【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及增材制造，尤其涉及一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法。
技術介紹
1、連續纖維增強復合材料因具有較高的比強度、比剛度及良好的耐高溫性、耐磨性、抗疲勞性、抗斷裂性等優良性能，在航空航天、先進武器、汽車等領域中得到廣泛關注和快速發展。根據基體材料的不同，連續纖維增強復合材料主要可分為三類：連續纖維增強樹脂基復合材料、連續纖維增強陶瓷基復合材料、連續纖維增強金屬基復合材料。
2、連讀纖維增強復合材料的傳統成形工藝主要包括熱壓罐成形技術、樹脂轉移模塑成形技術和纏繞成形技術等，以上傳統成形工藝過程復雜、手工和半自動工藝較多、模具開發周期長、制造成本高。連續纖維增強陶瓷基和金屬基復合材料的成型工藝更是復雜而且成本高，限制了這兩種復合材料的應用。
3、近年來，隨著增材制造技術(即3d打印技術)的快速發展，使用增材制造技術制備連續纖維增強復合材料的方法開始得到關注。目前，連續纖維增強復合材料的增材制造方法主要是“預浸纖維擠出+熱塑性樹脂的熔融沉積成型”，但是，這種方法只對樹脂基復合材料有效，連續纖維增強陶瓷基復合材料和連續纖維增強金屬基復合材料的3d打印還在探索之中，尚無良好的成熟方法。目前，連續纖維增強陶瓷基復合材料的制造方法主要是氣相沉積法，連續纖維增強金屬基復合材料的制造方法主要是液態壓鑄法，但這兩種技術路線比較復雜，制造周期長，需要模具，一旦需要設計變更，就需要進行復雜的模具重制。此外，“預浸纖維擠出+熱塑性樹脂的熔融沉積成型”雖然能制備出連續纖維增強樹脂基復合材料，但是樹脂固化質量比較差，孔隙
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術旨在提供一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法，以解決以下技術問題中的至少一種：現有增材制造技術不適用于連續纖維增強金屬基和陶瓷基復合材料，連續纖維增強樹脂基復合材料增材制造的工藝質量較差(孔隙率過高)的問題。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、本專利技術提供一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法，包括以下步驟：
4、步驟s1、建立層合復合材料產品的三維模型，進行切片處理，每一層二維纖維織物都包含在相應切片內；層合復合材料包括基體和二維纖維織物；
5、步驟s2、分層預制二維纖維織物：先制備二維纖維織物，采用預浸法將二維纖維織物預成型為二維纖維預制體，將二維纖維預制體加工為所需要形狀的二維纖維預制件，并按切片打印順序疊放備用；
6、步驟s3、通過3d打印成型的方法進行層合復合材料產品的增材制造：在打印包含二維纖維織物的某一層切片時，先準確鋪放相應次序的二維纖維預制件，定位，再鋪放或者噴涂基體材料。
7、進一步地，步驟s1包括下述步驟：
8、步驟s11：采用計算機輔助設計軟件建立層合復合材料產品的三維模型；
9、步驟s12：將層合復合材料產品的三維模型轉換為stl三角化文件，把二維纖維織物所在的x-y平面設定為3d打印的基底平面，與x-y平面垂直的z向設為逐層疊加方向，對stl三角化文件進行切片處理。
10、進一步地，步驟s1中，切片厚度大于二維纖維織物的厚度，滿足，n＞m1，n為切片厚度，m1為二維纖維織物的最大厚度。
11、進一步地，步驟s1中，切片的第一層和最后一層為不包含纖維的基體材料，滿足n＜s，n為切片厚度，s為層合復合材料產品沿z向的上表面和下表面的基體材料厚度。
12、進一步地，步驟s2包括下述步驟：
13、步驟s21：通過織造的方式制備二維纖維織物；
14、步驟s22：采用預浸法將二維纖維織物與定型劑充分浸潤并進行定型，預成型為能夠維形的二維纖維預制體；
15、步驟s23：將二維纖維預制體加工為所需要形狀的二維纖維預制件，并按切片打印順序疊放備用。
16、進一步地，步驟s2中，制備二維纖維織物的纖維為超小絲束纖維，且滿足：m1≤m2＜n；m1為二維纖維織物的最大厚度，m2為二維纖維預制體的最大厚度，n為切片厚度。
17、進一步地，步驟s3中，準確鋪放相應次序的二維纖維預制件的主要步驟包括：在鋪放或者噴涂某一層基體之前，將對應層的二維纖維預制件通過紅外掃描準確定位與待噴涂基體對應層的二維纖維預制件的放置位置。
18、進一步地，步驟s3中，定位的主要步驟包括：在二維纖維預制件上選取w個定位點，用激光或者紫外光掃描定位點進行熔化、熱固化或者光固化定位。
19、進一步地，步驟s2中，當基體材料為熱固性樹脂時，采用膠槽滾壓預浸法將二維纖維織物預成型為二維纖維預制體。
20、進一步地，步驟s2中，當基體材料為熱塑性樹脂時，采用薄膜熱壓預浸法將二維纖維織物預成型為二維纖維預制體。
21、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
22、1、本專利技術給出了一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法，采用分層預制二維纖維織物結合增材制造工藝的方法，實現了連續纖維增強層合復合材料結構的增材制造，使得連續纖維增強復合材料結構的設計自由度得到了很好的拓展，能夠充分利用增材制造的優勢，無需模具即可快速設計和生產出高復雜度、多樣化的產品。
