到相关文献公开。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强复合材料电磁屏蔽结构3D打印制造方法，制造的屏蔽结构既具有较高的屏蔽效能(shieldingeffectiveness,SE)，又拥有较低的密度，还具有电磁屏蔽性能和力学性能的可设计性，能够根据应用场合的需要调控该屏蔽结构的电磁屏蔽性能，同时采用的连续纤维复合材料具有很好的机械性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续纤维增强复合材料电磁屏蔽结构3D打印制造方法，包括下列步骤：

1)建立屏蔽结构三维模型：依据实际需求，结合所需屏蔽部件的实际外形在计算机辅助设计软件CAD中绘制连续纤维复合材料屏蔽结构的三维模型；

2)设计导电纤维路径：根据使用场合对屏蔽结构的吸收损耗(absorptionattenuation,SEa)、反射损耗(reflection attenuation,SEr)以及总体屏蔽效能(shielding effectiveness,SE)的要求，设计规划屏蔽结构内部导电纤维的排布路径，为了保证屏蔽结构内部每层纤维取向的一致性，选择“矩形”的纤维填充方式，通过改变纤维方向和电场强度方向E的夹角θ来满足总体屏蔽效能的要求，夹角θ越小，屏蔽效能越高；然后使用计算机辅助工程软件CAE对设计结果进行初步仿真验证，保证屏蔽结构的使用效果；