CN112549541A - 一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法及装置，所述方法步骤如下：用制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料低温固化形成轮廓带；以进给辊进行丝材的精确输送；使用高精度轮廓喷头挤出绝热材料至丝材的铺设起始位置并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；从所述固化点开始转动进给辊铺设丝材与使用所述制造头的高效率填充喷头挤出含能材料同时进行，并随着含能材料的铺设对其进行低温固化；使用高精度轮廓喷头挤出绝热材料至丝材铺设末端位置并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；丝材的精确剪断；重复上述步骤直至零件加工完毕。此外还包括一种含丝材多功能材料的安全复合制造装置。

Description

一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法及装置

技术领域

本发明涉及一种多功能材料的制造方法和装置，更具体地涉及一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法及装置。

背景技术

内嵌电极多功能材料通常由电极材料、含能材料、粘合剂材料等制成，是制造航空航天、国防军工等领域的重要装备的基础，例如火箭发动机、导弹等装备的发动机、战斗部等制造领域。内嵌电极多功能材料制造技术是其中的关键，对安全性、效率、制造精度等要求很高。目前，内嵌电极多功能材料的制造通常基于手工，涉及大量的人工操作，在安全性、效率、精确性等方面存在严重不足。

当前，为了实现含能材料的自动高效加工，研究人员提出了含能材料加工技术，例如授权公告号为CN110283028,申请日为2019年6月28日，发明名称为“一种高固相含量高致密含能药柱的原材料直接制造方法”的中国发明专利。但是，因为上述技术基于含能粉末材料，无法用于内嵌电极多功能材料的制造。针对丝线材料的3D打印，研究人员提出了连续纤维复合材料的3D打印方法，例如公开号为CN106493946A，申请日为2016年11月15日，发明名称为“一种是用于连续纤维增强复合材料增材制造的喷头”的中国专利申请；公开号为CN106515041A,申请日为2016年11月10日，发明名称为“一种长纤维热塑性复合材料构件的三维打印成型方法”的中国专利申请；授权公告号为CN107127972B，申请日为2017年7月5日，发明名称为“连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机”的中国发明专利。然而，首先，该类技术通常采用例如碳纤维或纱线这样的纤维材料和热塑性塑料基体这两种材料为原料，用于制造结构类承力构件，不涉及两种以上内嵌电极材料，含能材料等多功能材料的制造；其次，该类技术通常采用柔软的非金属纤维作为原材料，不能对加工中的丝材形状和位置进行精确控制，所加工构件的尺寸精度较差(通常为1mm量级)；另外，该类技术在制造过程中需要对热塑性基体的加热熔化以及加热固化，需要加热到150℃以上的高温，该温度对于含能材料的制造造成很大的安全风险。因此，上述技术仍然不能实现对含丝材多功能材料的安全高效自动制造。

因此，本领域存在着对安全、高效、高精度地制造含丝材多功能材料的复合制造方法及装置的迫切需要。

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含丝材多功能材料的安全复合制造方法，可在无模具条件下，实现内嵌电极的多功能构件的安全高效制造。

根据本发明的一个实施方式提供了一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法，包括以下步骤：绝热材料轮廓的高精度制造，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并对绝热材料进行低温固化形成轮廓带；丝材的精确输送，转动进给辊输出丝材至所述轮廓带；绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材的铺设起始位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；丝材的精确排布与含能材料的低温固化，从所述固化点开始转动所述进给辊铺设丝材与使用所述制造头的高效率填充喷头挤出含能材料同时进行，并随着含能材料的铺设对其进行低温固化；绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材铺设末端位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；丝材的精确剪断，将铺设好的丝材末端剪断；以及重复上述步骤直至零件加工完毕。

