CN108248028A - 一种纤维复合材料结构件的3d打印成型方法 - Google Patents

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黄志高
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Abstract

本发明公开了一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，先将打印所需的材料制备成管状，形成管材；再将管材进行套装，形成套装管材；接着将套装管材加入3D打印设备；最后通过3D打印设备进行3D打印，避免了像现有技术那样要先将碳纤维制成碳纤维布，然后在模具上压制和烘烤，从而解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。

Description

一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法
技术领域
本发明涉及材料加工成型技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法。
背景技术
结构件，是指具有一定形状结构，并能够承受载荷作用的构件。而纤维材料，尤其是碳纤维，作为一种具有高强度、高弹性模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性的高性能新型纤维材料，已成为制造先进复合材料最重要的增强材料，其在航天、航空、军事等重要领域以及民用方面都受到广泛重视。
然而，传统碳纤维产品的制造方式相当复杂，首先要将碳纤维制成碳纤维布，然后在模具上压制、烘烤才能成型。这种方法比较复杂、难以成型复杂的形状、成型周期相对较长。
发明内容
本发明通过提供一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。
本发明提供了一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，包括：
将打印所需的材料制备成管状，形成管材；
将所述管材进行套装，形成套装管材；
将所述套装管材加入3D打印设备；
通过所述3D打印设备进行3D打印。
进一步地，所述将所述管材进行套装，形成套装管材，具体包括：
将所述管材通过管套管的形式进行套装，形成所述套装管材。
进一步地，所述套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。
进一步地，在所述通过所述3D打印设备进行3D打印的过程中，根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制。
进一步地，所述3D打印设备是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm。
进一步地，所述根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制，具体包括：
根据所述结构件各处的性能指标的要求从所述套装管材中去掉某一种或多种管材。
进一步地，所述套装管材中的最外层管材的外径小于或者等于所述3D打印机的喷头的外径。
进一步地，所述3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃。
进一步地，所述管材为碳纤维和/或玻璃纤维。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
先将打印所需的材料制备成管状，形成管材；再将管材进行套装，形成套装管材；接着将套装管材加入3D打印设备；最后通过3D打印设备进行3D打印，避免了像现有技术那样要先将碳纤维制成碳纤维布，然后在模具上压制和烘烤，从而解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的纤维复合材料结构件的3D打印成型方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。
本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
先将打印所需的材料制备成管状，形成管材；再将管材进行套装，形成套装管材；接着将套装管材加入3D打印设备；最后通过3D打印设备进行3D打印，避免了像现有技术那样要先将碳纤维制成碳纤维布，然后在模具上压制和烘烤，从而解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供的纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，包括：
步骤S110：将打印所需的材料制备成管状，形成管材；
步骤S120：将管材进行套装，形成套装管材；
对本步骤进行具体说明：
将管材通过管套管的形式进行套装，形成套装管材。
为了提高成型质量，套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。
步骤S130：将套装管材加入3D打印设备；
步骤S140：通过3D打印设备进行3D打印。
对本步骤进行具体说明：
根据材料的性质设置打印温度、打印速度等参数，3D打印设备根据所需得到制品的三维模型切片后生成的G代码进行打印。
这里需要说明的是，在通过3D打印设备进行3D打印的过程中，根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制。
具体地，根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制，具体包括：
根据结构件各处的性能指标的要求从套装管材中去掉某一种或多种管材，从而实现所需性能的复合材料结构件的成型。其中，性能指标的要求包括但不限于强度、韧性。
在本实施例中，3D打印设备是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm。3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃。管材为碳纤维和/或玻璃纤维。
为了进一步提高打印成型精度，套装管材中的最外层管材的外径小于或者等于3D打印机的喷头的外径。
这里需要说明的是，本发明实施例可以通过组合不同的高分子材料，从而实现所需不同复合结构件的功能需求。
以碳纤维复合材料为例，采用本发明实施例提供的方法，成型碳纤维复合材料结构件。
具体步骤如下：
步骤一：准备材料。准备碳纤维管、其它打印温度范围内能够达到熔融状态的管材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylactide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等管材)及各种丝材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylact ide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等丝材)。
