CN106564182A - 一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，包括如下步骤：首先利用3DMAX软件设计出所需要成品模型，其次将所设计的模型以STL格式拷入3D打印机中，然后运用Cura软件，将成品模型分层处理，分层处理的目的是解决三维实体零件在计算机坐标系和打印设备坐标系中的转换问题。将三维立体成品模型导入到Cura软件中，使用软件中的切片分层功能，这时实体模型经过面型化的处理后，模型的表面即近似为有限个空间三角面片的集合。本发明充分利用3D打印机快速成型的特点，利用3D打印机打印的复合材料，具有形式多样，生产成本低，生产周期短优点，同时又保持了复合材料优良性能，在机械加工领域有良好的发展前景。

Description

一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法
技术领域
本发明涉及及一种复合材料的快速成型方法，尤其是涉及纤维与树脂基结合的复合材料，属于增强纤维复合材料的3D打印快速成型方法。
背景技术
复合材料的制备方法通常利用模压成型的方法，例如层叠模压、纤网模压、缠绕模压。传统的模压成型方法，虽然操作简单，但是生产周期长，效率低，产品的精度不够高。目前这一类加工方法已经不能够完全满足客户对产品的需求。而利用3D打印快速成型的方法，能够有效解决这类问题，提高打印精度，缩短产品的生产周期。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法。利用3D打印技术，将纤维和树脂基材料加热熔融在一起，然后均匀的打印出所设计的产品。本方法充分利用了3D打印机的快速成型的优势。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，以碳纤维和聚乳酸作为原材料，首先利用计算机中的3DMAX软件设计出所需要三维立体成品模型，其次将所设计的模型以STL格式拷入3D打印机中依据纤维和树脂基体的熔点温度来设计工艺参数，所述的工艺参数包括喷嘴加热时所要达到的温度，以及3D打印机温床的温度；然后在计算机中运用Cura软件，对STL格式的模型做切片分层处理，并且将三维立体成品模型进行分层的面型化处理并存储入计算机中，之后依据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据信息生成打印路径传输给3D打印机，依据上述计算机中设定的喷嘴加热时所要达到的温度和3D打印机温床的温度，使得喷嘴和温床的温度达到设定值，在3D打印机的多入口喷嘴中，通过加热熔融和加压，将熔融的PLA液体挤压出，同时利用3D打印机的打印头在打印平台上完成一个一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务，然后根据上述分层得到的数据自动上升一层再进行下一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务；循环往复，直到所有的分层加工完毕生成3DMAX软件所设计的模型。
所述的三维立体成品模型分层处理能解决三维立体成品模型在计算机坐标系和打印设备坐标系中的转换问题；将三维立体成品模型导入到Cura软件中，使用软件中的切片分层功能进行面型化处理，选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其延着三维立体成品模型的Z轴进行等厚分层处理，将三维立体成品模型进行虚拟化切片，根据模型切片的需要来确定切片厚度和层高，根据厚度和层高的关系得到二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可以得出每层闭合的多边形轮廓数据信息，从而得到3D打印机坐标中的数据，完成分层处理；所述的三维立体成品模型经过上述面型化处理后，模型的表面即近似为有限个空间三角面片的集合。
所述的切片厚度为4mm,层高为0.15mm.依据厚度和层高的关系得到20个二维截面信息。
所述的三维立体成品模型经过面型化的处理后所述的STL格式文件中每个空间小三角型面片用4个数据来描述，即实体内部指向外部的三角形面片的外法向量和三角形的3个顶点坐标。
所述的3D打印机属于FDM熔融沉积型打印机，利用3DMAX软件设计出模型，通过加热熔融，挤出熔融体，逐层打印。
