[发明专利]聚合物连续纤维复合层的连续3D打印方法及质量评估方法

说明书

本发明公开了一种聚合物连续纤维复合层的连续3D打印方法及质量评估方法，属于增材制造领域；其中，质量评估方法包括：判断聚合物连续纤维复合层中的连续纤维是否满足嵌入在聚合物基体内、纤维路径间隔相同且内部无断裂点也无重叠点的条件，若是，则计算聚合物连续纤维复合层的平均滑移距离来评估聚合物连续纤维复合层的连续3D打印质量。本发明针对将导电纤维嵌入聚合物中的连续3D打印方法，由于在打印过程中喷头在转弯时，产生的力会使导电纤维朝着喷头运动的方向移动，与聚合物基体之间产生滑移，故通过计算聚合物基体中的拐点与其对应位置处连续纤维的拐点的距离，得到平均滑移距离来衡量打印误差，可以更加准确的评估连续3D打印质量。

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种聚合物连续纤维复合层的连续3D打印方法及质量评估方法。

背景技术

随着聚合物材料的多维发展和航空航天、生物医疗等领域的轻量化需求，越来越多的极端环境(高辐射、低温或高温)开始使用高性能聚合物来代替金属。而具有形状记忆效应的高性能聚合物在航天航空领域中不只可以作为机械承重结构，同时也可以作为具有驱动功能的关键控制部件，例如：可展开天线、可伸缩机械臂和可弯曲铰链，从而可以最大程度上提高器件的轻量化程度。

然而高性能聚合物的形状记忆效应需要在高于其玻璃化转变温度的条件下施加应变固定临时形状(编程过程)，并加热到同样的温度才能自动恢复原始形状(恢复过程)。通常是将样品放入高温烘箱，或油浴加热，但是编程过程的应变施加通常需要人为辅助，在烘箱中的样品无法手动操作，油浴中的样品也因为温度太高操作不便，甚至具有一定的危险性。同时，在航空航天中，高性能聚合物的恢复过程所需的高温环境也是难以提供的。

为了解决上述问题，现有方法通过3D打印技术打印聚合物连续纤维复合层，将导电纤维嵌入高性能聚合物样件中，利用导电纤维的电热效应产生用于形状记忆变形的温度源，导电纤维通电加热过程在任意空间中都可实现，既方便人辅助操作，也容易获得高温环境。但是由于不同3D打印参数下打印得到的聚合物连续纤维复合层质量不同，而现有的质量评估方法往往仅关注打印得到的聚合物的外形和机械性能，并没有考虑连续纤维的打印质量，对聚合物连续纤维复合层的质量进行评估时准确率较低，也无法对上述3D打印技术中的打印参数的选取起指导作用，也无法得到质量最优的聚合物连续纤维复合层。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种聚合物连续纤维复合层的连续3D打印方法及质量评估方法，用以解决现有技术无法对打印出来的聚合物连续纤维复合层的质量进行准确评估的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种聚合物连续纤维复合层的连续3D打印质量评估方法，其中，聚合物连续纤维复合层通过将聚合物线材和导电纤维材料熔融沉积进行3D打印得到，包括聚合物基体和被聚合物基体包裹的连续纤维；聚合物基体的材料为聚合物线材；连续纤维的材料为导电纤维材料；

连续3D打印质量评估方法包括以下步骤：

Sa、判断聚合物连续纤维复合层中的连续纤维是否满足嵌入在聚合物基体内、纤维路径间隔相同且内部无断裂点也无重叠点的条件，若是，则转至步骤Sb；否则，判定3D打印质量不合格，操作结束；

Sb、计算聚合物连续纤维复合层的平均滑移距离来评估聚合物连续纤维复合层的连续3D打印质量；其中，滑移距离为聚合物基体中的拐点与其对应位置处连续纤维的拐点的距离；平均滑移距离越小，3D打印质量越高。

进一步优选地，计算聚合物连续纤维复合层的平均滑移距离的方法包括：

从聚合物基体中随机选择预设数量的拐点，分别测量各拐点与其对应位置处连续纤维的拐点的距离，得到各拐点的滑移距离；

计算各拐点滑移距离的平均值，得到聚合物连续纤维复合层的平均滑移距离。

进一步优选地，聚合物线材包括材聚醚醚酮线材、聚乳酸或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。