CN106980737A - 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法 - Google Patents

一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106980737A
CN106980737A CN201710236473.5A CN201710236473A CN106980737A CN 106980737 A CN106980737 A CN 106980737A CN 201710236473 A CN201710236473 A CN 201710236473A CN 106980737 A CN106980737 A CN 106980737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
continuous fiber
fiber reinforced
composite materials
reinforced composite
light structures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710236473.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106980737B (zh
Inventor
田小永
侯章浩
李涤尘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Collaborative Innovation High Tech Development Co ltd
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201710236473.5A priority Critical patent/CN106980737B/zh
Publication of CN106980737A publication Critical patent/CN106980737A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106980737B publication Critical patent/CN106980737B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)

Abstract

一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，利用连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓‑内部芯材搭接和内部芯材复杂形状十字搭接方法，获得一体化连续纤维增强复合材料轻质结构；利用连续纤维增材复合材料3D打印工艺，采用连续路径策略，实现高性能连续纤维增强复合材料轻质结构的快速、低成本一体化制造。

Description

一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法
技术领域
本发明涉及连续纤维增强复合材料轻质结构技术领域，具体涉及一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法。
背景技术
连续纤维增强复合材料轻质结构利用不同材料和结构的优点，实现整个制件的性能最佳，具有高比强度、高比模量、可设计性强和功能性(如吸波和隔热)等优点，被广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。传统连续纤维增强复合材料轻质结构的制造工艺主要包括三个步骤，首先是通过沉积法、浸渍法等工艺制备预浸料，然后通过铺放成形、拉挤成形、缠绕成形等制造简单形状复合材料制件，最后通过机加工、装配、胶结等工艺制备出连续纤维增强复合材料轻质结构。传统连续纤维增强复合材料轻质结构的成形工艺存在以下缺点：制造工艺复杂，需要二次加工，生产周期长；成形大多需要模具，成本较高；需要胶结或装配等工序，制件的复杂度有限，大大限制了复合材料轻质结构的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，实现了快速、低成本一体化制造。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，包括以下操作步骤：
1)利用计算机辅助设计(CAD)软件，建立三维连续纤维增强复合材料轻质结构的宏观外轮廓模型；
2)利用切片处理软件，对宏观外轮廓模型进行切片处理，获得切片轮廓数据信息；
3)将切片轮廓数据信息导入计算机辅助设计(CAD)软件中，根据连续纤维增强复合材料轻质结构的使用性能要求，采用连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓-内部芯材搭接和内部芯材复杂形状十字搭接方法设计连续纤维增强复合材料轻质结构的内部芯材结构模型，结合内部芯材结构模型和宏观外轮廓模型，获得一体化连续纤维增强复合材料轻质结构，然后，将该结构节点信息导出；
4)对节点信息进行处理，采用首尾顺序遍历方法，对节点进行排序，以获得连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径；
5)根据连续纤维增强复合材料3D打印工艺的要求，处理连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径，计算工艺参数，获得连续纤维增强复合材料3D打印装备匹配的数据文件；
6)将连续纤维增强复合材料3D打印装备匹配的数据文件导入连续纤维增强复合材料3D打印系统，以连续纤维作为复合材料的增强体，可熔材料作为基体，采用连续纤维增强复合材料3D打印的方法制备一体成形的连续纤维增强复合材料轻质结构。
所述的步骤1)中计算机辅助设计(CAD)软件为Autodesk Inventor、SolidWorks、CATIA、中望3D、Pro/E、AutoCAD、UG NX、SolidEdge或Onespace。
所述的步骤2)中切片处理软件为Magics、Cura、XBuilder、Maker Bot、Slic3r或Simplify3D。
所述的连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维或聚对苯撑苯并双噁唑纤维。
所述的步骤6)中可熔材料为热塑性树脂或低熔点合金。
本发明的优点：与现有技术相比，本发明将连续纤维增强复合材料3D打印工艺引入轻质结构研发领域，为连续纤维增强复合材料轻质结构提供了一套完整的制造方法，能够根据连续纤维增强复合材料轻质结构的性能要求布置芯材结构，采用连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓-内部芯材搭接和内部芯材复杂形状十字搭接设计与制造方法，解决传统制造方法带来的面板-芯材剥离失效的问题，该方法具有良好的适用性，能够实现高性能连续纤维增强复合材料轻质结构的快速、低成本一体化制造。
附图说明
图1是实施例搭接方法的示意图。
图2是实施例一体化连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构示意图。
图3是实施例连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构样件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例采用连续纤维增强复合材料3D打印装备，UG NX为建模软件，以连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构为例。
一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，包括以下操作步骤：
1)利用UG NX软件，建立三维连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构的宏观外轮廓模型，导出宏观外轮廓模型的STL文件；
2)将得到的宏观外轮廓模型的STL文件导入切片处理软件Magics中，对连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构的宏观外轮廓模型进行切片处理，获得切片轮廓数据信息，将其保存为SLC文件格式输出；
3)将SLC文件中保存的切片轮廓信息导入AutoCAD软件中，根据连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构的抗冲击性能要求，采用连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓-内部芯材搭接和内部芯材复杂形状十字搭接方法设计样条波纹构型的内部芯材结构模型，参照图1，结合内部芯材结构模型和宏观外轮廓模型，获得连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓-内部芯材一体化的连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构，参照图2，该结构节点信息导出为TXT文件格式；
4)对节点信息进行处理，采用首尾顺序遍历方法，利用Visual Studio软件编程对结构节点信息排序，获得连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径；
5)根据连续纤维增强复合材料3D打印工艺的要求，处理连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径，根据移动距离，计算进丝量，连续纤维增强复合材料3D打印成形中送丝量L1根据送进丝材体积等于挤出成形体积计算，L1＝4·L2·K·H/(π·D2)，其中L2为打印距离，K为打印线宽，H为打印层厚，D为丝材直径，将获得的打印工艺参数保存为Gcode文件格式；
6)将包含连续路径的Gcode文件导入连续纤维增强复合材料3D打印系统，以连续芳纶纤维作为复合材料的增强体，聚乳酸作为基体，采用连续纤维增强复合材料3D打印的方法制备一体成形的连续纤维增强复合材料轻质曲形夹层结构，参照图3。