可选地，在另一个实施方式中，所述低温固化为使用能量源进行的光固化。

可选地，在另一个实施方式中，所述低温固化为使用两种组分材料进行的化学固化。

可选地，在另一个实施方式中，对材料进行低温固化时通过温度传感器监测其固化温度。

可选地，在另一个实施方式中，所述丝材的精确输送步骤还包括使用矫正辊对丝材进行反变形矫正，使用修正管对丝材进行校直，和丝材张紧控制。

根据本发明的另一个实施方式提供了一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：绝热材料轮廓的高精度制造，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并对绝热材料进行低温固化形成轮廓带；丝材的精确输送，转动进给辊输出丝材至所述轮廓带；绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材的铺设起始位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；丝材的精确排布，从所述固化点开始转动所述进给辊铺设丝材；绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材铺设末端位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；填充含能材料与含能材料的低温固化，使用所述制造头的高效率填充喷头挤出含能材料至所述轮廓带内的区域，并随着含能材料的铺设对其进行低温固化。

可选地，在另一个实施方式中，所述低温固化为使用能量源进行的光固化。

可选地，在另一个实施方式中，所述低温固化为使用两种组分材料进行的化学固化。

可选地，在另一个实施方式中，对材料进行低温固化时通过温度传感器监测其固化温度。

根据本发明的另一个实施方式提供了一种含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，该装置包括：进给辊，其用于进给丝材；制造头，其包括用于挤出绝热材料的高精度轮廓喷头和用于挤出含能材料的高效率填充喷头；能量源，其用于对所述高精度轮廓喷头挤出的绝热材料进行光固化；和温度传感器，其用于监控所述绝热材料和/或含能材料的固化温度。

可选地，在另一个实施方式中，该装置还包括：矫正辊，其设置在所述进给辊后方，并被布置成将所述进给辊所进给的丝材以相反曲率弯曲，以使得丝材平直地送出。

可选地，在另一个实施方式中，该装置还包括：修正管，其设置在所述进给辊后方，并被布置成让所述进给辊所进给的丝材穿过其中而送出，以修正所提供丝材的局部小弯曲，所述修正管具有与丝材直径接近的空心内直径。

可选地，在另一个实施方式中，所述装置还包括：剪切工具，其设置在所述进给辊后方，用于剪切丝材，所述剪切工具包括具有让丝材穿过的通孔的剪切盘，和可枢转地固定在所述剪切盘上的弧形刀片。

可选地，在另一个实施方式中，所述装置还包括：辅助修正管，其设置在所述剪切装置后方，以进一步张紧丝材以及让丝材更平直地送出。

可选地，在另一个实施方式中，所述丝材为电极材料。

根据本发明的另一个实施方式提供了一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法，包括以下步骤。

a)绝热材料轮廓的高效高精度制造

制造头包括高精度轮廓喷头和高效率填充喷头，为了保证尺寸的高精度性的同时提高加工效率，采用双喷头打印的方式：高精度轮廓喷头(含有绝热材料)负责对整体轮廓的打印，保证轮廓尺寸的精确度；高效率填充喷头(含有含能材料)，用来填充轮廓内部，精度相对偏低，但速度更快来提高打印效率。制造头中的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并将其低温固化，制造出一层的轮廓。

b)电极的精确输送

制造头中进给辊转动将丝材送到指定位置。为了保证输送环节时电极的形状和定位精度，本发明采取如下措施：①反变形矫正：在丝盘之后接上一个矫正辊让丝材以相反的曲率弯曲，保证送出丝材的平直度。②直管校直：让丝材通过一根长直的修正管，空心直径接近于丝材的直径，采用不会磨损丝材表面的低摩擦系数材料(如聚四氟乙烯)做成修正管，修正丝材的局部小弯曲。③张紧力控制：在打印过程中保证丝材有张紧力，这样可以保证丝材有一定的平直度。开始打印后固化材料于一点，随后配合整体机构的平移和进给辊的转动，将丝材张紧。

c)绝热材料的低温固化

绝热材料通过制造头中的高精度喷头精确挤出后，使用能量源完成低温固化(具体实施：紫外LED灯、紫外激光器、化学反应等)，将所输送的电极固定。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

d)丝材的精确排布与含能材料的低温固化

丝材与制造头中的含能材料同步挤出，在固化点复合，含能材料在低温能量作用下实现低温固化，同时将丝材嵌入其中。其中，含能材料包括含能成分、粘合剂等。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器实时检测固化温度以保证安全。

