基于纤维复合材料的3D打印方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于纤维复合材料的3D打印方法及装置。本发明专利技术提供的基于纤维复合材料的3D打印方法，包括对三维模型进行受力分析，根据基于三维模型以及受力分布图，规划三维模型需要加强的部分的纤维体积占比，基于纤维体积占比规划每层打印路径。根据三维模型的受力情况分布纤维复合材料中的纤维含量，获得制品。在同一个结构件的打印过程中，可有效地保证定向加强所打印的结构件，根据结构件受力特点采用局部纤维加强的方式加强结构件，节约了成本，提高了打印效率，避免材料的浪费。本申请实施例提供的3D打印装置，由于基于上述的3D打印方法，因此也具有上述的技术效果。述的技术效果。述的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
基于纤维复合材料的3D打印方法及装置


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种基于纤维复合材料的3D打印方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印技术的快速发展有望实现复杂几何形状复合材料结构的有效制造，进一步拓展复合材料的应用范围。连续纤维增强复合材料3D打印技术的成熟应用对于中国高端装备的制造具有重要意义。基于熔融沉积成型的连续纤维增强复合材料3D打印技术，其打印系统包括送丝机构、加热块、打印喷嘴、工作台、运动机构以及控制系统。打印过程中，线材通过送丝机构不断运送纤维丝束到打印喷嘴中并被加热至熔融状态，控制系统根据分层截面信息控制打印喷嘴沿一定路径和速度移动，处于熔融状态的材料从打印喷嘴中被挤出并与上一层材料粘结，然后在空气中冷却固化。每成型一层，打印喷嘴或工作台将向上或向下移动一层距离，并继续下一层材料的填充打印，直至最终完成整个构件的打印。
[0003]相关技术中，连续纤维熔融沉积3D打印方法，包括以下步骤：将连续纤维与聚合物共挤出制成连续纤维增强的3D打印线材，连续纤维平行于3D打印线材的轴线；将连续纤维增强复合材料线材导入到熔融沉积3D打印机中，在打印机中将线材中的聚合物加热熔融，连续纤维不熔融；连续纤维随熔融的聚合物通过打印机的喷嘴挤出，层层堆积形成连续纤维增强复合材料产品坯型。
[0004]但是，采用上述的3D打印方法打印的材料成本较高，且效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于纤维复合材料的3D打印方法及装置，可有效地解决上述或者其他潜在技术问题。
[0006]本专利技术的第一个方面是提供一种基于纤维复合材料的3D打印方法，包括：对三维模型受力分析，通过力学分析软件，根据实际工况对三维模型进行受力分析，得到受力分布图；
[0007]规划打印路径，采用纤维复合材料打印三维模型，基于三维模型以及受力分布图，规划三维模型需要加强的部分的纤维体积占比，基于纤维体积占比规划每层打印路径；其中，纤维复合材料包括纤维预浸料和热塑性树脂，纤维预浸料包括纤维和预浸料基体树脂；
[0008]调整打印参数，根据纤维复合材料以及三维模型，调整打印参数，打印参数包括打印温度、承载台温度以及打印速度；
[0009]根据打印路径和打印参数打印制品，在三维模型需要加强的部分提高纤维的体积占比，在三维模型无需加强的部分降低纤维的体积占比，直至打印完成，获得制品。
[0010]本专利技术实施例提供的基于纤维复合材料的3D打印方法，包括对三维模型进行受力分析，得到受力分布图；然后根据基于三维模型以及受力分布图，规划三维模型需要加强的部分的纤维体积占比，基于纤维体积占比规划每层打印路径。也即，根据三维模型的受力情
况分布纤维复合材料中的纤维含量，在三维模型需要加强的部分提高纤维的体积占比，在三维模型无需加强的部分降低纤维的体积占比，直至打印完成，获得制品。如此设置，在同一个结构件的打印过程中，可有效地保证定向加强所打印的结构件，根据结构件受力特点采用局部纤维加强的方式加强结构件，节约了成本，提高了打印效率，避免材料的浪费。
[0011]在根据第一方面的可选的实施例中，根据打印路径和打印参数打印制品，具体包括：
[0012]打印第一层，停止纤维预浸料的送料，以使纤维复合材料中纤维的体积占比为零；
[0013]打印第二层，根据打印路径和打印参数进行打印，在三维模型需要加强的部分，通过缩小打印喷头的口径以及降低热塑性树脂的送料速度，以提高纤维的体积占比；在三维模型无需加强的部分，通过扩大打印喷头的口径，剪断纤维预浸料，以及停止纤维预浸料的送料，以降低纤维的体积占比；
[0014]重复打印第二层的方法，直至打印完成，获得制品；其中，前一层打印完毕后，关闭打印喷头，停止纤维预浸料和热塑性树脂的送料，并将打印喷头按照打印路径移动至后一层的起点位置。
[0015]如此设置，可有效地增加热塑性树脂与承载台的结合力，同时降低生产成本。
[0016]在根据第一方面的可选的实施例中，纤维预浸料中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维中的一种或任意几种组合；纤维预浸料中的纤维包括连续纤维、长纤维、短切纤维中的一种或任意几种组合；纤维预浸料中的预浸料基体树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或其对应的改性树脂；热塑性树脂包括PA、PS、PEEK、PCBT、PP、PE、PI、PLA树脂中的任意一种或其对应的改性树脂。
