[发明专利]连续纤维增强复合材料3D打印典型路径的规划方法

摘要

本发明连续纤维增强复合材料3D打印典型路径的规划方法属于复合材料快速成型领域，涉及一种连续纤维增强复合材料3D打印典型路径的规划方法。该方法根据成型构件的实际尺寸要求，借助CAD建模软件建立三维模型，并利用3D切片软件对其进行切片分层处理，以获取轮廓和层片信息。判断路径的弯曲程度并启动相应路径规划机制，借助跳点处理机制准确定位跳点并完成跳点动作。利用层间路径规划机制实现纤维无断点的层间转换，实现连续纤维增强复合材料高质量、高效率的3D打印新路径。该方法规划出最少断点的打印路径，保证连续纤维增强复合材料的力学性能。有效减少连续纤维在弯折处的成型缺陷，提升其在弯折处的结合力，提高成型构件的整体性能。

主权项

1.一种连续纤维增强复合材料3D打印典型路径的规划方法，其特征在于，该方法根据成型构件的实际尺寸要求，借助CAD建模软件建立三维模型，并利用3D切片软件对其进行切片分层处理，以获取轮廓和层片信息；判断路径的弯曲程度并启动相应路径规划机制，借助跳点处理准确定位跳点，并完成跳点动作；利用层间路径规划实现纤维无断点的层间转换，最终实现连续纤维增强复合材料高质量、高效率、低缺陷成型的3D打印新路径；方法的具体步骤如下：步骤1根据成型构件的实际尺寸要求，借助CAD建模软件建立三维模型，并利用3D切片软件对其进行切片分层处理，以获取轮廓和层片信息；所述的轮廓和层片信息不仅准确描述成型构件的几何拓扑信息，还要反映复合材料中连续纤维和树脂的不同材料属性信息；步骤2根据获取的轮廓和层片信息，设定打印速度、喷头温度、层厚打印参数，确定线材直径、打印喷嘴直径外部参数，据此计算线材供给速度，并启动层内路径规划机制；所述层内路径规划机制具体为：对于规则的分层轮廓图形，从分层轮廓上的距离原点最近的一顶点A开始，按照“回”字型轨迹规划方法，依次规划轨迹经过B、C、D、E各点；其中，点A和点E间距离l_AE不小于3D打印机的喷头直径；对于不规则的分层轮廓图形，与前者类似，但在距起始点A₁适当距离的点D₁处改变路径曲线弧度，使路径连续平滑的到达内圈的起始点E₁,且点A₁和点E₁间距离不小于喷头直径；步骤3判断层间路径中是否有弯曲，如果有弯曲，启动弯折路径规划机制，并进入步骤4，反之，直接进入步骤5；所述弯折路径规划机制具体为：在路径弯折处，特别是小于120°的弯折处，根据连续纤维特性适当调节弯折曲率半径，减少纤维材料缺陷的产生；同时，将此处的打印速度降低4％‑6％，打印温度升高1％‑2％，增强纤维与树脂之间的浸润，以提升弯曲处打印连续纤维结合力；步骤4判断步骤3中弯曲是否为小角度弯折，如果是小角度弯折，启动小角度路径规划机制，并进入步骤5，反之，直接进入步骤5；所述小角度路径规划机制具体为：在路径弯折角度小于连续纤维所能弯折的最小角度时，根据连续纤维性质，增大弯折角度，同时降低打印速度6％‑8％，升高打印温度3％‑4％，进一步减少连续纤维缺陷的产生以提升成型构件性能；步骤5连续纤维无法填充处用树脂填充，以确保整体构件的形状要求；在热塑性树脂的配合下，完成上述路径的规划；步骤6判断本层路径填充是否完整，如果本层路径填充完整，直接进入步骤7，反之，获取待填充部分的轮廓和层片信息，并启动跳点路径处理机制，返回步骤2，对没有填充的部分进行路径规划；步骤7启动层间路径规划机制，准备下一层的路径填充；所述层间路径规划机制具体为：从本层的最终路径结束处O点，调整连续纤维的进给速度和层间方向Z坐标的变换速度，使之相匹配的完成从M层的O点到N层的O`点的层间转换；步骤8启动路径规划结束判定机制；所述路径规划结束判定机制具体为：判断当前层数是否超过成型构件设计打印的层数，若超过设计层数，路径规划结束；本次打印路径规划结束，输出规划的路径代码文件；反之，获取下一层的轮廓和层片信息，返回步骤2至步骤8，继续进行路径规划。