e)绝热材料的低温固化：制造到一行的末端，制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并将其低温固化。

f)电极的精确剪断：剪切工具在一行的末端剪断丝材完成一行的打印。

为了保障剪断操作时电极的形状和定位精度，本发明的一个可选的实施方式采取如下措施。如果剪断时剪力不是各向相等的话，会存在剪出来的丝材剪口不齐和发生弯曲的情况。这里提供的剪切工具参考图3所示的剪切工具结构图，解决丝材剪口不齐的问题。丝材40通过剪切盘32的通孔,剪切盘32的通孔内圈是刀刃用于切割电极丝，剪切工具30绕轴转动配合剪切盘32将丝材40剪断。剪切盘32的通孔內缘和剪切工具30的刀刃可设置为圆形的，这样在剪断电极丝的时候可以保证剪断力的均匀性。

g)循环往复完成一层的打印。

h)循环上述步骤直至零件加工完毕。

本发明的实施方式至少产生以下有益效果。本发明的实施方式所提供的方法和装置实现了内嵌电极多功能材料(包括含能材料、电极导线、绝热材料、绝缘材料)的高精度安全复合制造。同时发明了电极喷头、含能材料喷头、绝热材料喷头合理结合的多材料打印喷头。通过安装多能够储存多种材料的挤出头，如压电喷头、螺杆喷头等，结合预包裹了绝缘材料的电极导线，实现电控含能材料增材制造成型。材料喷头和电极喷头同时送料，实现了复合成形制造。本发明的实施方式所提供的方法和装置采用高精度的轮廓喷头和高效率的填充喷头组合的双喷头制造。制造轮廓使用高精度喷头可以提高制造零件的外形尺寸精度，降低表面粗糙度；制造零件内部时使用高效率填充喷头，缩短了制造时间。两者结合在提高了加工精度的同时也提高了加工效率。本发明发法的实施方式所提供的方法和装置也实现了含能材料的安全制造。采用低温固化技术(光固化和化学固化)保证制造时温度在70℃以下，同时设有温度控制系统，保证加工温度在安全限度以下,实现了含能材料的安全制造。此外，本发明的实施方式所提供的方法和装置实现了电极丝的精准输送与控制，克服了以往无法精确控制丝材的难点，采用反变形矫正、直管矫正以及张紧力控制解决了因电极丝不直而导致的加工误差大和安全系数低的问题，让电极丝材在加工过程中准确稳定的输送到预定位置。本发明解决了制造内嵌电极多功能材料只能采用手工加工方法的问题，大大提高了在生产过程中的安全性、加工效率以及精确性等方面的水平。

通过参考附图和以下说明，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点将是明显的。包括在本说明书中的所有的另外的这种系统、方法、特征和优点都在本发明的范围内，且由所附权利要求保护。

附图说明

通过参考附图可更好地理解本发明。图中的构件不应视作按比例绘制，重点应放在示出本发明的原理上。

图1为根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的示意图。

图2为根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法的流程图。

图3为根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的剪切工具的示意图。

图4为根据本发明的一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程的示意图。

图5为根据本发明的另一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

下面，结合附图对根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置进行详细说明。图1示出了根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的示意图。图3为根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的剪切工具的示意图。图4为应用本发明的一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程中的示意图。图5为根据本发明的另一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程中的示意图。

如图1所示，根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置包括进给辊10，其用于进给丝材40；制造头20，其包括用于挤出绝热材料的高精度轮廓喷头22和用于挤出含能材料的高效率填充喷头24；能量源26，其用于对高精度轮廓喷头22挤出的绝热材料进行光固化；和温度传感器28，其用于监控所述绝热材料和/或含能材料的固化温度，以保证温度处于安全范围内。在该实施方式中，丝材40为电极材料，然而本发明不限于此，在其它实施方式中，根据需要丝材还可以是其它任何合适的材料。另外，在其它实施方式中，根据需要，由高精度轮廓喷头22挤出的材料还可以是绝缘材料或者绝缘且绝热材料等。

