[发明专利]连续纤维增强结构的3D打印方法及设备

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，公开一种连续纤维增强结构的3D打印方法及设备，以提升制造效率及路径设计自由度。方法包括：步骤S1、控制主机获取规划路径信息，所述规划路径信息根据打印活动体上各个喷嘴之间的物理参数以从左到右的顺序、从上到下的顺序或以对角线推进的顺序规划各喷嘴同步且连续的路径，且对应同一平面的至少两个喷嘴所各自对应的路径之间存在交点以形成单元结构；步骤S2、所述控制主机将所述规划路径信息转化成三轴位移台在各时序所对应的位移调整矢量，驱动所述三轴位移台进行位移以完成至少两个单元结构的连续打印。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种连续纤维增强结构的3D打印方法及设备。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，又称增材制造，因其具有精度高、成本低廉、效率高等优点，近几年得到迅猛发展。3D打印技术主要有熔融沉积快速成型(FDM)、光固化成型、选择性激光烧结等。相关研究表明，与传统注塑件相比，材料通过FDM打印后会降低强度、耐冲击性能等，而通过利用连续纤维作为复合材料增强体，配合FDM打印基体材料制作成纤维增强复合材料，能够使其具有高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀等特性。因此，连续纤维增强复合材料的3D技术被广泛应用各类轻质构件的制造。然而，由于连续纤维在打印过程中易断裂，易堵塞喷嘴，基体材料易与纤维脱粘等问题，从而使得连续纤维增强复合材料结构在打印过程中的打印速度被设置的非常小，普遍在100mm/min左右，不到纯基体打印速度的十分之一。为了提高3D打印连续纤维增强复合材料结构的制造效率，亟需解决复合材料结构低速制造问题。

目前，复合材料轻质结构的应用极为广泛，如作为蜂窝结构，夹层结构等，但传统的制造工艺存在成本高，生产周期长、胶粘污染严重等缺点。3D打印制造工艺能够实现轻质结构的一体化成型，能有效避免这些问题。但目前3D打印连续纤维复合材料轻质结构均为单喷嘴制造方式、结构制造路径单一、制造效率低、且设备费用较高，从而限制3D打印复合材料轻质结构的工程化应用进程。因此，为实现3D打印复合材料轻质结构的高效制造，亟需一种新的技术在保证结构力学性能的同时，实现较高的制造效率及多路径制造的自由度。

发明内容

本发明目的在于公开一种连续纤维增强结构的3D打印方法及设备，以提升制造效率及路径设计自由度。

为达上述目的，本发明连续纤维增强结构的3D打印设备包括：

三轴位移台；

部署在所述三轴位移台上的打印活动体，包括固定在同一加热块上且彼此之间间距恒定不变的至少两个打印单元，任一打印单元包括：

纤维及基体共进腔，外壳上段设有位于所述加热块之上的散热器；

部署于所述纤维及基体共进腔之上的连续纤维进入口和基体进入口；以及

部署于所述纤维及基体共进腔之下的一个喷嘴；

驱动所述三轴位移台进行位移的控制主机；

所述控制主机用于获取规划路径信息，所述规划路径信息根据所述打印活动体上各个喷嘴之间的物理参数以从左到右的顺序、从上到下的顺序或以对角线推进的顺序规划各喷嘴同步且连续的路径，且对应同一平面的至少两个喷嘴所各自对应的路径之间存在交点以形成单元结构；然后将所述规划路径信息转化成所述三轴位移台在各时序所对应的位移调整矢量，以完成至少两个单元结构的连续打印。

优选地，各所述喷嘴分组对应至少两个不同空间高度的相邻平面。

为达上述目的，本发明还公一种连续纤维增强结构的3D打印方法，包括：

步骤S1、控制主机获取规划路径信息，所述规划路径信息根据打印活动体上各个喷嘴之间的物理参数以从左到右的顺序、从上到下的顺序或以对角线推进的顺序规划各喷嘴同步且连续的路径，且对应同一平面的至少两个喷嘴所各自对应的路径之间存在交点以形成单元结构；