[发明专利]纤维增强结构件制造方法

说明书

本发明提供一种纤维增强结构件及其制造方法，涉及纤维复合材料及其制造技术领域。纤维增强结构件包括热塑性壳体、连续纤维增强层、耐磨结构件和注塑层。所述制造方法包括设定产品尺寸、产品建模、热塑性壳体成型、连续纤维增强层成型、耐磨结构件定位、结构件封装、注塑成型。解决了现有技术中，三维打印技术成型后的产品存在层间粘接强度不足，影响整体力学性能的问题以及传统纤维复合材料成型工艺复杂，往往需要模具的问题；本发明结构件综合力学性能好，具有良好的耐磨性。

技术领域

本发明涉及纤维复合材料及其制造技术领域，尤其是涉及一种纤维增强结构件制造方法。

背景技术

纤维复合材料作为一种备受关注的复合材料，具有广泛的应用前景，特别是以连续碳纤维和连续玻璃纤维为代表的纤维增强复合材料，在航空航天、轨道交通、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。但传统纤维复合材料成型工艺复杂、往往需要模具、制造周期较长，极大限制了该类复合材料的进一步发展与应用。

近年来新兴的三维打印（3D打印）技术为复杂结构的一体化快速成型提供了一种新的方法。但现有3D打印成型工艺尚存在层间粘结强度不足，进而影响结构的整体力学性能的问题。此外，3D打印结构件还面临耐磨性较差的问题，更进一步的限制其在连杆类结构件中的应用。

鉴于高锰钢、碳化硅陶瓷等高性能耐磨材料的出现，本发明提供一种高性能耐磨纤维增强结构件，同时针对该类结构件提出一种相应的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维增强结构件及其制造方法，以解决现有技术中存在的，三维打印技术成型后的产品存在层间粘接强度不足，影响整体力学性能的技术问题以及传统纤维复合材料成型工艺复杂，往往需要模具的问题。

本发明提供的一种纤维增强结构件，包括热塑性壳体、连续纤维增强层、耐磨结构件和注塑层；

连续纤维增强层设置在热塑性壳体的内部，耐磨结构件设置在连续纤维增强层内；

在热塑性壳体与连续纤维增强层之间的缝隙处，连续纤维增强层与耐磨结构件之间的缝隙处分别填充注塑层。

进一步的，连续纤维增强层采用连续碳纤维、连续玻璃纤维中的任意一种。

进一步的，耐磨结构件为金属结构件、陶瓷结构件、塑料结构件中的任意一种。

进一步的，注塑层的注塑材料采用热塑性材料，或者热塑性材料与增强材料的混合物；

热塑性材料为聚醚醚酮，聚乳酸，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的任意一种；

增强材料为短切碳纤维、玻璃纤维、碳纳米管、木材粉末中的任意一种。

本发明提供的一种纤维增强结构件制造方法，包括如下步骤：

（1）设定产品尺寸

根据结构件力学性能要求及应用场合，确定热塑性壳体的形状与壁厚、连续纤维增强层的位置、热塑性材料、连续纤维材料、耐磨结构件放置的位置、定位件的位置；

（2）产品建模

根据步骤（1）获得的结果，进行三维建模，确定产品的具体形状，对模型进行分层切片并生成相应的控制代码；

（3）热塑性壳体与定位件成型

将步骤（2）获得的控制代码，导入控制系统内，启动打印组件，在输送组件上打印热塑性材料，使热塑性壳体与定位件成型；

（4）连续纤维增强层成型

再次启动打印组件，在输送组件的热塑性壳体内部打印连续纤维材料，使连续纤维增强层成型；

（5）重复步骤（3）与（4）