一种复合材料的叠层增材制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合材料的叠层增材制造方法，包括步骤：用热辊使各薄膜材料预复合成多层复合材料；用计算机对所要制备的产品进行程序切割分层，并提取各虚拟层的横截面轮廓线；激光切割系统在多层复合材料上切割出与虚拟层横截面形状一致的实体层；升降工作台下降与多层复合材料厚度相等的高度；将升降工作台上的各实体层热融合成一体；重复前述步骤直至形成所需制备的产品；本复合材料的叠层增材制造方法不需要开模，节省了开模时间和成本；可根据产品性能需要设计各薄膜材料的比例和叠加顺序，产品性能一致性好；能在同一多层复合材料上切割出不同的产品，自动化程度较高；且制出的产品相互分离，产品致密度高。
【专利说明】一种复合材料的叠层增材制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增材制造方法，特别涉及一种复合材料的增材成型方法。
【背景技术】
[0002]目前，复合材料的应用越来越广泛，复合材料的成型方式有多种，传统复合材料的成型方法主要有缠绕成型，手糊成型、拉挤成型等，这些成型方法生产劳动强度大，成本高。
[0003]传统层压复合材料的制备方法是:开模一模具预热一涂覆脱模剂一切割层压复合材料布一装模一压制一程序升温一脱模一后处理，这种制备方法需要用硫化设备预热模具，自动化程度差，对于较厚的制品模压料的导热性差，某些制品件太大，需要升温的时间很长，生产控制难度较大；如模压聚醚醚酮的复合材料，对模具设计要求很高，升温过快会使得传热不均匀，产生内应力，导致废品；保温时间通常需要很长，还需要后固化处理。另一方面，某些复合材料采用传统压制过程中，会产生大量挥发性气体，容易使制品产生气泡、分层等缺陷。需要反复加压放气。在设计制造多个零件时候，成型后各零件间相互连接，需要切割分离，而产品固化后切割则会导致产品在切割时候产生缺陷。
[0004]因此需要设计一种不需要开模制造，同时生产工艺比较均匀平稳，能生产出独立产品的工艺方法。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合材料的叠层增材制造方法，以解决现有层压复合材料制造产品需要开模制造、生产过程控制难度大、生产出得产品相互连接需要切割分离等缺陷。
[0006]本发明复合材料的叠层增材制造方法，包括步骤:
[0007](I)用收卷机将需要复合的各薄膜材料收卷，并在收卷机前用热辊使各薄膜材料预复合成多层复合材料；
[0008](2)用计算机对所要制备的产品进行程序切割分层，形成组成产品的各个虚拟层，各虚拟层的厚度为多层复合材料压实之后的厚度，并利用计算机提取各虚拟层的横截面轮廓线；
[0009](3)激光切割系统按照计算机分层提取的横截面轮廓线控制激光切割轨迹，在升降工作台上方的多层复合材料上切割出与虚拟层横截面形状一致的实体层；
[0010](4)承载了实体层的升降工作台下降与多层复合材料厚度相等的高度，切割后剩余的多层复合材料向前移动，然后重复步骤(3)；
[0011](5)将升降工作台上的各实体层热融合成一体；
[0012](6)重复步骤(3)至(5)，直至形成所需制备的产品。
[0013]进一步，步骤(I)中所述的薄膜材料包括塑料PE、BOPP、PVA、PA、PVC、PC、TPU、PET、PTFE, P1、PEEK、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种。
[0014]进一步，步骤(I)中所述的薄膜材料还包括玻璃纤维布、碳纤维布、陶瓷布、多层石墨稀炭材料、铜箔中的至少一种。
[0015]进一步，在步骤(5)中，采用热辊滚压或激光烧结的方式使各实体层热融合成一体。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]1、本发明复合材料的叠层增材制造方法，其制造过程不需要开模，节省了开模时间和成本，同时避免了复杂零件开模难度大、生产过程中废品率高等问题。
[0018]2、本发明复合材料的叠层增材制造方法，可设计性强，可以根据复合材料及产品的性能要求，设计各薄膜材料的比例和叠加顺序，且产品各部分性能一致性好。
[0019]3、本发明复合材料的叠层增材制造方法，其能在同一多层复合材料上切割出不同的产品，有利于小规模、多品种连续生产，自动化程度较高。
[0020]4、本发明复合材料的叠层增材制造方法，其制出的产品相互分离，避免了现有制造方法制出的产品相互连接，需要切割分离和切割分离对产品性能有影响等问题。