以下参考附图对根据本发明的上述实施方式的装置及其工作流程进行更详细的说明。

继续参考图1以及图4-5，在本实施方式中，含丝材多功能材料制造头20为了保证尺寸的高精度性的同时提高加工效率，制造头20采用双喷头：一个高精度轮廓喷头22，容纳并提供绝热材料，负责对整体轮廓(参见图4中的轮廓带50)的打印，保证轮廓尺寸的精确度；一个高效率填充喷头24，容纳并提供含能材料，用来填充轮廓内部(参见图4中的待填充区域54和图5中的填充后区域56)，精度相对偏低，但输出材料的速度更快来提高打印效率。在制造过程中，通过制造头20中的高精度轮廓喷头22挤出绝热材料并使用能量源26固化，制造出一层的轮廓。本领域技术人员应理解，根据本发明的实施方式的制造头不限于上述形式，在另外的实施方式中，还可以根据需要使用其它形式的制造头，例如单喷头或者三喷头等，以用于挤出单种材料或者两种以上的材料。

仍参考图1以及图4-5，在该实施方式中，在制造头20的高精度轮廓喷头22挤出绝热材料后，使用能量源26将挤出的绝热材料低温固化形成轮廓带50。该轮廓带50内形成中空的待填充区域54。在固化的过程中，使用温度传感器28来实时监测材料处理过程中的温度，保证处于含能材料加工的安全温度范围内，在该实施方式中，该安全温度设置为约70℃以下。在其它实施方式中，根据实际需要，安全温度可以设定为其它适合的温度。在该实施方式中，该能量源26可以选自紫外LED灯、紫外激光器等可发出紫外光来对绝热材料进行光固化的装置。在其它实施方式中，也可不使用能量源26，而通过提供两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的方法来固化形成所述轮廓带50。该化学固化也可保证固化温度在材料的安全温度范围内。

参见图1以及图4，在该实施方式中，在绝热材料的轮廓带50固化形成后，进给辊10开始转动以提供丝材40铺设至轮廓带50上。接着，使用能量源26在丝材40与轮廓带50接触的起始处，低温固化丝材40附近的绝热材料，从而将丝材40固定于轮廓带50上的固化点52处。在固化的过程中，使用温度传感器28来实时监测材料处理过程中的温度，保证处于安全温度范围内。在其它实施方式中，也可不使用能量源26进行光固化，而通过提供两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的方法来固化形成所述固化点52而固定丝材40。

仍参考图1以及图4，在根据该实施方式的装置工作过程中，在开始铺设丝材40并固定至固化点52处后，进给辊10继续转动来铺设丝材40。由于丝材40的一端固定于固化点52，通过装置带动辊10的移动可将丝材40张紧以平直输送。铺设丝材40的同时，制造头20的高效率填充喷头24同步进行挤出含能材料自固化点52处与丝材40复合并填充轮廓带50内的待填充区域54。在丝材40和含能材料的铺设过程中，使用能量源26对含能材料进行光固化，以固化所铺设的含能材料并将铺设的丝材嵌入在该固化的含能材料中。在该实施方式中，含能材料包括含能成分材料、粘合剂等。在其它实施方式中，也可不使用能量源26进行光固化，而通过提供两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的方法来固化含能材料。可选地，用于化学固化含能材料的该两种组分的材料可以为混合PVA的含能材料和硼酸。

仍参考图1以及图4-5，在该实施方式中，在待填充区域54铺设并固化嵌有丝材40的含能材料之后，在该待填充区域54末端由高精度轮廓喷头22挤出适量绝热材料并使用能量源26将其固化，将丝材40固定于轮廓带13末端的固化点52，从而形成填充后区域56。在其它实施方式中，也可不使用能量源26进行光固化，而通过提供两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的方法来固化。

