铝基连续碳纤维增强复合材料的3D成型系统的制作方法

铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型系统
技术领域
1.本发明涉及碳纤维复合材料制备系统技术领域，尤其涉及一种铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型系统。


背景技术：

2.碳纤维复合材料是目前最先进且应用前景最为广阔的复合材料之一。在比强高、耐腐蚀、抗烧蚀等方面具有其他纤维复合材料无法比拟的优势。伴随着高性能碳纤维的发展，碳纤维增强金属复合材料也是当前发展最为迅速的方向之一。连续碳纤维增强铝基复合材料具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、热稳定性好等优异的力学性能及物理性能，在航空航天、化工、汽车机械等领域应用广泛。常用的碳纤维增强铝基复合材料的制造方法主要有：固态法（粉末冶金法、扩散粘接法等）和液态法（挤压铸造法、真空压渗法、无压浸渗法等）两大类，但均存难以实施碳纤维定向分布均匀的复杂铸件的精密成型，这些方法在制备大型工件方面也存在设备昂贵，制备工件缺陷较多等困难。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够纤维定向分布均匀且制备的工件质量较高，成本相对较低的铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型系统。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型系统，其特征在于包括：基座，所述基座用于放置碳纤维复合材料成型件，所述基座的左侧从外到内设置有第一导轨和第二导轨，所述基座的右侧设置有第三导轨，所述第一导轨上设置有第一滑轮，第一滑动轮上设置有用于驱动其转动的第一主驱动电机，所述第一驱动电机上设置有竖直的第一运动主臂，所述第一运动主臂的上端固定有第一伸缩驱动装置，所述第一伸缩驱动装置的动力输出端连接有水平设置的第一伸缩臂，所述第一伸缩驱动装置用于驱动所述第一伸缩臂水平运动，所述第一伸缩臂的自由端固定有竖直设置的第一辅助驱动装置，所述第一辅助驱动装置的动力输出端固定有第一转动丝杠，所述第一转动丝杠的下端设置有铝合金3d打印装置，所述第一辅助运动驱动装置用于通过驱动所述第一转动丝杆驱动所述铝合金3d打印装置上下竖直运动，所述铝合金3d打印装置用于输出打印用熔化状态的铝合金；所述第二导轨上设置有第二滑轮，第二滑动轮上设置有用于驱动其转动的第二主驱动电机，所述第二驱动电机上设置有竖直的第二运动主臂，所述第二运动主臂的上端固定有第二伸缩驱动装置，所述第二伸缩驱动装置的动力输出端连接有水平设置的第二伸缩臂，所述第二伸缩驱动装置用于驱动所述第二伸缩臂水平运动，所述第二伸缩臂的自由端固定有竖直设置的第二辅助驱动装置，所述第二辅助驱动装置的动力输出端固定有第二转动丝杠，所述第二转动丝杠的下端设置有旋转铣刀，所述第二辅助运动驱动装置用于通过驱动所述第二转动丝杆驱动所述旋转铣刀进行升降以及旋转运动，所述旋转铣刀用于对铝合金表面进行平整处理；
所述第三导轨上设置有第三滑轮，第三滑动轮上设置有用于驱动其转动的第三主驱动电机，所述第三驱动电机上设置有竖直的第三运动主臂，所述第三运动主臂的上端固定有第三伸缩驱动装置，所述第三伸缩驱动装置的动力输出端连接有水平设置的第三伸缩臂，所述第三伸缩驱动装置用于驱动所述第三伸缩臂水平运动，所述第三伸缩臂的自由端固定有竖直设置的第三辅助驱动装置，所述第三辅助驱动装置的动力输出端固定有第三转动丝杠，所述第三转动丝杠的下端设置有复合3d打印装置，所述第三辅助运动驱动装置用于通过驱动所述第三转动丝杆驱动所述复合3d打印装置上下竖直运动，所述复合3d打印装置用于输出打印用复合材料。
