CN115648621A - 一种复合材料的叠层增材制造方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料的叠层增材制造方法及设备，包括以下具体步骤：S1：复合材料原料混合：按照不同复合材料配比需求配比光敏材料，并将所有复合材料与光敏材料均匀混合，制成复合材料混合液；S2：片状复合材料制备：利用光固化反应将复合材料混合液制备成片状固体复合材料备用，同时制备用于连接相邻片状复合材料的粘合剂；S3：片状堆积：将片状固体复合材料按照设计模型进行顺序片状堆积，通过粘合剂连接相邻片状复合材料，使其大致成型；S4：固化处理：通过固化处理操作强化相邻片状复合材料之间的结合度；本发明公开的复合材料的叠层增材制造方法及设备具有保证增材制造成品整体一致性的同时，工作效率更高的效果。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种复合材料的叠层增材制造方法及设备。
背景技术
增材制造技术是一种能根据数字化模型直接制造出实体零件的新兴近净成形技术。相比传统制造技术，增材制造技术无需模具，能够成形形状复杂的零件，具有开发周期短、节省原料、成本较低且设计局限性小等优点。
普通的3D打印技术虽然可以制造形状复杂的零件，但其由于制造时间长，导致工作效率得不到提升，而叠层增材制造法相较于普通的3D打印，其通过叠层堆积的方法可以缩短制作时间，由于其利用普通粘合剂作为连接物质，导致其连接位置的厚度与材质可能会与本体产生差异，从而导致成品的整体一致性低，影响成品质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种复合材料的叠层增材制造方法及设备，通过在捞出片状复合材料后进行高压清洗，冲洗掉表面附带的液体复合材料，从而避免在进行二次光固化时表面的液体复合材料变为固体影响设计规格，保证了生产精度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种复合材料的叠层增材制造方法，包括以下具体步骤：
S1：复合材料原料混合：按照不同复合材料配比需求配比光敏材料，并将所有复合材料与光敏材料均匀混合，制成复合材料混合液；
S2：片状复合材料制备：利用光固化反应将复合材料混合液制备成片状固体复合材料备用，同时制备用于连接相邻片状复合材料的粘合剂；
S3：片状堆积：将片状固体复合材料按照设计模型进行顺序片状堆积，通过粘合剂连接相邻片状复合材料，使其大致成型；
S4：固化处理：通过固化处理操作强化相邻片状复合材料之间的结合度；
S5：打磨：利用打磨器械对固化处理后的工件进行打磨，制成成品。
所述S2，片状复合材料制备包括以下具体步骤：
S21：粘合剂制备：按照复合材料、光敏材料总重与酚醛树脂重量比为1:1进行配置，通过混合制备呈液体粘合剂备用；
S22：模型设计：在总控台将工件模型拆分为厚度为2mm的片状模型；
S23：光固化成型：按照设计的模型利用光固化将复合材料混合液制备成厚度为2mm的片状固体复合材料；
S24：冲洗：将片状复合材料捞出并通过高压水枪冲洗掉表面附带的液体复合材料；
S25：分型排序：按照S22中设计的模型将同形状的片状复合材料进行分型排序；
S26：粘合剂涂抹：在排序后的片状复合材料底面涂抹制备的粘合剂。
通过在捞出片状复合材料后进行高压清洗，冲洗掉表面附带的液体复合材料，从而避免在进行二次光固化时表面的液体复合材料变为固体影响设计规格，保证了生产精度。
所述S4，固化处理包括以下具体步骤：
S41：按压：通过机器按压堆积好的片状固体复合材料，使其连接处在按压下逐渐变薄；
S42：二次光固化：在按压的同时进行光固化，粘合剂中的复合材料与光敏材料混合物在光固化的作用下逐渐***，且与片状复合材料的材料硬度变为一致；
S43：高热烘烤：在250℃高温下进行高热烘烤，使酚醛树脂固化；本发明提供的复合材料的叠层增材制造方法及设备具有保证增材制造成品整体一致性的同时，工作效率更高的技术效果。
通过利用光固化成型原理形成片状复合材料，并利用含有复合材料的粘合剂对片状复合材料进行组装，相比于普通增材制造，此方法的工作效率更高，同时通过在粘合剂中添加复合材料和光敏材料，在二次光固化的过程中，利于增加相邻两片片状复合材料的连接度和连接位置的材料统一度，提高零件的整体一致性，同时通过设置有酚醛树脂，通过高温烘烤后和按压后酚醛树脂固化，从而在片状复合材料粘结度高的同时也最小化的降低了连接位置的厚度，保障成品质量。
