[发明专利]一种层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备及方法

说明书

本发明提供了一种层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备及方法，该设备包括：线材传输结构，用于传输第一纤维线材；第一材料液池，用于容置熔融的树脂材料；喷头，安装于第一驱动结构上，且所述第一纤维线材的一端穿设所述第一材料液池，并插设于所述喷头中；成型基板，与所述喷头间隔设置；所述成型基板上设置有呈阵列排列的多个通孔，每一所述通孔内分别穿设有一个导向针，每一所述导向针与一个第二纤维线材连接；第二材料液池，用于容置熔融的树脂材料，每一所述第二纤维线材远离所述导向针的一端浸润于所述第二材料液池的树脂材料内。本发明的方案解决了纤维复合材料不能形成垂直于层间方向连续贯穿的纤维，导致层间性能薄弱的问题。

技术领域

本发明涉及连续纤维制造技术领域，特别涉及一种层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备及方法。

背景技术

3D打印技术的发展已经成熟，连续纤维复合材料增材制造技术也在逐步发展，但层间性能薄弱的问题依然没有得到很好的解决。

研究人员提出过例如通过在层间铺设短纤维、原位编织增材制造、层间植入以及预置微细棒增强等方式增强层间性能，有效解决了层间无Z向(垂直于层间的方向)纤维而引起的性能薄弱问题。然而，由于工艺方法以及微细棒挠度和刚度的问题，现有增强方法只能在增材制造复合材料内部嵌入较短长度的纤维，不能形成垂直于层间方向连续贯穿的纤维，因此各向强度不能实现同性。此外，层间预置纤维棒的方式因加工工艺的限制，实现难度较大。

发明内容

本发明实施例提供一种层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备及方法，用于解决现有技术中纤维复合材料不能形成垂直于层间方向连续贯穿的纤维，导致层间性能薄弱的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备，包括：

线材传输结构，用于传输第一纤维线材；

第一材料液池，用于容置熔融的树脂材料；

喷头，安装于第一驱动结构上，且所述第一纤维线材的一端穿设所述第一材料液池，并插设于所述喷头中；

成型基板，与所述喷头间隔设置，且水平地设置于所述喷头的下方；所述成型基板上设置有呈阵列排列的多个通孔，每一所述通孔内分别穿设有一个导向针，且每一所述导向针分别在所述成型基板的两侧延伸，每一所述导向针与一个第二纤维线材连接；

其中，通过所述第一驱动结构，所述喷头能够相对于成型基板水平移动；

第二材料液池，用于容置熔融的树脂材料，每一所述第二纤维线材远离所述导向针的一端浸润于所述第二材料液池的树脂材料内。

进一步地，所述线材传输结构，包括：

电机；

放线辊，与所述电机的输出轴同轴设置，所述第一纤维线材的其中一部分绕设在所述放线辊上；通过所述电机的输出轴的转动，所述第一纤维线材绕设在所述放线辊上的长度变化；

至少一导向辊，所述第一纤维线材从所述放线辊上延伸出的部分绕过所述导向辊，插伸进入所述第一材料液池内。

进一步地，所述层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备还包括：

第一加热线圈，围绕所述第一材料液池设置，用于将所述第一材料液池内的树脂材料加热至熔融状态；

第一超声波换能器，与所述第一材料液池连接，用于对所述第一材料液池内熔融的树脂材料施加超声振动能量；

挤压辊，设置于所述第一材料液池内，所述第一纤维材料插设进入所述第一材料液池的部分穿过所述挤压辊，插设于所述喷头中。

进一步地，所述层间贯穿的连续纤维复合材料增材制造设备还包括：