Claims (5)

1.一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
1)利用计算机辅助设计(CAD)软件，建立三维连续纤维增强复合材料轻质结构的宏观外轮廓模型；
2)利用切片处理软件，对宏观外轮廓模型进行切片处理，获得切片轮廓数据信息；
3)将切片轮廓数据信息导入计算机辅助设计(CAD)软件中，根据连续纤维增强复合材料轻质结构的使用性能要求，采用连续纤维增强复合材料轻质结构轮廓-内部芯材搭接和内部芯材复杂形状十字搭接方法设计连续纤维增强复合材料轻质结构的内部芯材结构模型，结合内部芯材结构模型和宏观外轮廓模型，获得一体化连续纤维增强复合材料轻质结构，然后，将该结构节点信息导出；
4)对节点信息进行处理，采用首尾顺序遍历方法，对节点进行排序，获得连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径；
5)根据连续纤维增强复合材料3D打印工艺的要求，处理连续纤维增强复合材料轻质结构的连续路径，计算工艺参数，获得连续纤维增强复合材料3D打印装备匹配的数据文件；
6)将连续纤维增强复合材料3D打印装备匹配的数据文件导入连续纤维增强复合材料3D打印系统，以连续纤维作为复合材料的增强体，可熔材料作为基体，采用连续纤维增强复合材料3D打印的方法制备一体成形的连续纤维增强复合材料轻质结构。
2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤1)中计算机辅助设计(CAD)软件为Autodesk Inventor、SolidWorks、CATIA、中望3D、Pro/E、AutoCAD、UG NX、SolidEdge或Onespace。
3.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中切片处理软件为Magics、Cura、XBuilder、MakerBot、Slic3r或Simplify3D。
4.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，其特征在于：所述的连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维或聚对苯撑苯并双噁唑纤维。
5.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤6)中可熔材料为热塑性树脂或低熔点合金。
CN201710236473.5A 2017-04-12 2017-04-12 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法 Active CN106980737B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710236473.5A CN106980737B (zh) 2017-04-12 2017-04-12 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710236473.5A CN106980737B (zh) 2017-04-12 2017-04-12 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106980737A true CN106980737A (zh) 2017-07-25
CN106980737B CN106980737B (zh) 2020-04-10

