CN105034361A - 蜂窝夹芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜂窝夹芯及其制备方法，该方法包括：(1)提供3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件所述蜂窝单元的至少部分壁厚在沿所述蜂窝单元的中心向所述蜂窝单元两端的方向上逐渐增加(2)将所述三维蜂窝夹芯模型文件进行打印流程优化，并添加悬臂部分的支撑，然后进行数字化横截面切片，以便得到三维蜂窝夹芯模型切片数据；以及(3)采用3D打印机逐层打印所述三维蜂窝夹芯模型切片数据，以便获得蜂窝夹芯。该方法可以显著提高蜂窝夹芯的生产效率，大幅提升蜂窝夹芯与面板的粘接性能，并且可以制备得到曲面结构的蜂窝夹芯。

Description

蜂窝夹芯及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种蜂窝夹芯及其制备方法。

背景技术

蜂窝夹芯板是目前应用最为成熟的夹芯板，具有轻质高强、隔热隔声、抗压及抗弯性能优异等特点，广泛应用于航空航天、船舶、高速列车、风机叶片、土木工程等领域。其蜂窝夹芯通常分为热固性夹芯和热塑性夹芯。热固性夹芯通常采用胶接拉伸法或波纹压型胶接法制成。而热塑性夹芯通常利用挤出后热融合的方法成型。但现有蜂窝夹芯制造工艺复杂，且蜂窝夹芯通常为平面夹芯，很难满足曲面结构需求。此外，现有蜂窝夹芯一般由相同尺寸的孔格组成，难以适应经过蜂窝结构优化产生的变厚度、变尺寸的结构。

因此，现有的制备蜂窝夹芯的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种蜂窝夹芯及其制备方法，该方法可以显著提高蜂窝夹芯的生产效率，大幅提高夹芯与面板的连接性能，并且可以制备得到曲面结构的蜂窝夹芯。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备蜂窝夹芯的方法，包括：

(1)提供3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件，所述三维蜂窝夹芯模型文件中的蜂窝单元的至少部分壁厚在沿所述蜂窝单元的中心向所述蜂窝单元两端的方向上逐渐增加；

(2)将所述三维蜂窝夹芯模型文件进行打印流程优化，并添加悬臂部分的支撑，然后进行数字化横截面切片，以便得到三维蜂窝夹芯模型切片数据；以及

(3)采用3D打印机逐层打印所述三维蜂窝夹芯模型切片数据，以便获得蜂窝夹芯。

根据本发明实施例的制备蜂窝夹芯的方法通过采用3D打印技术可以快速制备得到蜂窝夹芯，并且加工精度高，材料浪费少，从而可以显著降低蜂窝夹芯的生产成本，同时该方法可以制备得到含有不同厚度和不同形状的孔格的蜂窝夹芯，并且所得蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加，从而可以增加蜂窝夹芯与面板的接触面积，其次该方法可以制备得到具有曲面结构的蜂窝夹芯，从而满足非线性曲面结构的要求，另外，采用该方法所得蜂窝夹芯具有优异抗弯和抗压性能。

另外，根据本发明上述实施例的制备蜂窝夹芯的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述蜂窝夹芯是采用挤出堆积成型、三维粉末粘结成型、选择性激光烧结成型、熔融沉积成型、数字光处理成型或立体光固化成型得到的。由此，可以显著提高蜂窝夹芯的生产效率。

在本发明的一些实施例中，所述蜂窝夹芯具有多个孔格。

在本发明的一些实施例中，所述孔格的截面呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，多个所述孔格的尺寸、壁厚相同或不同。

在本发明的一些实施例中，所述蜂窝夹芯呈平面结构或曲面结构。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种蜂窝夹芯。根据本发明的实施例，所述蜂窝夹芯包括多个蜂窝单元，所述蜂窝单元的至少部分壁厚在沿所述蜂窝单元的中心向所述蜂窝单元两端的方向上逐渐增加。

根据本发明实施例的蜂窝夹芯中含有不同厚度和不同形状的孔格，并且所得蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加，从而可以增加蜂窝夹芯与面板的接触面积，并且该蜂窝夹芯可以为平面或曲面结构，从而满足非线性曲面结构的要求，另外，该蜂窝夹芯具有优异抗弯和抗压性能。

另外，根据本发明上述实施例的蜂窝夹芯还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述蜂窝夹芯具有多个孔格，并且所述孔格的截面呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，多个所述孔格的尺寸、壁厚相同或不同。

