基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法技术

本发明专利技术公开了基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法，涉及夹层结构复合材料技术领域，旨在解决现目前列车轻量化以及智能化结构健康监测的问题，本发明专利技术通过利用新型的连续碳纤维复合材料基于FDM的3D打印技术实现一体化成型夹层结构取代车体原有铝合金结构，实现了一体化制造，相较于列车现有夹层结构，制造工艺更简单，成型更稳固；在轻量化方面较现有的夹层结构能减重33％，在智能化方面能够实现车体结构的承载和损伤的在线实时监测，较现有的离线检测速度更快，精度更高，实现了对列车安全性能的提升。此外，3D打印的一体化成型的技术能够有效减少列车车体各个结构的应力集中，提高相应结构的寿命，节约列车制造成本。造成本。造成本。

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法


[0001]本专利技术涉及夹层结构复合材料
，具体为基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法。

技术介绍

[0002][0003]在国内，复合材料在轨道交通的应用起步较晚，但是发展迅速，主要应用在内饰及次承载结构、设备舱等，2018中车四方厂的CETROVO车型，利用了碳纤维的车体和转向架，在时速达到149km/h时能够节能15％以上；全碳纤维复合材料的地铁车体，能够减重35％，提高运载能力、降低能耗和使用成本，减少对地铁线路的磨损；2019四方厂的制造的时速600km/h的高速磁悬浮列车，利用了碳纤维的密封材料，较原先的铝合金材料减重30％，但是这种碳纤维结构利用热压罐进行成型，需要在高温高压的情况下经过多次温度与压力的变化才能成型，其工艺复杂，控制精度差，成本和能耗都很高。总体应用方面，复合材料在动车组的应用小于等于10％，仍有很大的应用空间，而复合材料的应用，是未来轨道交通发展的关键。
[0004]其中碳纤维增强复合材料是以碳纤维作为增强相，用环氧树脂、橡胶类、工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、创建三维模型，通过计算机辅助设计制图软件对预想成型的波纹夹层板进行3D建模；步骤2、根据3D模型编写Gcode文件，传输Gcode文件进入3D打印机控制系统，调整3D打印参数包括打印层厚、打印温度、打印速率和底板温度等参数，同时规划打印连续碳纤维路径，其中路径要求一笔成型；步骤3、根据所述打印连续碳纤维路径进行打印，不同打印线材通过各自独立的导管进入打印头，通过喷嘴被挤压至打印床，打印机拥有两个喷嘴，塑料喷嘴用于打印基体，纤维喷嘴用于打印连续纤维(40)，下达打印命令后，打印机开始自动调试水平与高度，并检查喷嘴是否能顺利吐丝，一切前期准备工作就绪后，打印头内部开始加热，打印线材被加热到熔融状态，所述连续纤维(40)通过喷嘴沉积于打印床上形成沉积线，所述沉积线逐行排列以构成完整的打印层，打印层逐层堆叠以构成设计的夹层结构形状。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法，其特征在于：所述步骤2中，利用“一笔画”的方法进行连续碳纤维3D打印的路径规划，编写合理的打印路径。3.根据权利要求1所述的基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法，其特征在于：所述步骤3中，打印参数设置为：打印温度设置为235℃，打印层厚为0.3mm，出丝口径为1.3mm，打印速率为100mm/min，底板温度为50℃。4.根据权利要求1所述的基于3D打印的列车夹层结构的一体化制造方法，其特征在于：所述步骤3中，所述路径包括蒙皮打印路径(1)、波纹肋板打印正路径(2)、波纹肋板打印反路径(3)，所述蒙皮打印路径(1)从梯形波纹的一个角开始，喷嘴从矩形侧边到所述上蒙皮(10)，沿着所述上蒙皮(10)到矩形的另一个侧边，再打印所述下蒙皮(30)，然后喷嘴回到起始位置，所述波纹肋板打印正路径(2)为喷嘴从起始位置，沿着梯形侧边移动，再到梯形的上边，又沿着梯形另一侧边到下一个梯形的起始角，重复梯形波纹的打印12次，到矩形右侧边的顶角，所述波纹肋板打印反路径(3)为喷嘴从矩形右侧边的顶角，按照和之前所述波纹肋板打印正路径(2)相反的路径回到起点，所述蒙皮打印路径(1)、所述波纹肋板打印正路径(2)、所述波纹肋板打印反路径(3)完成为一个周期，总共需要完成1600个周期。5.根据权利要求4所述的基于3D打印的列车轻智夹层结构一体化设计及制造方法，其特征在于：所述步骤3中，采用连续碳纤维作为增强相，尼龙作为基体材料，进行所述波纹夹层板的一体化...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪馗，宋晓东，叶泽臻，黄扬宇，李熠，张墨林，陈灏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：