一种复合材料的叠层增材制造设备，包括滤网传送带、冲洗机构和光固化机构，所述光固化机构包括储备槽，所述储备槽的底端内壁连接有第二气缸，所述第二气缸的一端连接有滤板，所述储备槽的一侧外壁连接有第二支架，所述第二支架的一侧内壁连接有气缸，所述气缸的一端连接有推板，所述滤网传送带设置在冲洗机构的一侧和光固化机构的顶端，所述推板的底端高于储备槽的顶端外壁，所述储备槽的一侧外壁连接有控制底座，所述控制底座的内壁设置有控制芯片，所述控制芯片与总控台相连，所述控制底座的顶端内壁设置有支架，所述支架的底端外壁灯盖，所述灯盖的内壁设置有紫外线灯，所述紫外线灯包括外支架，所述外支架的内壁设置有多个微型紫外线灯，且多个微型紫外线灯呈顺序排列，所述控制芯片用于控制多个微型紫外线灯。
通过设置有多个微型紫外线灯，工作人员可通过控制中控台，进而通过控制芯片控制多个微型紫外线灯按照设计的模型排列出所需形状，并同时照射在液体复合材料中，便于快速制作厚度相同的片状复合材料，强化工作效率，片状复合材料成型后，通过第二气缸推动滤板，使滤板与储备槽的顶端持平，并通过气缸带动推板将片状复合材料推送到滤网传送带中向后传送。
本发明进一步改进在于：所述冲洗机构包括储液槽，所述储液槽的一侧内壁设置有出水口，所述出水口上设置有阀门，所述储液槽的两侧内壁设置有透光板，两侧所述透光板的外壁设置有侧支撑壳，所述侧支撑壳的内壁设置有紫外线灯管，所述储液槽的顶端外壁设置有多个限位杆，多个所述限位杆上连接有绑带，所述绑带的一端连接有滤网，所述储液槽的一侧外壁连接有第三支架，所述第三支架的顶端设置有高压喷头，所述高压喷头设置在储液槽的顶端。
通过设置有紫外线灯管和滤网，在利用高压喷头对片状复合材料进行清洗时，多余的复合材料进入储液槽内，并在紫外线灯灯管的左右下在水中形成固体，工作完成后，通过取出滤网即可收集多余的固体复合材料，便于二次利用，降低成本支出。
本发明的有益效果：
1、通过利用光固化成型原理形成片状复合材料，并利用含有复合材料的粘合剂对片状复合材料进行组装，相比于普通增材制造，此方法的工作效率更高；
2、同时通过在粘合剂中添加复合材料和光敏材料，在二次光固化的过程中，利于增加相邻两片片状复合材料的连接度和连接位置的材料统一度，
3、同时通过设置有酚醛树脂，通过高温烘烤后和按压后酚醛树脂固化，从而在片状复合材料粘结度高的同时也最小化的降低了连接位置的厚度。
附图说明
图1为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造方法的整体流程图。
图2为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造方法的片状复合材料制备流程图。
图3为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造方法的固化处理流程图。
图4为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造设备的整体结构示意图。
图5为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造设备的光固化机构结构示意图。
图6为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造设备的冲洗机构结构示意图。
图7为本发明提出的一种复合材料的叠层增材制造设备的紫外线灯结构示意图。
图中：1、滤网传送带；2、冲洗机构；3、光固化机构；4、储备槽；5、紫外线灯；6、灯盖；7、支架；8、气缸；9、第二支架；10、推板；11、控制底座；12、第二气缸；13、滤板；14、高压喷头；15、第三支架；16、侧支撑壳；17、储液槽；18、绑带；19、阀门；20、出水口；21、限位杆；22、紫外线灯管；23、透光板；24、滤网；25、外支架；26、微型紫外线灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
本发明公开的一种复合材料的叠层增材制造方法及设备主要应用于增材制造的场景。
参照图1-图3，一种复合材料的叠层增材制造方法，包括以下具体步骤：
S1：复合材料原料混合：按照不同复合材料配比需求配比光敏材料，并将所有复合材料与光敏材料均匀混合，制成复合材料混合液；