[0021]5、本发明复合材料的叠层增材制造方法，由于每切割下一层实体层便进行一次热融合，因此可保证各实体层被压制得很致密，产品致密度高，可很大的减少产品收缩率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为实施多层复合材料的预复合装置的结构示意图；
[0023]图2为实施本发明复合材料的叠层增材制造方法的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0025]如图所示，本实施例复合材料的叠层增材制造方法，包括步骤:
[0026](I)用收卷机I将需要复合的各薄膜材料2收卷，并在收卷机I前用热辊3使各薄膜材料预复合成多层复合材料6 ；
[0027](2)用计算机对所要制备的产品进行程序切割分层，形成组成产品的各个虚拟层，各虚拟层的厚度为多层复合材料压实之后的厚度，并利用计算机提取各虚拟层的横截面轮廓线；
[0028](3)激光切割系统4按照计算机分层提取的横截面轮廓线控制激光切割轨迹，在升降工作台5上方的多层复合材料6上切割出与虚拟层横截面形状一致的实体层7 ；
[0029](4)承载了实体层7的升降工作台5下降与多层复合材料6厚度相等的高度，切割后剩余的多层复合材料向前移动，然后重复步骤(3)；
[0030](5)将升降工作台5上的各实体层热融合成一体；
[0031](6)重复步骤(3)至(5)，直至形成所需制备的产品。
[0032]本实施例中，步骤(I)中所述的薄膜材料为塑料PET，当然在不同实施例中薄膜材料还可为塑料PE、BOPP, PVA、PA、PVC、PC、TPU、PET、PTFE, P1、PEEK、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种。
[0033]本实施例中，步骤(I)中所述的薄膜材料还包括起增强作用的玻璃纤维布，当然在不同实施例中步骤(I)中所述的薄膜材料还可包括玻璃纤维布、碳纤维布、陶瓷布、多层石墨稀炭材料、铜箔中的一种或几种材料，以增强材料强度。
[0034]本实施例中，在步骤(5)中，采用热辊滚压的方式使各实体层热融合成一体，当然在具体实施例中还可根据材料性能的不同选择不同的方式使跟实体层融合成一体，如还可采用激光烧结等方式。
[0035]本实施例复合材料的叠层增材制造方法，其制造过程不需要开模，节省了开模时间和成本；可根据产品性能需要设计各薄膜材料的比例和叠加顺序，产品性能一致性好；能在同一多层复合材料上切割出不同的产品，有利于小规模、多品种连续生产，自动化程度较高；且制出的产品相互分离，产品致密度高，性能稳定。
[0036]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但是不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的其它技术方案，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于:包括步骤: (1)用收卷机将需要复合的各薄膜材料收卷，并在收卷机前用热辊使各薄膜材料预复合成多层复合材料； (2)用计算机对所要制备的产品进行程序切割分层，形成组成产品的各个虚拟层，各虚拟层的厚度为多层复合材料压实之后的厚度，并利用计算机提取各虚拟层的横截面轮廓线.(3)激光切割系统按照计算机分层提取的横截面轮廓线控制激光切割轨迹，在升降工作台上方的多层复合材料上切割出与虚拟层横截面形状一致的实体层； (4)承载了实体层的升降工作台下降与多层复合材料厚度相等的高度，切割后剩余的多层复合材料向前移动，然后重复步骤(3)； (5)将升降工作台上的各实体层热融合成一体； (6)重复步骤(3)至(5)，直至形成所需制备的产品。
2.根据权利要求1所述的复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于:步骤(I)中所述的薄膜材料包括塑料PE、BOPP, PVA、PA、PVC、PC、TPU、PET、PTFE, P1、PEEK、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于:步骤(I)中所述的薄膜材料还包括玻璃纤维布、碳纤维布、陶瓷布、多层石墨稀炭材料、铜箔中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一所述的复合材料的叠层增材制造方法，其特征在于:在步骤(5)中，采用热辊滚压或激光烧结的方式使各实体层热融合成一体。
【文档编号】B32B38/04GK104129149SQ201410352870
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】饶先花 申请人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院