步骤二：套装。采用管套管、管套丝的形式将各管材套装起来。形成的套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。套装成的复合材料中的最外层管材的外径小于或者等于3D打印机的喷头的外径。通过组合不同的高分子材料，从而实现所需不同复合结构件的功能需求。
步骤三：进料。将套装管材进料。
步骤四：打印。设置打印温度、打印速度等参数，3D打印机根据制品三维模型切片后生成的G代码进行打印。其中，3D打印机是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm；3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃；在打印过程中，对各种材料进料进行控制，从而实现对功能结构件强度与韧性等性能指标的控制。
以棉线、涤纶等高分子纤维复合材料为例，采用本发明实施例提供的方法，成型高分子纤维复合材料结构件。
具体步骤如下：
步骤一：准备材料。准备棉线、涤纶等高分子丝纺成的纤维管、其它打印温度范围内能够达到熔融状态的管材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylact ide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等管材)及各种丝材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylactide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等丝材)。
步骤二：套装。采用管套管、管套丝的形式将各管材套装起来。形成的套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。套装成的复合材料中的最外层管材的外径小于或者等于3D打印机的喷头的外径。通过组合不同的高分子材料，从而实现所需不同复合结构件的功能需求。
步骤三：进料。将套装管材进料。
步骤四：打印。设置打印温度、打印速度等参数，3D打印机根据制品三维模型切片后生成的G代码进行打印。其中，3D打印机是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm；3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃；在打印过程中，对各种材料进料进行控制，从而实现对功能结构件强度与韧性等性能指标的控制。
以金属纤维复合材料为例，采用本发明实施例提供的方法，成型金属纤维复合材料结构件。
具体步骤如下：
步骤一：准备材料。准备金属丝纺成的纤维管、其它打印温度范围内能够达到熔融状态的管材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylact ide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等管材)及各种丝材(如聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚乳酸(Polylact ide,简称PLA)、聚酰胺(Polyamide，简称PA)等丝材)。
步骤二：套装。采用管套管、管套丝的形式将各管材套装起来。形成的套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。套装成的复合材料中的最外层管材的外径小于或者等于3D打印机的喷头的外径。通过组合不同的高分子材料，从而实现所需不同复合结构件的功能需求。
步骤三：进料。将套装管材进料。
步骤四：打印。设置打印温度、打印速度等参数，3D打印机根据制品三维模型切片后生成的G代码进行打印。其中，3D打印机是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm；3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃；在打印过程中，对各种材料进料进行控制，从而实现对功能结构件强度与韧性等性能指标的控制。
【技术效果】
1、先将打印所需的材料制备成管状，形成管材；再将管材进行套装，形成套装管材；接着将套装管材加入3D打印设备；最后通过3D打印设备进行3D打印，避免了像现有技术那样要先将碳纤维制成碳纤维布，然后在模具上压制和烘烤，从而解决了现有技术中方法复杂、难以成型复杂的形状、成型周期较长的技术问题，实现了简化成型方法、能够成型复杂的形状、缩短成型周期的技术效果。
2、在通过3D打印设备进行3D打印的过程中，根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制，从而实现了对功能结构件强度与韧性等性能指标的控制。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种纤维复合材料结构件的3D打印成型方法，其特征在于，包括：
将打印所需的材料制备成管状，形成管材；
将所述管材进行套装，形成套装管材；
将所述套装管材加入3D打印设备；
通过所述3D打印设备进行3D打印。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述管材进行套装，形成套装管材，具体包括：
将所述管材通过管套管的形式进行套装，形成所述套装管材。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述套装管材中的外层管材的内壁与内层管材的外壁相匹配。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通过所述3D打印设备进行3D打印的过程中，根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述3D打印设备是基于熔融沉积原理的3D打印机，其喷头的外径为0.001mm-1000mm。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据结构件的成型要求对各种管材进料进行控制，具体包括：
根据所述结构件各处的性能指标的要求从所述套装管材中去掉某一种或多种管材。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述套装管材中的最外层管材的外径小于或者等于所述3D打印机的喷头的外径。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述3D打印机的打印温度范围为0℃-600℃。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述管材为碳纤维和/或玻璃纤维。
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