5.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述系统通过复合3d打印装置将碳纤维与铝合金熔体交替混合，然后被送至并凝固到工件基体上，后续在经过另一铝合金3d打印装置将上一工序裸露的碳纤维通过铝合金熔体覆盖，凝固后通过旋转铣刀将该铝合金层的凝固界面平整化，以便于后续复合3d打印导辊工作，最终通过上述系统连续工作，在控制终端的作用下实现铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型；能够实现碳纤维定向分布均匀的复杂铸件的精密成型，在制备大型工件方面设备成本相对较低，制备的工件缺陷较少，质量较高。
附图说明
6.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
7.图1 是本方面实施例所述成型系统的结构示意图；图2 是本方面实施例所述成型系统中复合3d打印装置的结构示意图；图3 是本方面实施例所述成型系统中铝合金3d打印装置的结构示意图；图4 是本方面实施例中复合3d打印头的装配结构示意图；图5a
‑
5b是第一复合打印夹持的结构示意图；图5c
‑
5d是第二复合打印夹持的结构示意图；图6是本方面实施例中铝合金3d打印头的装配结构示意图；图7 a
‑
7b是第一打印夹持的结构示意图；图7c
‑
7d是第二打印夹持的结构示意图；图8是本发明实施例中第一固定夹持的结构示意图；图9 a
‑
9b是本发明实施例中第一陶瓷坩埚的结构示意图；图10a
‑
10b是本发明实施例中 打印炉筒的结构示意图图11 是本发明实施例中复合打印导辊的结构示意图；图12 是本发明实施例中铝合金打印导辊的示意图；其中：1：碳纤维复合材料成型件；2：基座；3：复合3d打印装置；3
‑
1：第一打印炉盖；3
‑
2：第一保温层；3
‑
3：第一加热丝；3
‑
4：第一压力平衡管；3
‑
5：第一热偶孔；3
‑
6：第一热偶；3
‑
7：第二热偶孔；3
‑
8：第二热偶；3
‑
9：第一铝合金熔体通道；3
‑
10：辅助预热装置；3
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11：张紧器；3
‑
12：碳纤维轮；3
‑
13：碳纤维束；3
‑
14：导向轮；4：铝合金3d打印装置；4
‑
1：第二打印炉盖； 4
‑
2：第二保温层；4
‑
3：第二加热丝；4
‑
4：第二压力平衡管；4
‑
5：第三热偶孔；4
‑
6：第三热偶；4
‑
7：第四热偶孔；4
‑
8：第四热偶；4
‑
9：第二铝合金熔体通道；5：第一导轨；6 ：第二导轨；7 ：第三导轨；8：第一滑轮；9 ：第二滑轮；10 ：第三滑轮；11：第一主驱动电机；12 ：第
二主驱动电机；13 ：第三主驱动电机；14：第一运动主臂；15：第二运动主臂；16：第三运动主臂；17：第一伸缩臂；18：第二伸缩臂；19：第三伸缩臂；20：第一伸缩驱动装置；20
‑
1：第一测距仪；21：第二伸缩驱动装置；21
‑
1：第二测距仪；22：第三伸缩驱动装置；22
‑
1：第三测距仪；23：第一辅助运动驱动装置；24：第二辅助运动驱动装置；25：第三辅助运动驱动装置；26：第一转动丝杠；27：第二转动丝杠；28：第三转动丝杠；29：旋转铣刀；29
‑
1：冷却气体管；30：第二应力传感器； 31：第一应力传感器；32：铝合金熔体；33：第一陶瓷坩埚；33
‑
1：第一坩埚热偶孔；33
‑
2：第二坩埚热偶孔；34：铝合金打印导辊；34
‑
1：导引轮；34
‑
2：导引槽；35：第一打印炉筒；36：复合打印导辊；36
‑
1：复合导引轮；36
‑
2：碳纤维槽；36
‑
3：复合导引槽；37：第一复合打印夹持；37
‑
1：第一复合打印固定销孔；37
‑
2：第一复合打印热偶孔；38：第二复合打印夹持；38
‑
1：第二复合打印固定销孔；38
‑
2：第二复合打印热偶孔；39：固定夹持；39
‑
1：第二固定夹持固定孔；39
‑
2：第一固定夹持固定孔；39
‑
3：第一滑动轴孔；40：第二打印夹持；40
‑
1：第二打印固定销孔；40
‑
2：第二打印热偶孔；41：第一打印夹持；41
‑
1：第一打印固定销孔；41
‑
2：第一打印热偶孔；42：第二粘接层；43：第一固定销；44：第一滑动轴；45：第二固定销；46：第二滑动轴；47：第一保护气体管；48：第二保护气体管。
具体实施方式