23、2、本專利技術提供的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，采用分層預制二維纖維織物結合增材制造工藝的方法，采用簡便的工藝步驟就可以快速得到工藝質量和性能優異的產品；其中，由于“分層預制二維纖維織物”中纖維與定型劑(優選與基體材料相同或相似)已經充分浸潤結合并定型，且整個過程中無需長時間高溫處理，最終產品中的二維纖維織物的均勻性、穩定性、完整性和一致性更好，纖維與基體之間浸潤良好且界面結合強度高。
24、3、本專利技術提供的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，采用分層預制二維纖維織物結合增材制造工藝的方法，使得連續纖維增強陶瓷基層合復合材料的快速增材制造成為可能，相比于現有的氣相沉積法，可以省掉模具加工環節，且縮短了生產周期，得到的產品具有非常好的工藝質量和性能，能夠滿足高性能陶瓷基復合材料的力學性能和功能性要求；例如，本專利技術實施例1給出了一種連續碳化硅纖維增強的碳化硅(sic/sic復合材料)渦輪葉片的增材制造方法，采用分層預制二維纖維織物結合增材制造工藝(選區光固化+燒結成型)的方法，可以省掉葉片制造的模具加工環節，最大限度地發揮結構設計的靈活性，從輕量化角度實現結構的最優化設計，使連續碳化硅纖維增強碳化硅渦輪葉片的快速增材制造成為可能；同時可以得到工藝質量和性能優異的產品(渦輪葉片的碳化硅陶瓷致密度可以超過95％，彎曲強度可以達到600mpa以上，可以耐受1700℃以上的環境溫度)，完全可以滿足高性能發動機的使用要求。
25、4、本專利技術提供的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，采用分層預本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S1包括下述步驟：
3.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S1中，切片厚度大于二維纖維織物的厚度，滿足，N＞M1，N為切片厚度，M1為二維纖維織物的最大厚度。
4.根據權利要求2所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S1中，切片的第一層和最后一層為不包含纖維的基體材料，滿足N＜S，N為切片厚度，S為層合復合材料產品沿Z向的上表面和下表面的基體材料厚度。
5.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S2包括下述步驟：
6.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S2中，所述制備二維纖維織物的纖維為超小絲束纖維，且滿足：M1≤M2＜N；M1為二維纖維織物的最大厚度，M2為二維纖維預制體的最大厚度，N為切片厚度。
7.根據權利要求1所
8.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S3中，所述定位的主要步驟包括：在二維纖維預制件上選取W個定位點，用激光或者紫外光掃描定位點進行熔化、熱固化或者光固化定位。
9.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S2中，當基體材料為熱固性樹脂時，采用膠槽滾壓預浸法將二維纖維織物預成型為二維纖維預制體。
10.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟S2中，當基體材料為熱塑性樹脂時，采用薄膜熱壓預浸法將二維纖維織物預成型為二維纖維預制體。
...【技術特征摘要】
1.一種連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟s1包括下述步驟：
3.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟s1中，切片厚度大于二維纖維織物的厚度，滿足，n＞m1，n為切片厚度，m1為二維纖維織物的最大厚度。
4.根據權利要求2所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟s1中，切片的第一層和最后一層為不包含纖維的基體材料，滿足n＜s，n為切片厚度，s為層合復合材料產品沿z向的上表面和下表面的基體材料厚度。
5.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟s2包括下述步驟：
6.根據權利要求1所述的連續纖維增強復合材料的增材制造方法，其特征在于，步驟s2中，所述制備二維纖維織物的纖維為超小絲束纖維，且滿足：m1≤m2＜n；m1為二維纖維織物的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張瑋，翟小菲，孟凡顥，李志勇，熊亮同，焦世坤，錢遠宏，楊奇龍，韓冬雪，陳榮，
申請(專利權)人：航天增材科技北京有限公司，
類型：發明
國別省市：
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