参考图5，在另一个实施方式中，在开始铺设丝材40并固定至固化点52处的步骤之后，接着转动进给辊10铺设丝材40于待填充区域54，并在轮廓带50的末端位置处通过高精度轮廓喷头22挤出适量绝热材料并将其低温固化而将丝材40固定于固化点52。重复该过程，直到平面内的丝材40铺设完毕。在铺设丝材40的过程中制造头不挤出含能材料。丝材40铺设完毕后，再用制造头20的高效率填充喷头24铺设含能材料填充该待填充区域54并覆盖所铺设的丝材40，并由能量源26光固化或者通过使用可化学固化的含能材料来将填充的含能材料固化，形成填充后区域56。

在该实施方式中，各固化过程都可使用温度传感器28来监测固化温度，确保其处于安全温度范围内。

在该实施方式中，重复上述步骤直到完成所需层数的含丝材复合材料打印。

参考图1，以及图3-5，在该实施方式中，铺设好一行丝材40后，在轮廓带50末端处将丝材40切断。可使用剪刀等任何合适的工具来剪断丝材40。然而，由于剪断丝材40时剪力不是各向相等的话，会存在剪出来的丝材40剪口不齐和发生弯曲的情况。为了解决上述问题并保障剪断操作时电极40的形状和定位精度，本发明的一个实施方式提供了一种剪切工具30。该剪切工具30包括剪切盘32，其上形成有用于让丝材穿过的通孔34；可枢转地固定在所述剪切盘32上的弧形刀片36。使用该剪切工具30时，将丝材40穿过通孔34，转动弧形刀片36即可切割丝材。为了切割更加容易，该通孔34的内圈可形成为刀刃。该弧形刀片36可通过枢轴销38固定至剪切盘32。剪切盘32的通孔34的内圈和弧形刀片36的刀刃还可设置为圆形的，这样在剪断丝材的时候可以保证剪断力的均匀性。

再参考图1，由于进给辊10本身具有弧度，其在转动进给丝材40时可能会使输出的丝材产生弧度。为了保证提供的丝材的平直度，可在进给辊10后方设置矫正辊12，该矫正辊12让通过其的丝材以相反的曲率弯曲，从而修正之前的弧度。此外，为了修正丝材的局部小弯曲，还可在进给辊10或者矫正辊12之后设置修正管14。该修正管14为长直形式，其空心内径可设置成接近于丝材40的直径。此外，该修正管14可采用低摩擦系数材料(例如但不限于，聚四氟乙烯等)制成，以减少对穿过其的丝材的摩擦阻力。另外，如果装置中设置有剪切工具30，还可在剪切工具后方布置辅助修正管16，其结构与修正管14相似，用于进一步辅助修正丝材的局部小弯曲。通过设置上述矫正辊12、修正管14和辅助修正管16等构件，可在输出和铺设丝材时与进给辊10等部件互相配合而更好地将丝材张紧，保证将丝材平直送出。

接下来，结合附图对根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置进行详细说明。图1示出了根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的示意图。图2为根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法的流程图。图3为根据本发明的实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造装置的剪切工具的示意图。图4为应用本发明的一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程中的示意图。图5为根据本发明的另一个实施方式的一个示例的含丝材多功能材料制造过程中的示意图。

参考图1-4，对根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法进行详细说明。在该示例中，使用根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法制造内嵌丝材(该丝材例如但不限于，电极)的正方体结构形式多功能材料。应理解，在此使用正方体结构形式多功能材料仅为了方便说明的目的，由根据本发明的实施方式的方法所制造的多功能材料的形式并不限于正方体结构，根据需要可以制造任何结构形式的多功能材料零件。另外，在其它实施方式中，根据需要，由高精度轮廓喷头22挤出的材料还可以是绝缘材料或者绝缘且绝热材料等。该制造过程包括以下步骤。

a)绝热材料轮廓的高效高精度制造

制造头20包括高精度轮廓喷头22和高效率填充喷头24，为了保证尺寸的高精度性的同时提高加工效率，采用双喷头打印的方式：高精度轮廓喷头22，容纳有绝热材料，负责对整体轮廓的打印，保证轮廓尺寸的精确度；高效率填充喷头24，容纳有含能材料，用来填充轮廓内部，精度相对偏低，但速度更快来提高打印效率。制造头20中的高精度轮廓喷头22挤出绝热材料并将其低温固化，制造出一层的轮廓带50。轮廓带50围绕形成待填充区域54。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下固化措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过能量源26进行紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

