[发明专利]一种连续纤维增强复合材料的增材制造方法

说明书

本发明公开一种连续纤维增强复合材料的增材制造方法。包括步骤：A、采用缝纫的方式将连续纤维形成于基质薄膜上；B、对具有连续纤维的基质薄膜进行外围轮廓切割处理，直至切割出所需轮廓的具有连续纤维的基质薄膜；C、将切割后的具有连续纤维的基质薄膜依次进行堆叠和粘合处理；重复上述步骤A、B和C，直至得到所述连续纤维增强复合材料。本发明方法可以精确控制连续纤维增强复合材料中连续纤维排布,能控制连续纤维体积含量和提高复合材料的力学性能。不同于其他复合材料增材制造由点到线、再由线到面的顺序凝固方式，本发明每层仅需处理外围轮廓，且可同时并行处理多层，能极大地提高连续纤维增强复合材料的制造速度。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种连续纤维增强复合材料的增材制造方法。

背景技术

连续纤维增强聚合物基复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强等优点，已广泛应用于航空航天、军工等领域。增材制造技术是基于离散-堆积原理的新兴成型工艺。由于增材制造技术能够高效、低成本自由成型复杂零件同时赋予设计极大自由度，因此被逐渐应用于连续纤维增强聚合物基复合材料成型。相比于树脂转移模塑、模压、热压等传统成型技术，通过增材制造技术来成型连续纤维增强聚合物基复合材料具有无需模具、工艺灵活、开发周期短等优势。同时，由于复材增材制造能一体化成型，具有优异性能的复杂结构，在超材料、轻质结构、智能电路开发等方面具有广阔的发展前景。

现有连续纤维复合材料增材制造技术大多基于熔融沉积成型工艺(FusedDeposition Modeling，简称FDM)，基质材料与纤维共挤出技术，是一种由点到线，再由线到面的顺序凝固方式，由于受限于打印过程中纤维的连续特性，连续纤维与基质材料固化较慢，小范围出现大幅度拐角时纤维排布容易出现失真，所以基于FDM的连续纤维增强复合材料3D打印具有打印速度慢、纤维排布不准确等缺点。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强复合材料的增材制造方法，旨在解决现有技术存在打印速度慢、纤维排布不准确的问题。

本发明的技术方案如下：

一种连续纤维增强复合材料的增材制造方法，其中，包括步骤：

A、采用缝纫的方式将连续纤维排布并固定于基质薄膜上；

B、对具有连续纤维的基质薄膜进行外围轮廓切割处理，直至切割出所需轮廓的具有连续纤维的基质薄膜；

C、将切割后的具有连续纤维的基质薄膜依次进行堆叠和粘合处理；

重复上述步骤A、B和C，直至得到所述连续纤维增强复合材料。

可选地，步骤B中，采用激光装置或数控机床对具有连续纤维的基质薄膜进行外围轮廓切割处理。

可选地，步骤A之前，还包括步骤：

模型分析系统对计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD)模型进行处理得出三维CAD模型每层数据信息，通过接口将每层数据信息逐层传递给控制系统。

可选地，步骤A具体包括：控制系统控制缝纫装置按照当层缝纫数据将连续纤维缝纫至基质薄膜上。

可选地，步骤B具体包括：控制系统控制激光装置按照当层外围轮廓数据对具有连续纤维的基质薄膜进行外围轮廓切割处理，直至切割出所需轮廓的具有连续纤维的基质薄膜。

可选地，步骤C具体包括：

将切割后的具有连续纤维的基质薄膜送至打印工作平台，堆叠在已成型的膜层上；

利用热压板进行热压粘合处理。