[发明专利]一种实时多参量配合的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺

权利要求书

1.一种实时多参量配合的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺，其特征在于，基于成形材料物理特性与目标构件的要求，结合打印过程中的温度和压力，适时启动外部辅助加热机制和外部辅助施压机制，减小层间温差、提升层间成形压力，进而实现成形构件层间结合强度的提升；同时，根据既定打印轨迹，适时启动辅助机构伴随机制，确保辅助机构与打印装置的相对位置保持不变，进而实现可持续的连续纤维热塑性复合材料多参量配合的3D打印；

具体步骤如下：

步骤1：根据连续纤维热塑性复合材料3D打印路径规划方法，结合目标构件几何信息和性能要求，获得包含工艺参数、成形轨迹的3D打印工艺文件，并导入3D打印机中；

步骤2：根据3D打印工艺文件中的轨迹信息，确定本层打印过程中打印轨迹方向是否改变，若有变化，启动辅助机构伴随机制，根据打印轨迹方向的变化，通过实时调整辅助机构的位置，控制辅助机构的运动与打印轨迹变化相配合，使得辅助机构与打印装置的相对位置保持不变，并进入步骤3；若无变化，则直接进入步骤3；

步骤3：根据打印材料属性与目标构件要求，确定打印层间压力F_m，并采集打印过程中的层间压力信号F₀；判断目标构件的高度/宽度比是否小于7，若小于，则启用连续式打印方法；若大于，则启用断点式打印方法；确保相邻两层的断点在垂直方向上为均匀的间距，并实时制定和实施外部辅助施压机制；

步骤4：判断待打印层是否为本次打印的第一层，若是，则直接进入步骤6；若不是，进入步骤5；

步骤5：根据打印材料属性与目标构件要求，确定打印层间温差T_m，并根据打印过程中采集的已铺放和新铺放相邻两打印层之间温差信号T₀，实时制定并实施外部辅助加热机制；

步骤6：完成本层打印后，判断已完成的打印层是否为最后一层，若是，则结束成形；若不是，则重复步骤2～6，直至完成目标构件打印。

2.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺，其特征在于，步骤3中所述外部辅助施压机制：根据打印材料属性与目标要求，确定打印层间压力F_m；若打印过程中层间压力F₀小于F_m，则开启外部辅助施压机制，若打印过程中层间压力F₀大于F_m，则关闭外部辅助施压机制；在开启外部辅助施压机制的过程中，不断测量层间压力值F₀并给予实时反馈控制辅助施压值恒定。

3.根据权利要求2所述的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺，其特征在于，当打印树脂为PEEK时，具体对应关系如下所示：

所述外部辅助施压机制中的压力值包括以下参数范围：当采用连续式打印方法时，所施加的压力值为0.95(F_m-F₀)～1.05(F_m-F₀)；当采用断点式打印方法时，所施加的压力值为0.65(F_m-F₀)～0.75(F_m-F₀)。

4.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺，其特征在于，步骤5中所述外部辅助加热机制：当打印层不是第一层时，采集外部辅助加热装置与打印层之间的距离L0；根据连续纤维与树脂自身性质及目标构件要求，采用连续纤维增强复合材料3D打印外部辅助加热策略：若打印层层间温差T₀大于T_m，则开启外部辅助加热机制；若打印层层间温差T₀小于T_m，则关闭外部辅助加热机制；在开启外部辅助加热机制的过程中，不断测量该距离L₀并实时反馈控制加热功率，使得辅助加热温度恒定。

5.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料3D打印辅助成形工艺，其特征在于，所述外部辅助加热机制采用的方式包括激光、红外线、超声波。