b)电极的精确输送

制造头中进给辊10转动将丝材40送出。丝材40通过矫正辊12让它以相反的曲率弯曲，保证送出丝材的平直度。随后丝材通过一根长直的修正管14。该修正管14的空心直径接近于丝材40的直径，采用不会磨损丝材40表面的低摩擦系数材料(聚四氟乙烯)制成，用于修正丝材的局部小弯曲。该修正管14后方还可设置辅助修正管16，用于进一步辅助修正输出丝材的平直度。配合整体机构的平移和进给辊10的转动，在张紧力的作用下，让丝材40准确平直的从辅助修正管16送出。

c)绝热材料的低温固化

绝热材料通过制造头20中的高精度喷头22精确挤出后，使用能量源26完成低温固化于一点14，将所输送的电极40固定。为了保证含能材料制造的安全性，本发明采用如下措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过能量源26提供紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

d)电极的精确排布与含能材料的低温固化：整体机构开始平移，丝材40与制造头20中的含能材料同步挤出，在固化点复合，含能材料在低温能量作用下实现低温固化，同时将电极嵌入其中，扫描铺设至矩形待填充区域54中。其中，含能材料包括含能成分、粘合剂等。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式中的采用如下固化措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过能量源26提供紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

e)绝热材料的低温固化：制造到一行的末端，制造头20挤出绝热材料并低温固化(与措施c相同)。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下固化措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过能量源26提供紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

f)电极的精确剪断：剪切工具30剪断丝材40完成一行的打印。

g)循环往复完成一层的打印。

h)重复上述步骤直至零件加工完毕。

参考图1-3，以及图5，对根据本发明的另一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法进行详细说明。在该示例中，使用根据本发明的一个实施方式的含丝材多功能材料的安全复合制造方法制造内嵌丝材(例如但不限于，电极)的正方体结构形式多功能材料。应理解，在此使用正方体结构形式多功能材料仅为了方便说明的目的，由根据本发明的实施方式的方法所制造的多功能材料的形式并不限于正方体结构，根据需要可以制造任何结构形式的多功能材料零件。另外，在其它实施方式中，根据需要，由高精度轮廓喷头22挤出的材料还可以是绝缘材料或者绝缘且绝热材料等。该制造过程包括以下步骤。含丝材多功能材料

a)绝热材料轮廓的高精度制造：制造头20包括高精度轮廓喷头22和高效率填充喷头24，为了保证尺寸的高精度性的同时提高加工效率，本发明采用双喷头打印的方式：高精度轮廓喷头22，容纳有绝热材料，负责对整体轮廓的打印，保证轮廓尺寸的精确度；高效率填充喷头24，容纳有含能材料，用来填充轮廓内部，精度相对偏低，但速度更快来提高打印效率。通过制造头20中的高精度轮廓喷头22挤出绝热材料并将该绝热材料低温固化，制造出一层的轮廓13。

b)电极的精确输送：制造头中进给辊10转动将丝材40送出。丝材40通过矫正辊12让它以相反的曲率弯曲，保证送出丝材的平直度。随后丝材通过一根长直的修正管14。该修正管14的空心直径接近于丝材40的直径，采用不会磨损丝材40表面的低摩擦系数材料(聚四氟乙烯)制成，用于修正丝材的局部小弯曲。该修正管14后方还可设置辅助修正管16，用于进一步辅助修正输出丝材的平直度。配合整体装置的平移和进给辊10的转动，在张紧力的作用下，让丝材40准确平直的从辅助修正管16送出。

c)绝热材料的低温固化：绝热材料通过制造头20中的高精度喷头22精确挤出后，低温固化于固化点52，将所输送的丝材40固定。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下固化措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过使用能量源26提供紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