[0017]在根据第一方面的可选的实施例中，在对三维模型受力分析之前，还包括：建立三维模型，通过CATIA制图软件建立预设的三维模型。
[0018]在根据第一方面的可选的实施例中，对三维模型受力分析，具体包括：通过Abaqus有限元分析软件，根据实际工况对三维模型进行受力分析，得到受力分布图。
[0019]在根据第一方面的可选的实施例中，在获得制品后，还包括：
[0020]对制品进行后处理，获得成品；后处理包括打磨和喷漆。
[0021]如此设置，用于保证成品质量的稳定性。
[0022]本专利技术的第二个方面还提供一种3D打印装置，基于上述的基于纤维复合材料的3D打印方法；3D打印装置包括机体、第一送料件、第二送料件以及承载台；
[0023]机体内部具有热熔腔，机体上还设置有打印喷头，打印喷头的腔体通过热熔腔连通，打印喷头具有口径可增大或缩小的出料口，出料口与承载台对应设置；
[0024]第一送料件用于输送纤维预浸料丝材，第一送料件的出料口与热熔腔连通；
[0025]第二送料件用于输送热塑树脂丝材；第二送料件的出料口与热熔腔连通；
[0026]机体与承载台活动连接，以使机体上的打印喷头相对承载台水平运行或竖直运行。
[0027]本申请实施例提供的3D打印装置，由于基于上述的3D打印方法，因此也具有上述的技术效果。
[0028]在根据第二方面的可选的实施例中，机体具有第一进料通道、第二进料通道以及
出料通道；第一进料通道、第二进料通道以及出料通道均与热熔腔连通；
[0029]第一送料件包括第一供料轴和第一导向套管，第一导向套管的出口与第一进料通道的入口连接，第一供料轴靠近第一导向套管的入口设置；
[0030]第二送料件包括第二供料轴和第二导向套管，第二导向套管的出口与第二进料通道的入口连接，第二供料轴靠近第二导向套管的入口设置。
[0031]如此设置，实现纤维预浸料丝材和热塑性树脂丝材稳定有序地进入热熔腔。
[0032]在根据第二方面的可选的实施例中，3D打印装置还包括剪切件，剪切件设置于第一进料通道与热熔腔的连通处，剪切件用于切断第一进料通道内的纤维预浸料丝材。
[0033]如此设置，用于控制纤维的体积占比。
[0034]在根据第二方面的可选的实施例中，第一送料件还包括第一驱动辊，第一驱动辊包括两个间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维复合材料的3D打印方法，其特征在于，包括：对三维模型受力分析，通过力学分析软件，根据实际工况对所述三维模型进行受力分析，得到受力分布图；规划打印路径，采用纤维复合材料打印所述三维模型，基于所述三维模型以及所述受力分布图，规划所述三维模型需要加强的部分的纤维体积占比，基于所述纤维体积占比规划每层打印路径；其中，所述纤维复合材料包括纤维预浸料和热塑性树脂，所述纤维预浸料包括纤维和预浸料基体树脂；调整打印参数，根据所述纤维复合材料以及所述三维模型，调整打印参数，所述打印参数包括打印温度、承载台温度以及打印速度；根据所述打印路径和所述打印参数打印制品，在所述三维模型需要加强的部分提高所述纤维的体积占比，在所述三维模型无需加强的部分降低所述纤维的体积占比，直至打印完成，获得所述制品。2.根据权利要求1所述的基于纤维复合材料的3D打印方法，其特征在于，所述根据所述打印路径和所述打印参数打印制品，具体包括：打印第一层，停止所述纤维预浸料的送料，以使所述纤维复合材料中所述纤维的体积占比为零；打印第二层，根据所述打印路径和所述打印参数进行打印，在所述三维模型需要加强的部分，通过缩小打印喷头的口径以及降低热塑性树脂的送料速度，以提高所述纤维的体积占比；在所述三维模型无需加强的部分，通过扩大打印喷头的口径，剪断所述纤维预浸料，以及停止所述纤维预浸料的送料，以降低所述纤维的体积占比；重复打印第二层的方法，直至打印完成，获得所述制品；其中，前一层打印完毕后，关闭打印喷头，停止所述纤维预浸料和所述热塑性树脂的送料，并将所述打印喷头按照所述打印路径移动至后一层的起点位置。3.根据权利要求1所述的基于纤维复合材料的3D打印方法，其特征在于，所述纤维预浸料中的所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维中的一种或任意几种组合；所述纤维预浸料中的所述纤维包括连续纤维、长纤维、短切纤维中的一种或任意几种组合；所述纤维预浸料中的预浸料基体树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或其对应的改性树脂；所述热塑性树脂包括PLA、PA、PS，PEEK，PCBT，PP，PE，PI、PLA树脂中的任意一种或其对应的改性树脂。4.根据权利要求1所述的基于纤维复合材料的3D打印方法，其特征在于，在所述对三维模型受力分析之前，还包括：建立三维模型，通过CATIA制图软件建立预设的三维模型。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛增如，陈鑫，高运来，王卫东，彭俊阳，刘建光，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：