所述的3D打印机的多入口喷嘴包括喷嘴本体，所述的喷嘴本体顶部开设有纤维喂入口，所述的喷嘴本体两侧上部位置各开设有1个树脂喂入口；所述的纤维喂入口与位于喷嘴本体内的纤维通道连通；所述的树脂喂入口与位于喷嘴本体内的树脂通道连通；所述的喷嘴本体中间位置安装有加热装置，且所述的加热装置分别与纤维通道、树脂通道连通；所述的喷嘴本体底部还开设有喷丝孔，且所述的喷丝孔与纤维通道、树脂通道的底部连通。
本发明的有益效果是：传统的3D打印机的喷嘴通常只有一个原料喂入口，将两种不同的材料从同一个入口中喂入，容易在打印过程中造成堵塞，从而导致打印出的成品不够均匀。本发明利用对3D打印机喷嘴的改变，避免了打印过程中堵塞的问题。本发明所设计的3D打印机喷嘴，能够让纤维与树脂基体从不同的入口处喂入，能够将纤维和树脂基体均匀的熔合在加热区，然后从喷嘴中均匀的挤出。其次利用3D打印技术制备复合材料，不仅降低了生产成本，而且缩短了产品的生产周期。3D打印机打印出的复合材料成品与传统的模压成型方法制造出的产品相比，产品的形式更加的多样化，更容易在生产中得到应用。同时，打印出的复合材料成品强度得到增强。
附图说明
图1是本发明3D打印机多入口喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种复合材料的成型加工工艺，以碳纤维和聚乳酸作为原材料，首先利用计算机中的3DMAX软件设计出所需要三维立体成品模型，其次将所设计的模型以STL格式拷入3D打印机中，依据纤维和树脂基体的熔点温度来设计工艺参数，所述的工艺参数包括喷嘴加热时所要达到的温度，以及3D打印机温床的温度；然后在计算机中运用Cura软件，对STL格式的模型做切片分层处理，并且将三维立体成品模型进行分层的面型化处理并存储入计算机中， 所述的三维立体成品模型分层处理能解决三维立体成品模型在计算机坐标系和打印设备坐标系中的转换问题；将三维立体成品模型导入到Cura软件中，使用软件中的切片分层功能进行面型化处理，所述的三维立体成品模型经过面型化的处理后所述的STL格式文件中每个空间小三角型面片用4个数据来描述，即实体内部指向外部的三角形面片的外法向量和三角形的3个顶点坐标。其中选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其延着三维立体成品模型的Z轴进行等厚分层处理，将三维立体成品模型进行虚拟化切片，根据模型切片的需要来确定切片厚度和层高，本实施例设计的厚度为4mm,层高为0.15mm；依据厚度和层高的关系得到20个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可以得出每层闭合的多边形轮廓数据信息，从而得到3D打印机坐标中的数据，完成分层处理；所述的三维立体成品模型经过上述面型化处理后，模型的表面即近似为有限个空间三角面片的集合。之后依据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据信息生成打印路径传输给3D打印机，依据上述计算机中设定的喷嘴加热时所要达到的温度和3D打印机温床的温度，使得喷嘴和温床的温度达到设定值，在3D打印机的多入口喷嘴中，通过加热熔融和加压，将熔融的PLA液体挤压出，同时利用3D打印机的打印头在打印平台上完成一个一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务，然后根据上述分层得到的数据自动上升一层再进行下一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务；循环往复，直到所有的分层加工完毕生成3DMAX软件所设计的模型。
所述的3D打印机的多入口喷嘴包括喷嘴本体1，所述的喷嘴本体1顶部开设有纤维喂入口2，所述的喷嘴本体1两侧上部位置各开设有1个树脂喂入口3；所述的纤维喂入口2与位于喷嘴本体1内的纤维通道4连通；所述的树脂喂入口3与位于喷嘴本体1内的树脂通道5连通；所述的喷嘴本体1中间位置安装有加热装置6，且所述的加热装置6分别与纤维通道4、树脂通道5连通；所述的喷嘴本体1底部还开设有喷丝孔7，且所述的喷丝孔7与纤维通道4、树脂通道5的底部连通。