d)丝材的精确排布：整体机构开始平移，进给辊10转动带动丝材40送出，在这个过程中制造头20不挤出任何固化材料。

e)绝热材料的低温固化：制造到一行的末端，制造头20的高精度轮廓喷头22挤出绝热材料并低温固化(与措施c相同)，从而将丝材固定于一行末端的固化点52处。为了保证含能材料制造的安全性，本发明的实施方式采用如下固化措施：①低温固化：采用的固化方法有光固化和化学固化。光固化是一种低温的固化方法，通过能量源26提供紫外线的照射而使材料固化；化学固化是两种组分的材料合二为一发生化学反应凝固的固化方法。对于目标含能材料的固化，温度需要控制在70℃以下，两种低温固化方法都能满足要求。②温度监控。同时设置温度传感器28实时检测固化温度以保证安全。

f)丝材的精确剪断：使用剪切工具30在一行的末端剪断丝材40。

g)平面内丝材的排布：重复以上操作将平面内的丝材铺设完毕。

h)向轮廓内填充含能材料并固化：移动制造头20，高效率填充喷头24挤出两种组分的材料合二为一发生化学反应固化，如图5中填充后区域56所示。完成一层的打印。

可继续重复上述步骤直到完成内嵌丝材(例如但不限于，电极)的多功能材料零件的制造。

应理解，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

绝热材料轮廓的高精度制造，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并对绝热材料进行低温固化形成轮廓带；

丝材的精确输送，转动进给辊输出丝材至所述轮廓带；

绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材的铺设起始位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；

丝材的精确排布与含能材料的低温固化，从所述固化点开始转动所述进给辊铺设丝材与使用所述制造头的高效率填充喷头挤出含能材料同时进行，并随着含能材料的铺设对其进行低温固化；

绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材铺设末端位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；

丝材的精确剪断，将铺设好的丝材末端剪断；以及

重复上述步骤直至零件加工完毕。

2.如权利要求1所述的含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，所述低温固化为使用能量源进行的光固化。

3.如权利要求1所述的含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，所述低温固化为使用两种组分材料进行的化学固化。

4.如权利要求1所述的含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，对材料进行低温固化时通过温度传感器监测其固化温度。

5.一种含丝材多功能材料的安全复合制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

绝热材料轮廓的高精度制造，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出绝热材料并对绝热材料进行低温固化形成轮廓带；

丝材的精确输送，转动进给辊输出丝材至所述轮廓带；

绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材的铺设起始位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；

丝材的精确排布，从所述固化点开始转动所述进给辊铺设丝材；

绝热材料的低温固化，使用制造头的高精度轮廓喷头挤出适量绝热材料至丝材铺设末端位置，并低温固化该绝热材料以将丝材固定于固化点；

填充含能材料及含能材料的低温固化，使用所述制造头的高效率填充喷头挤出含能材料至所述轮廓带内的区域，并随着含能材料的铺设对其进行低温固化。

6.一种含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，该装置包括：

进给辊，其用于进给丝材；

制造头，其包括用于挤出绝热材料的高精度轮廓喷头和用于挤出含能材料的高效率填充喷头；

能量源，其用于对所述高精度轮廓喷头挤出的绝热材料进行光固化；和

温度传感器，其用于监控所述绝热材料和/或含能材料的固化温度。

7.如权利要求6所述的含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，该装置还包括：

矫正辊，其设置在所述进给辊后方，并被布置成将所述进给辊所进给的丝材以相反曲率弯曲，以使得丝材平直地送出。

8.如权利要求6所述的含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，该装置还包括：

修正管，其设置在所述进给辊后方，并被布置成让所述进给辊所进给的丝材穿过其中而送出，以修正所提供丝材的局部小弯曲，所述修正管具有与丝材直径接近的空心内直径。

9.如权利要求6所述的含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，所述装置还包括：

剪切工具，其设置在所述进给辊后方，用于剪切丝材，所述剪切工具包括具有让丝材穿过的通孔的剪切盘，和可枢转地固定在所述剪切盘上的弧形刀片。

10.如权利要求6-9所述的含丝材多功能材料的安全复合制造装置，其特征在于，所述丝材为电极材料。

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