S2：片状复合材料制备：利用光固化反应将复合材料混合液制备成片状固体复合材料备用，同时制备用于连接相邻片状复合材料的粘合剂；
S3：片状堆积：将片状固体复合材料按照设计模型进行顺序片状堆积，通过粘合剂连接相邻片状复合材料，使其大致成型；
S4：固化处理：通过固化处理操作强化相邻片状复合材料之间的结合度；
S5：打磨：利用打磨器械对固化处理后的工件进行打磨，制成成品；
S2，片状复合材料制备包括以下具体步骤：
S21：粘合剂制备：按照复合材料、光敏材料总重与酚醛树脂重量比为1:1进行配置，通过混合制备呈液体粘合剂备用；
S4，固化处理包括以下具体步骤：
S41：按压：通过机器按压堆积好的片状固体复合材料，使其连接处在按压下逐渐变薄；
S42：二次光固化：在按压的同时进行光固化，粘合剂中的复合材料与光敏材料混合物在光固化的作用下逐渐***，且与片状复合材料的材料硬度变为一致；
S43：高热烘烤：在250℃高温下进行高热烘烤，使酚醛树脂固化。
参照图2，在一个优选的实施方式中，S2，片状复合材料制备还包括以下具体步骤：
S22：模型设计：在总控台将工件模型拆分为厚度为2mm的片状模型；
S23：光固化成型：按照设计的模型利用光固化将复合材料混合液制备成厚度为2mm的片状固体复合材料；
S24：冲洗：将片状复合材料捞出并通过高压水枪冲洗掉表面附带的液体复合材料。
参照图2，在一个优选的实施方式中，S2，片状复合材料制备还包括以下具体步骤：
S25：分型排序：按照S22中设计的模型将同形状的片状复合材料进行分型排序；
S26：粘合剂涂抹：在排序后的片状复合材料底面涂抹制备的粘合剂。
参照图4和图5，一种复合材料的叠层增材制造设备，包括滤网传送带1、冲洗机构2和光固化机构3，光固化机构3包括储备槽4，储备槽4的底端内壁连接有第二气缸12，第二气缸12的一端连接有滤板13，储备槽4的一侧外壁连接有第二支架9，第二支架9的一侧内壁连接有气缸8，气缸8的一端连接有推板10，滤网传送带1设置在冲洗机构2的一侧和光固化机构3的顶端。
参照图5，在一个优选的实施方式中，推板10的底端高于储备槽4的顶端外壁，储备槽4的一侧外壁连接有控制底座11，控制底座11的内壁设置有控制芯片，控制芯片与总控台相连，控制底座11的顶端内壁设置有支架7，支架7的底端外壁灯盖6，灯盖6的内壁设置有紫外线灯5。
参照图7，在一个优选的实施方式中，紫外线灯5包括外支架25，外支架25的内壁设置有多个微型紫外线灯26，且多个微型紫外线灯26呈顺序排列，控制芯片用于控制多个微型紫外线灯26，通过设置有多个微型紫外线灯26，工作人员可通过控制中控台，进而通过控制芯片控制多个微型紫外线灯按照设计的模型排列出所需形状，并同时照射在液体复合材料中，便于快速制作厚度相同的片状复合材料，强化工作效率，片状复合材料成型后，通过第二气缸12推动滤板13，使滤板13与储备槽4的顶端持平，并通过气缸8带动推板10将片状复合材料推送到滤网传送带1中向后传送。
参照图6，在一个优选的实施方式中，冲洗机构2包括储液槽17，储液槽17的一侧内壁设置有出水口20，出水口20上设置有阀门19，储液槽17的两侧内壁设置有透光板23，两侧透光板23的外壁设置有侧支撑壳16，侧支撑壳16的内壁设置有紫外线灯管22。
参照图6，在一个优选的实施方式中，储液槽17的顶端外壁设置有多个限位杆21，多个限位杆21上连接有绑带18，绑带18的一端连接有滤网24，储液槽17的一侧外壁连接有第三支架15，第三支架15的顶端设置有高压喷头14，高压喷头14设置在储液槽17的顶端，通过设置有紫外线灯管22和滤网24，在利用高压喷头14对片状复合材料进行清洗时，多余的复合材料进入储液槽16内，并在紫外线灯灯管22的左右下在水中形成固体，工作完成后，通过取出滤网24即可收集多余的固体复合材料，便于二次利用，降低成本支出。
工作原理：使用时，通过利用光固化成型原理形成片状复合材料，并利用含有复合材料的粘合剂对片状复合材料进行组装，相比于普通增材制造，此方法的工作效率更高，同时通过在粘合剂中添加复合材料和光敏材料，在二次光固化的过程中，利于增加相邻两片片状复合材料的连接度和连接位置的材料统一度，提高零件的整体一致性，同时通过设置有酚醛树脂，通过高温烘烤后和按压后酚醛树脂固化，从而在片状复合材料粘结度高的同时也最小化的降低了连接位置的厚度，保障成品质量。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (8)