8.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
9.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
10.总体的，如图1所示，本发明实施例公开了一种铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型系统，所述系统包括：基座2，所述基座2用于放置碳纤维复合材料成型件1，所述基座2的左侧从外到内设置有第一导轨5和第二导轨6，所述基座2的右侧设置有第三导轨7，所述导轨可以使用现有技术中的结构；所述第一导轨5上设置有第一滑轮8，第一滑动轮8上设置有用于驱动其转动的第一主驱动电机11，所述第一驱动电机11上设置有竖直的第一运动主臂14，所述第一驱动电机能够带动所述第一运动主臂沿所述第一导轨运动；所述第一运动主臂14的上端固定有第一伸缩驱动装置20，所述第一伸缩驱动装置20的动力输出端连接有水平设置的第一伸缩臂17，所述第一伸缩驱动装置20用于驱动所述第一伸缩臂17水平运动；所述第一伸缩臂17的自由端固定有竖直设置的第一辅助驱动装置23，所述第一辅助驱动装置23的动力输出端固定有第一转动丝杠26，所述第一转动丝杠26的下端设置有铝合金3d打印装置4，所述第一辅助运动驱动装置23用于通过驱动所述第一转动丝杆26驱动所述铝合金3d打印装置4上下竖直运动，所述铝合金3d打印装置4用于输出打印用熔化状态的铝合金；所述第二导轨6上设置有第二滑轮9，第二滑动轮9上设置有用于驱动其转动的第二主驱动电机12，所述第二驱动电机12上设置有竖直的第二运动主臂15，所述第二驱动电机能够带动所述第二运动主臂沿所述第一导轨运动；所述第二运动主臂15的上端固定有第
二伸缩驱动装置21，所述第二伸缩驱动装置21的动力输出端连接有水平设置的第二伸缩臂18，所述第二伸缩驱动装置21用于驱动所述第二伸缩臂18水平运动，所述第二伸缩臂18的自由端固定有竖直设置的第二辅助驱动装置24，所述第二辅助驱动装置24的动力输出端固定有第二转动丝杠27，所述第二转动丝杠27的下端设置有旋转铣刀29，所述第二辅助运动驱动装置24用于通过驱动所述第二转动丝杆27驱动所述旋转铣刀29进行升降以及旋转运动，所述旋转铣刀29用于对铝合金表面进行平整处理；所述第三导轨7上设置有第三滑轮10，第三滑动轮10上设置有用于驱动其转动的第三主驱动电机13，所述第三驱动电机能够带动所述第三运动主臂沿所述第一导轨运动；所述第三驱动电机13上设置有竖直的第三运动主臂16，所述第三运动主臂16的上端固定有第三伸缩驱动装置22，所述第三伸缩驱动装置22的动力输出端连接有水平设置的第三伸缩臂19，所述第三伸缩驱动装置22用于驱动所述第三伸缩臂19水平运动，所述第三伸缩臂19的自由端固定有竖直设置的第三辅助驱动装置25，所述第三辅助驱动装置25的动力输出端固定有第三转动丝杠28，所述第三转动丝杠28的下端设置有复合3d打印装置3，所述第三辅助运动驱动装置25用于通过驱动所述第三转动丝杆28驱动所述复合3d打印装置3上下竖直运动，所述复合3d打印装置用于输出打印用复合材料。
11.进一步的，如图1所示，第一伸缩臂17上设置有第一测距仪20
‑
1，所述第一测距仪20
‑
1用于测量所述第一伸缩臂17的伸缩长度；第二伸缩臂18上设置有第二测距仪21
‑
1，所述第二测距仪21
‑
1用于测量所述第二伸缩臂18的伸缩长度；第三伸缩臂19上设置有第三测距仪22
‑
1，所述第三测距仪22
‑
1用于测量所述第三伸缩臂19的伸缩长度，通过所述测距仪能够准确方便的反馈伸缩臂的伸缩长度，用于控制。
12.如图2所示，所述复合3d打印装置3包括第一陶瓷坩埚33，所述第一陶瓷坩埚33的上部为矩形结构，下部为四棱台结构且内部中空下端具有通孔，所述第一陶瓷坩埚33的下端设置有复合3d打印头，所述复合3d打印头上侧的第一陶瓷坩埚33内设置有待熔炼的铝合金原材料；所述第一陶瓷坩埚33的外侧从上到下形成有第一加热丝3
‑
3和第一保温层3
‑
2，所述第一加热丝3
‑
3位于所述第一保温层3
‑
2内；所述第一保温层3
‑