本实施例利用对3D打印机喷嘴的改变，避免了打印过程中堵塞的问题。本实施例所设计的3D打印机喷嘴，能够让纤维与树脂基体从不同的入口处喂入，能够将纤维和树脂基体均匀的熔合在加热区，然后从喷嘴中均匀的挤出。其次本实施例利用3D打印技术制备复合材料，不仅降低了生产成本，而且缩短了产品的生产周期。3D打印机打印出的复合材料成品与传统的模压成型方法制造出的产品相比，产品的形式更加的多样化，更容易在生产中得到应用。同时，打印出的复合材料成品强度得到增强 本实施例利用3D打印机打印的复合材料，与传统的模压成型法相比，具有形式多样，生产成本低，生产周期短等优点，同时又保持了复合材料的优良性能，在机械加工领域有良好的发展前景。

Claims (6)

1.一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，以碳纤维和聚乳酸作为原材料，首先利用计算机中的3DMAX软件设计出所需要三维立体成品模型，其次将所设计的模型以STL格式拷入3D打印机中，依据纤维和树脂基体的熔点温度在计算机中设计工艺参数，所述的工艺参数包括喷嘴加热时所要达到的温度，以及3D打印机温床的温度；然后在计算机中运用Cura软件，对STL格式的模型做切片分层处理，并且将三维立体成品模型进行分层的面型化处理并存储入计算机中，之后依据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据信息生成打印路径传输给3D打印机，依据上述计算机中设定的喷嘴加热时所要达到的温度和3D打印机温床的温度，使得喷嘴和温床的温度达到设定值，在3D打印机的多入口喷嘴中，通过加热熔融和加压，将熔融的PLA液体挤压出，同时利用3D打印机的打印头在打印平台上完成一个一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务，然后根据上述分层得到的数据自动上升一层再进行下一层闭合多边形轮廓数据信息的打印任务；循环往复，直到所有的分层加工完毕生成3DMAX软件所设计的模型。
2.如权利要求1所述的一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，所述的三维立体成品模型分层处理能解决三维立体成品模型在计算机坐标系和打印设备坐标系中的转换问题；将三维立体成品模型导入到Cura软件中，使用软件中的切片分层功能进行面型化处理，选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其延着三维立体成品模型的Z轴进行等厚分层处理，将三维立体成品模型进行虚拟化切片，根据模型切片的需要来确定切片厚度和层高，依据厚度和层高的关系得到二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可以得出每层闭合的多边形轮廓数据信息，从而得到3D打印机坐标中的数据，完成分层处理；所述的三维立体成品模型经过上述面型化处理后，模型的表面即近似为有限个空间三角面片的集合。
3.如权利要求2所述的一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，所述的切片厚度为4mm,层高为0.15mm.依据厚度和层高的关系得到20个二维截面信息。
4.如权利要求2所述的一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，所述的三维立体成品模型经过面型化的处理后所述的STL格式文件中每个空间小三角型面片用4个数据来描述，即实体内部指向外部的三角形面片的外法向量和三角形的3个顶点坐标。
5.如权利要求1所述的一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，所述的3D打印机属于FDM熔融沉积型打印机，利用3DMAX软件设计出模型，通过加热熔融，挤出熔融体，逐层打印。
6.如权利要求1所述的一种能够将纤维和树脂基材料复合的快速成型方法，其特征在于，所述的3D打印机的多入口喷嘴包括喷嘴本体（1），所述的喷嘴本体（1）顶部开设有纤维喂入口（2），所述的喷嘴本体（1）两侧上部位置各开设有1个树脂喂入口（3）；所述的纤维喂入口（2）与位于喷嘴本体（1）内的纤维通道（4）连通；所述的树脂喂入口（3）与位于喷嘴本体（1）内的树脂通道（5）连通；所述的喷嘴本体（1）中间位置安装有加热装置（6），且所述的加热装置（6）分别与纤维通道（4）、树脂通道（5）连通；所述的喷嘴本体（1）底部还开设有喷丝孔（7），且所述的喷丝孔（7）与纤维通道（4）、树脂通道（5）的底部连通。
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