1.一种复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：复合材料原料混合：按照不同复合材料配比需求配比光敏材料，并将所有复合材料与光敏材料均匀混合，制成复合材料混合液；
S2：片状复合材料制备：利用光固化反应将复合材料混合液制备成片状固体复合材料备用，同时制备用于连接相邻片状复合材料的粘合剂；
S3：片状堆积：将片状固体复合材料按照设计模型进行顺序片状堆积，通过粘合剂连接相邻片状复合材料，使其大致成型；
S4：固化处理：通过固化处理操作强化相邻片状复合材料之间的结合度；
S5：打磨：利用打磨器械对固化处理后的工件进行打磨，制成成品；
所述S2，片状复合材料制备包括以下具体步骤：
S21：粘合剂制备：按照复合材料、光敏材料总重与酚醛树脂重量比为1:1进行配置，通过混合制备呈液体粘合剂备用；
所述S4，固化处理包括以下具体步骤：
S41：按压：通过机器按压堆积好的片状固体复合材料，使其连接处在按压下逐渐变薄；
S42：二次光固化：在按压的同时进行光固化，粘合剂中的复合材料与光敏材料混合物在光固化的作用下逐渐***，且与片状复合材料的材料硬度变为一致；
S43：高热烘烤：在250℃高温下进行高热烘烤，使酚醛树脂固化。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于，所述S2，片状复合材料制备还包括以下具体步骤：
S22：模型设计：在总控台将工件模型拆分为厚度为2mm的片状模型；
S23：光固化成型：按照设计的模型利用光固化将复合材料混合液制备成厚度为2mm的片状固体复合材料；
S24：冲洗：将片状复合材料捞出并通过高压水枪冲洗掉表面附带的液体复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于，所述S2，片状复合材料制备还包括以下具体步骤：
S25：分型排序：按照S22中设计的模型将同形状的片状复合材料进行分型排序；
S26：粘合剂涂抹：在排序后的片状复合材料底面涂抹制备的粘合剂。
4.一种复合材料的叠层增材制造设备，应用于权利要求1所述的一种复合材料的叠层增材制造方法，包括滤网传送带（1）、冲洗机构（2）和光固化机构（3），其特征在于，所述光固化机构（3）包括储备槽（4），所述储备槽（4）的底端内壁连接有第二气缸（12），所述第二气缸（12）的一端连接有滤板（13），所述储备槽（4）的一侧外壁连接有第二支架（9），所述第二支架（9）的一侧内壁连接有气缸（8），所述气缸（8）的一端连接有推板（10），所述滤网传送带（1）设置在冲洗机构（2）的一侧和光固化机构（3）的顶端。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料的叠层增材制造设备，其特征在于，所述推板（10）的底端高于储备槽（4）的顶端外壁，所述储备槽（4）的一侧外壁连接有控制底座（11），所述控制底座（11）的内壁设置有控制芯片，所述控制芯片与总控台相连，所述控制底座（11）的顶端内壁设置有支架（7），所述支架（7）的底端外壁灯盖（6），所述灯盖（6）的内壁设置有紫外线灯（5）。
6.根据权利要求5所述的一种复合材料的叠层增材制造设备，其特征在于，所述紫外线灯（5）包括外支架（25），所述外支架（25）的内壁设置有多个微型紫外线灯（26），且多个微型紫外线灯（26）呈顺序排列，所述控制芯片用于控制多个微型紫外线灯（26）。
7.根据权利要求4所述的一种复合材料的叠层增材制造设备，其特征在于，所述冲洗机构（2）包括储液槽（17），所述储液槽（17）的一侧内壁设置有出水口（20），所述出水口（20）上设置有阀门（19），所述储液槽（17）的两侧内壁设置有透光板（23），两侧所述透光板（23）的外壁设置有侧支撑壳（16），所述侧支撑壳（16）的内壁设置有紫外线灯管（22）。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料的叠层增材制造设备，其特征在于，所述储液槽（17）的顶端外壁设置有多个限位杆（21），多个所述限位杆（21）上连接有绑带（18），所述绑带（18）的一端连接有滤网（24），所述储液槽（17）的一侧外壁连接有第三支架（15），所述第三支架（15）的顶端设置有高压喷头（14），所述高压喷头（14）设置在储液槽（17）的顶端。
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