Family

ID=59345929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710236473.5A Active CN106980737B (zh) 2017-04-12 2017-04-12 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106980737B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108891024A (zh) * 2018-07-19 2018-11-27 航天特种材料及工艺技术研究所 适合连续纤维3ｄ打印的空间结构和打印方法
CN109177148A (zh) * 2018-06-26 2019-01-11 浙江理工大学 一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法
CN112706401A (zh) * 2020-12-07 2021-04-27 上海航天设备制造总厂有限公司 弱各向异性连续纤维增强聚合物复合材料及增材制造方法
CN113787717A (zh) * 2021-08-16 2021-12-14 西安交通大学 连续纤维增强复合材料多层级轻质结构、设计及制造方法
CN114248519A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 中国舰船研究设计中心 一种基于3d打印的层板结构隐身材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7066532B2 (en) * 2002-11-12 2006-06-27 Lear Corporation Ultrathin structural panel with rigid insert
CN104385613A (zh) * 2014-07-28 2015-03-04 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 连续长纤维增强复合材料的快速成型系统及方法
CN105150625A (zh) * 2015-09-09 2015-12-16 西安理工大学 一种轻质复合点阵夹芯板及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7066532B2 (en) * 2002-11-12 2006-06-27 Lear Corporation Ultrathin structural panel with rigid insert
CN104385613A (zh) * 2014-07-28 2015-03-04 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 连续长纤维增强复合材料的快速成型系统及方法
CN105150625A (zh) * 2015-09-09 2015-12-16 西安理工大学 一种轻质复合点阵夹芯板及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109177148A (zh) * 2018-06-26 2019-01-11 浙江理工大学 一种纤维增强夹层结构复合材料的成型方法
CN108891024A (zh) * 2018-07-19 2018-11-27 航天特种材料及工艺技术研究所 适合连续纤维3ｄ打印的空间结构和打印方法
CN108891024B (zh) * 2018-07-19 2020-07-10 航天特种材料及工艺技术研究所 适合连续纤维3d打印的空间结构和打印方法
CN112706401A (zh) * 2020-12-07 2021-04-27 上海航天设备制造总厂有限公司 弱各向异性连续纤维增强聚合物复合材料及增材制造方法
CN112706401B (zh) * 2020-12-07 2022-06-28 上海航天设备制造总厂有限公司 弱各向异性连续纤维增强聚合物复合材料及增材制造方法
CN113787717A (zh) * 2021-08-16 2021-12-14 西安交通大学 连续纤维增强复合材料多层级轻质结构、设计及制造方法
CN114248519A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 中国舰船研究设计中心 一种基于3d打印的层板结构隐身材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106980737B (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106980737A (zh) 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法
EP3231592B1 (en) Method for manufacturing a part from composite material
EP2418072B1 (en) A method of manufacturing an elongated composite structure
CN101767646B (zh) 复合翼梁
CN105383072B (zh) 一种碳纤维/高韧性环氧复合材料网格筋条成型方法
CN105216345B (zh) Rtm整体成型纵横加筋结构口盖及其制造方法
CN103318203B (zh) 带有仿机翼的空气动力悬浮列车的轻质复合材料车厢结构
CN103407171B (zh) 一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法
CN104358708A (zh) 碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片及成型方法
CN110439630A (zh) 一种变厚度复合材料静子叶片及其成型方法
US8597771B2 (en) Aircraft fuselage frame in composite material with stabilized web
BRPI0721604B1 (pt) Método para a fabricação de uma estrutura de caixa de torção de multilongarinas integradas de material compósito para aeronave
CN106273542B (zh) 复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法
CN101758923B (zh) 一种复合材料盒形肋及其制作方法
CN106828967A (zh) 全高度泡沫结构多旋翼无人机制造方法
CN111590917B (zh) 一种变截面r角空隙碳捻丝的填充方法
CN106827587A (zh) Hsm工艺在机翼成型中的应用及其机翼的成型方法
CN103465480B (zh) 一种树脂基复合材料增强肋的成型方法
CN105799185A (zh) 一种耐高温聚酰亚胺复合材料薄壁螺旋天线支撑介质管的成型方法
CN108749022A (zh) 一种赋型复合材料天线反射器的铺贴方法
CN105189093A (zh) 多组件复合材料结构体
RO132984A1 (ro) Structuri de aripi cu elemente sinusoidale
CN102529111B (zh) 一体式自行车前叉制造方法及一体式自行车前叉
US11319052B2 (en) Leading-edge arrangement for a flow body of a vehicle
CN114889233B (zh) 一种轻型翼肋及其成型方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211103

Address after: 518118 No. 304, plant 3, Huahan science and Technology Industrial Park, No. 19, LanJin 4th Road, Heping community, Pingshan street, Pingshan District, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: Shenzhen collaborative innovation high tech Development Co.,Ltd.

Address before: Beilin District Xianning West Road 710049, Shaanxi city of Xi'an province No. 28

Patentee before: XI'AN JIAOTONG University

TR01 Transfer of patent right