在本发明的一些实施例中，所述蜂窝夹芯呈平面结构或曲面结构。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的制备蜂窝夹芯的方法流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的制备蜂窝夹芯的方法中的3D打印制备蜂窝夹芯的打印实例：

a.逐层打印、分层叠加3D打印过程；b.打印完成的蜂窝夹芯；c.蜂窝夹芯三维图；

1.3D打印喷头；2.蜂窝夹芯；3.打印悬空部分产生的支撑；

图3是根据本发明一个实施例的蜂窝夹芯的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备蜂窝夹芯的方法。下面参考图1-3对本发明实施例的制备蜂窝夹芯的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：提供3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件

根据本发明的实施例，提供3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件，并且三维蜂窝夹芯模型文件中的蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加。如图3所示，蜂窝单元10为组成蜂窝夹芯的基本单元。需要说明的是，“蜂窝单元的中心”可以理解为蜂窝单元的中轴线的中心，“蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加”即靠近蜂窝单元的中心处壁厚较薄，而沿着远离蜂窝单元中心的方向上的壁厚逐渐变厚。根据本发明的具体实施例，可以采用计算机辅助软件完成三维蜂窝夹芯建模，根据本发明的具体示例，所采用的计算机辅助软件可以为AutoCAD、Rhinoceros、3DSMAX和Sketchup的其中一种，也可以利用结构有限元分析软件通过优化设计得到三维蜂窝夹芯模型文件，然后将所得到的三维蜂窝夹芯模型文件转换为成3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件。其中，所得三维蜂窝夹芯模型可以为由封闭的面构成的三维实体模型。

S200：将三维蜂窝夹芯模型文件进行打印流程优化，并添加悬臂部分的支撑，然后进行数字化横截面切片

根据本发明的实施例，在得到3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件之后，将得到的3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件进行打印流程优化，并添加悬臂部分的支撑，然后进行数字化横截面切片，从而可以得到三维蜂窝夹芯模型切片数据。具体的，为了连续流畅的打印每一层，采用3D打印机配套软件对三维蜂窝夹芯模型文件首先进行打印流程优化，包括打印路径的优化，较大倾角悬臂部分支撑位置的选择，较小倾角的悬臂部分的无支撑打印，同时对悬臂部分手动或者自动添加支撑，然后进行数字化横截面切片，生成高效、连续、流畅的打印路径。

S300：采用3D打印机逐层打印三维蜂窝夹芯模型切片数据

根据本发明的实施例，将上述得到的三维蜂窝夹芯模型切片数据按顺序传输至3D打印机，采用3D打印机逐层打印三维蜂窝夹芯模型切片数据，待打印完成后，拆除悬臂部分的支撑，从而可以获得蜂窝夹芯。该步骤中，具体的打印实例如图2所示。发明人发现，基于3D打印技术分层打印、逐层叠加的原理，采用3D打印技术可以快速制备得到蜂窝夹芯，并且加工精度高，材料浪费少，从而可以显著降低蜂窝夹芯的生产成本，同时采用该方法可以根据需要制备得到含有不同厚度和不同形状的孔格的蜂窝夹芯，并且所得蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加，从而可以增加蜂窝夹芯与面板的接触面积，其次该方法可以制备得到具有曲面结构的蜂窝夹芯，从而满足非线性曲面结构的要求，另外，采用该方法所得蜂窝夹芯具有优异抗弯和抗压性能。

根据本发明的实施例，采用3D打印机逐层打印过程中，蜂窝夹芯的成型方式并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个实施例，蜂窝夹芯可以采用挤出堆积成型、三维粉末粘结成型、选择性激光烧结成型、熔融沉积成型、数字光处理成型或立体光固化成型方式得到。具体的，将上述得到的三维蜂窝夹芯模型切片数据按照顺序依次传输到3D打印机，采用3D打印机逐层打印S200所得到的切片数据，即可得到蜂窝夹芯。

根据本发明的实施例，蜂窝夹芯可以具有多个孔格，并且每一个孔格上下贯通，根据本发明的具体实施例，孔格的截面可以呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种，即孔格的平面投影可以为圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形或三角形。由此，可以根据实际需要对蜂窝夹芯进行自由设计，从而满足不同承力的需求。根据本发明的实施例，多个孔格的尺寸、壁厚可以相同或不同。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，如果蜂窝夹芯上某个位置需要承受较大的压力，则可以将该位置的孔格尺寸做的小一些或壁厚制备的厚一些，由此，可以通过灵活的调节孔格的边长和壁厚来提高孔格的分布密度，进而进一步提高蜂窝夹芯的承载能力。根据本发明的实施例，沿着远离蜂窝单元的中心的方向上，蜂窝单元的壁厚逐渐增加。由此，通过增加靠近蜂窝单元两端的壁厚，增加了与面板的接触面积，从而提高了与面板的粘接性能，减少了应力集中和界面脱胶的风险，进而提高蜂窝夹芯板的整体承载能力。

