[发明专利]基于双连续纤维编织局部增强的增材制造方法

说明书

本发明提供一种基于双连续纤维编织局部增强的增材制造方法，采用熔融沉积增材制造工艺，使用高强度高成本的连续纤维和一般强度低成本的连续纤维进行协调沉积，大幅度降低制造成本，并通过设计编织结构以及局部增强结构，成型零件在受到载荷以后通过树脂传递到纤维上，在纤维的交界处传递到层与层之间，在增强层与层之间结合强度的同时，避免零件开孔处因应力集中导致的断裂问题，保证最终零件的力学性能达到使用需求，可适用于无人机框架。

技术领域

本发明涉及树脂基连续纤维复合材料3D打印技术领域，具体而言涉及一种基于双连续纤维编织局部增强的增材制造方法。

背景技术

无人机是是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，它具有地情保障要求低，安全风险系数小等优点，被广泛应用于军用和民用领域。无人机的规模化生产是发展趋势，这就要求我们降低生产成本，同时为了适应不同领域的各种应用，优秀的性能也是必不可少。

传统的无人机材料一般为合金钢铝合金等金属材料，这种材料使用寿命短，易发生断裂等现象，同时随着无人机的飞行速度要求越来越高，应用的尺寸越来越大，传统材料越来越难以满足新型无人机的使用需求。

树脂基复合材料，具有轻质、比强度高、比模量高、抗疲劳能力强、抗震能力强的优点。同时，根据不同的加工工艺，它具备各向异性的特点，本身具有可设计性，在不改变结构重量的情况下，可根据飞机的强度、刚度要求进行优化设计。树脂基复合材料的耐腐蚀性能，可满足无人机恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低使用维护的寿命周期成本。

在树脂基材中添加连续纤维可以改善零件的力学性能，例如在热塑性树脂中加入连续碳纤维或者连续玻璃纤维提高其力学性能。但是若全部采用连续碳纤维等高强度的连续纤维，成本极高，限制了大规模生产，而采用价格低廉的低强度连续纤维又会导致其力学性能不足，难以满足实际的使用环境。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双连续纤维编织局部增强的增材制造方法，采用熔融沉积增材制造技术，利用两种不同强度的连续纤维预浸丝材进行沉积，并通过设计编织结构以及局部增强结构，在保持力学性能满足要求的前提下，降低打印成本，满足无人机框架的需求。

本发明第一方面涉及一种基于双连续纤维编织局部增强的增材制造方法，包括：

S11、原料制丝

分别在第一连续纤维的原丝和第二连续纤维的原丝的表面包裹树脂基材，得到第一预浸丝材和第二预浸丝材，备用；其中，第一连续纤维的原丝强度高于第二连续纤维的原丝强度；

S21、熔融沉积成型

将步骤S1获得的第一预浸丝材和第二预浸丝材分别送入打印机的第一打印头和第二打印头，采用熔融沉积成型工艺，按照预设程序进行打印，打印过程如下：

S211、第一打印头在基板上按规划路径沉积第一预浸丝材，得到打印件的外框架结构；

S212、第一打印头在步骤S21所得的外框架结构内部继续单道间隔沉积，得到第一沉积层，且相邻单道沉积层之间的间隙保持在第一间距范围内；

S213、第二打印头以与第一沉积层正交交叉的方式单道间隔沉积第二沉积层，且相邻单道沉积层之间的间隙保持在第二间距范围内；

S214、第一打印头继续单道沉积第三沉积层，其中，第三沉积层中，单道沉积层穿过第一沉积层和第二沉积层的搭接点，且两端与外框架结构搭接；

S215、第一打印头继续在第一沉积层中的每个相邻单道沉积层的间隙之间沉积第四沉积层，之后第二打印头在第二沉积层中的每个相邻单道沉积层的间隙之间沉积第五沉积层；

S216、第二打印头继续单道沉积第六沉积层，其中，第六沉积层中，单道沉积层穿过第四沉积层和第五沉积层的搭接点，且两端与外框架结构搭接；