[发明专利]一种抗冲击防护构件的增材制造方法

说明书

一种抗冲击防护构件的增材制造方法，该方法包括如下步骤：S1：制备二氧化锆特种陶瓷粉末；S2：制备PBO纤维复合材料；S3：设计特种陶瓷构件数模，并设计依据该数模进行POB纤维复合材料构件熔融沉积制造轨迹数据；S4：将上述步骤设计的特种陶瓷构件数模导入SLS设备，用二氧化锆特种陶瓷粉末逐层增材制造特种陶瓷构件；S5：将步骤S3中设计的PBO纤维复合材料构件熔融沉积制造轨迹数据导入FDM设备，在上述步骤得到的特种陶瓷构件上粘接PBO纤维复合材料，制备得到防护构件；S6：对上述防护构件进一步保型，即得成型的抗冲击防护构件。本发明提供的制造方法，流程简单，生产周期短，生产效率高；且制得的防护构件密度小，抗冲击能力好。

技术领域

本发明涉及复合结构制造和增材制造技术领域，具体涉及一种抗冲击防护构件的增材制造方法。

背景技术

防护记录器是飞行器使用的记录其行程数据和检测运行状态的必要设备。在飞行器发生坠毁、撞击等事故时及事故后，必须保证其内部的记录芯片完好并能有效下载数据，这就要求防护记录器的防护结构具备耐冲击的性能。

传统防护记录器防护结构是合金钢材料机械加工制造成型的，已经不能抵抗高速飞行器撞击所带来的强力学冲击，必然会导致防护记录器防护结构受损，内部记录芯片损坏，而且合金钢密度很大，使得结构件重量重，已经无法满足飞行器减重的需要。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种抗冲击防护构件的增材制造方法。

技术方案：

增材制造技术就是一种三维实体快速自由成型制造技术，综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、机电技术和材料技术等多项技术，是采用材料逐层累加的方法制造实体零件，是一种“自下而上”的制造方法。增材制造技术中主要包括：选择性激光烧结和熔融沉积制造。

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)是以激光机为能量源，在工作台上均匀铺上一层陶瓷、金属或其复合物的粉末，通过控制激光束扫描使相应位置的粉末少结成一定厚度的实体片层，控制工作台升降，铺粉滚筒再次将粉末铺平，开始新一层的扫描，如此反复，最终得到实体零件，该技术成型陶瓷材料构件，陶瓷材料粉末利用率高，制造出来的构件力学性能优异。熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)是将热熔性材料加热至半流体性质，通过喷头将半流体状态的材料挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，控制工作台升降一个层的厚度，层层堆积后成型实体零件，该技术可以成型复杂结构件，而且制件的翘曲变形很小，能够使材料更加紧固的粘结包裹在其他构件上。

二氧化锆(ZrO₂)是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无味晶体，化学性质不活泼，密度为5.85g/cm³，具有高熔点(熔点为2680℃)，是一种重要的耐高温材料，200℃时的导热率可以接近甚至低于静置空气的导热率(0.026W/m·K)。以ZrO2为主要材料制备的特种陶瓷材料，除具有更加优异的隔热性能以外，还具有比金属大的多的弹性模量、抗力学冲击性能和抗拉强度。

聚对苯撑苯并双噁唑纤维(Poly-p-phenylene benzobisthiazole，PBO)纤维具有优异的力学性能和耐高温性能，比强度和比模量居各种纤维之最，其密度为1.54-1.56g/cm³，拉伸强度为3.4GPa-5.8GPa，拉伸模量为180GPa-280GPa，断裂伸长率为2.5％-3.5％，远高于一般高强玻纤和Levlar纤维。长丝PBO纤维复合材料所成型的防护材料，冲击最大载荷和能量吸收均高于芳纶和碳纤维，具有很好的防弹冲击性能，可用于航空航天、弹道导弹等结构件。

本发明基于上述原理，提供了如下技术方案：

一种抗冲击防护构件的增材制造方法，所述方法包括如下步骤：