根据本发明的实施例，蜂窝夹芯可以呈平面结构或曲面结构。由此，可以满足非线性曲面结构的要求，并实现复杂曲面结构的快速、高效、经济地成型。

根据本发明实施例的制备蜂窝夹芯的方法通过采用3D打印技术可以快速制备得到蜂窝夹芯，并且加工精度高，材料浪费少，从而可以显著降低蜂窝夹芯的生产成本，同时该方法可以制备得到含有不同厚度和不同形状的孔格的蜂窝夹芯，并且所得蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加，从而可以增加蜂窝夹芯与面板的接触面积，其次该方法所得蜂窝夹芯具有优异抗弯和抗压性能。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种蜂窝夹芯。根据本发明的实施例，如图3所示，蜂窝夹芯包括多个蜂窝单元10，并且蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加。需要说明的是，“蜂窝单元的中心”可以理解为蜂窝单元的中轴线的中心，“蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加”即靠近蜂窝单元的中心处壁厚较薄，而沿着远离蜂窝单元中心的方向上的壁厚逐渐变厚。根据本发明的具体实施例，该蜂窝夹芯是采用上述所述的制备蜂窝夹芯的方法制备得到的。由此，蜂窝夹芯中含有不同厚度和不同形状的孔格，并且所得蜂窝单元的至少部分壁厚在沿蜂窝单元的中心向蜂窝单元两端的方向上逐渐增加，从而可以增加蜂窝夹芯与面板的接触面积，并且该蜂窝夹芯可以为平面或曲面结构，从而满足非线性曲面结构的要求，另外，该蜂窝夹芯具有优异抗弯和抗压性能。需要说明的是，上述针对制备蜂窝夹芯的方法所描述的特征和优点同样适用于该蜂窝夹芯，此处不再赘述。

根据本发明的实施例，蜂窝夹芯可以具有多个孔格11，并且每一个孔格上下贯通，根据本发明的具体实施例，孔格的截面可以呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种，即孔格的平面投影可以为圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形或三角形。由此，可以根据实际需要对蜂窝夹芯进行自由设计，从而满足不同承力的需求。根据本发明的实施例，多个孔格的尺寸、壁厚可以相同或不同。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，如果蜂窝夹芯上某个位置需要承受较大的压力，则可以将该位置的孔格尺寸做的小一些或壁厚制备的厚一些，由此，可以通过灵活的调节孔格的边长和壁厚来提高孔格的分布密度，进而进一步提高蜂窝夹芯的承载能力。根据本发明的实施例，沿着远离蜂窝单元的中心的方向上，蜂窝单元的壁厚逐渐增加。由此，通过增加靠近蜂窝单元两段的壁厚，增加了与面板的接触面积，从而提高了与面板的粘接性能，减少了应力集中和界面脱胶的风险，进而提高蜂窝夹芯板的整体承载能力。

根据本发明的实施例，蜂窝夹芯可以呈平面结构或曲面结构。由此，可以满足非线性曲面结构的要求，并实现复杂曲面结构的快速、高效、经济地成型。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备蜂窝夹芯的方法，其特征在于，包括：

(1)提供3D打印机可识别的STL格式的三维蜂窝夹芯模型文件，所述三维蜂窝夹芯模型文件中的蜂窝单元的至少部分壁厚在沿所述蜂窝单元的中心向所述蜂窝单元两端的方向上逐渐增加；

(2)将所述三维蜂窝夹芯模型文件进行打印流程优化，并添加悬臂部分的支撑，然后进行数字化横截面切片，以便得到三维蜂窝夹芯模型切片数据；以及

(3)采用3D打印机逐层打印所述三维蜂窝夹芯模型切片数据，以便获得蜂窝夹芯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述蜂窝夹芯是采用挤出堆积成型、三维粉末粘结成型、选择性激光烧结成型、熔融沉积成型、数字光处理成型或立体光固化成型得到的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蜂窝夹芯具有多个孔格。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述孔格的截面呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多个所述孔格的尺寸、壁厚相同或不同。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蜂窝夹芯呈平面结构或曲面结构。

7.一种蜂窝夹芯，其特征在于，所述蜂窝夹芯包括多个蜂窝单元，所述蜂窝单元的至少部分壁厚在沿所述蜂窝单元的中心向所述蜂窝单元两端的方向上逐渐增加。

8.根据权利要求7所述的蜂窝夹芯，其特征在于，所述蜂窝夹芯具有多个孔格，并且所述孔格的截面呈圆形、椭圆形、六边形、菱形、矩形和三角形中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的蜂窝夹芯，其特征在于，多个所述孔格的尺寸、壁厚相同或不同。

10.根据权利要求7所述的蜂窝夹芯，其特征在于，所述蜂窝夹芯呈平面结构或曲面结构。