[发明专利]连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法及设备

权利要求书

1.连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法，其特征在于，采用基于粉末床的高能束选区熔化成形方式，将基体粉末和连续纤维分层布置，连续纤维的熔点高于基体粉末熔点，设定高能束加工参数，保证高能束能够熔化基体粉末但不熔化连续纤维，

高能束根据设定的规划路径逐层选区熔化基体粉末，实现基体材料和连续纤维的紧密结合，

以此方式，实现连续纤维增强复合材料及零件的精细化成形，

制备过程在真空或惰性气体保护环境中进行。

2.如权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：

(1)根据所需制备的连续纤维增强复合材料及零件的特征，确定分层厚度，根据分层厚度确定高能束加工参数，保证高能束能够熔化基体粉末和部分已成形基体，但不熔化连续纤维，同时保证能够成形致密的基体；

(2)将成形腔内空气置换为惰性气体或真空；

(3)正式成形前，先预铺一层基体粉末，高能束根据当前切片层图形选区熔化基体粉末，完成单层基体成形，成形完毕后成形缸下降一个层厚高度；

(4)接着，预铺一层连续纤维并保持设定的张紧力，然后再次预铺基体粉末，保证基体粉末填入连续纤维空隙或/和覆盖连续纤维，高能束根据当前切片层图形选区熔化基体粉末，实现单层连续纤维与单层基体的结合，成形完毕后成形缸下降一个层厚高度；

(5)根据复合材料及零件成形方向上连续纤维的布置位置，选择性重复上述第(3)和第(4)步，直至完成连续纤维增强复合材料及零件的制备，

其中，所述高能束包括以激光或电子束为热源的束斑，该束斑的直径为0.06mm-1mm。

3.如权利要求2所述的一种连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法，其特征在于，所述的基体材料包括金属材料、聚合物材料以及陶瓷材料，其中，金属材料包括镁合金、铝合金、钛合金、铜合金、高温合金、不锈钢，所述聚合物材料包括环氧树脂、酚醛树脂，所述陶瓷材料包括玻璃陶瓷和氧化铝，

所述连续纤维材料包括非金属纤维和金属纤维，非金属纤维包括硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维，

所述金属纤维包括钨纤维、铌纤维、钼纤维和不锈钢纤维，

所述连续纤维的形态包括纤维丝、纤维网、纤维布，连续纤维材料的熔点高于基体材料，连续纤维的直径不大于所设定的分层厚度。

4.如权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法，其特征在于，根据复合材料及零件的设计需求，连续纤维层能与基体层逐层交替排列，也能与基体层多层交替排列，还能可与基体层多层随机排列，

所述连续纤维在不同纤维层的布置方向，能根据复合材料及零件的设计需求，在每层保持同一方向，或者按照固定角度逐层变化，或者按随机角度逐层变化，

根据复合材料及零件的设计需求，所述连续纤维在同一纤维层或不同纤维层的布置位置、布置间距、纤维直径和纤维材料种类能进行适应性变化。

5.如权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料及零件的选区熔化成形方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：

(1)根据所需制备的连续纤维增强复合材料及零件的特征，确定分层厚度，根据分层厚度确定高能束加工参数，保证高能束能够熔化基体粉末和部分已成形基体，但不熔化连续纤维，同时保证能够成形致密的基体；

(2)将成形腔内空气置换为惰性气体或真空；

(3)正式成形前，先预铺一层基体粉末，高能束根据当前切片层图形选区熔化基体粉末，完成单层基体成形，成形完毕后成形缸下降一个层厚高度；

(4)接着，预铺一层连续纤维并保持设定的张紧力，然后再次预铺基体粉末，保证基体粉末填入连续纤维空隙或/和覆盖连续纤维，高能束根据当前切片层图形选区熔化基体粉末，实现单层连续纤维与单层基体的结合；将外漏在已经成形的基体外的连续纤维切断，将连续纤维切断端设置在连续纤维铺设装置上，准备下一次连续纤维铺设；成形完毕后成形缸下降一个层厚高度；

(5)根据复合材料及零件成形方向上连续纤维的布置位置，选择性重复上述第(3)和第(4)步，直至完成所需连续纤维丝增强复合材料及零件的制备，

其中，所述高能束包括以激光或电子束为热源的束斑，该束斑的直径为0.06mm-1mm。

6.一种实现如权利要求1-5之一所述方法的设备，其特征在于，其包括高能束发生及控制模块、高能束、成形台面、铺粉装置、成形缸、连续纤维铺设装置、张力控制装置以及切断装置，其中，

高能束发生及控制模块用于出射设定要求的高能束至成形台面进行高能束选区熔化加工，成形缸设置在成形台面处，铺粉装置用于向成形缸中铺设设定厚度的基体粉末，连续纤维铺设装置用于向成形缸中待成形材料或者待成形零件处铺设连续纤维，张力控制装置用于控制铺设的连续纤维的张力，所述切断装置用于切断外漏在已经成形的基体外的连续纤维。