2的外侧形成有第一打印炉筒35，所述复合3d打印头的出料口位于所述第一打印炉筒35的下端开口外，所述第一打印炉筒35的上端开口处装配有第一打印炉盖3
‑
1，通过第一打印炉盖3
‑
1对所述第一打印炉筒35的上端开口进行密封；所述第一打印炉盖3
‑
1通过第一应力传感器31与所述第三转动丝杠28的下端连接，所述第一打印炉盖3
‑
1上设置有与所述第一陶瓷坩埚33的内腔相连通的第一压力平衡管3
‑
4，所述第一打印炉筒35的外壁的上侧通过第一固定杆固定有张紧器3
‑
11，所述张紧器3
‑
11上设置有碳纤维轮3
‑
12，所述碳纤维轮3
‑
12上缠绕有碳纤维束3
‑
13，所述碳纤维束3
‑
13的自由端经导向轮以及辅助预热系统后缠绕到复合打印导辊36上，通过张紧器3
‑
11控制碳纤维轮3
‑
12上碳纤维束3
‑
13的张紧力，碳纤维束3
‑
13通过导向轮3
‑
14连接至复合3d打印头的复合打印导辊36上。
13.进一步的，如图2、图4、图5a
‑
5d以及图8所示，所述复合3d打印头包括与所述第一陶瓷坩埚33右侧的前下部相适配的第一复合打印夹持37、与所述第一陶瓷坩埚左侧的前下部相适配的第二复合打印夹持38、与所述所述第一陶瓷坩埚后侧下部相适配的第一固定夹持39以及复合打印导辊36。所述第一复合打印夹持37上形成有贯穿其前后侧的第一复合打印固定销孔37
‑
1，所述第一固定夹持39的上侧形成第一复合固定孔39
‑
1和第二复合固定孔
39
‑
2，所述第一固定夹持39的下侧形成第一滑动轴孔39
‑
3；如图4所示，第一定位销43穿过所述第一复合打印固定销孔37
‑
1以及第二复合固定孔39
‑
2后与第一陶瓷坩埚的内壁连接；所述第二复合打印夹持38上形成有贯穿其前后侧的第二复合打印固定销孔38
‑
1，第二定位销穿过所述第二复合打印固定销孔38
‑
1以及第一复合固定孔39
‑
1后与第一陶瓷坩埚的内壁连接；所述第一复合打印夹持37以及第二复合打印夹持38之间形成有第一铝合金熔体通道3
‑
9，且所述第一复合打印夹持37、第二复合打印夹持38以及第一固定夹持39与所述第一陶瓷坩埚的内壁之间通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层42；所述复合打印导辊36上形成有贯穿其前后侧的通孔，第一滑动轴44依次穿过所述通孔以及第一滑动轴孔39
‑
3后与第一打印炉筒连接，且所述复合打印导辊36位于所述第一铝合金熔体通道的下端开口处，所述碳纤维束3
‑
13的自由端经辅助预热装置3
‑
10后连接至所述复合打印导辊36上；随着第三转动丝杠28和第三运动主臂16的运动实现复合3d打印装置3的三维运动；在复合打印导辊36和第一铝合金熔体通道3
‑
9的交界面处实现碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体的浸润混合；第一铝合金熔体通道3
‑
9中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着复合打印导辊36的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上；同时通过复合打印导辊36带动碳纤维束3
‑
13不断运动并压制到碳纤维复合材料成型件1上；随着复合打印导辊36的不断运动最终实现碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件1上。
14.进一步的，如图2、图5a
‑
5d、图9a
‑
9b以及图10a
‑
图10b所示，所述第一复合打印夹持37的右侧形成有第一复合打印热偶孔37
‑
2，与所述第一复合打印热偶孔37
‑
2相对的第一陶瓷坩埚上形成有第一坩埚热偶孔33
‑
1，第一热偶3
‑
6依次穿过第一打印炉筒上的第一热偶孔3
‑
5、第一保温层以及第一坩埚热偶孔33
‑
1后插入到所述第一复合打印热偶孔37
‑
2内；所述第二复合打印夹持38的左侧形成有第二复合打印热偶孔38
‑
2，与所述第二复合打印热偶孔38
‑
2相对的第一陶瓷坩埚上形成有第二坩埚热偶孔33
‑
2，第二热偶3
‑
8依次穿过第一打印炉筒上的第二热偶孔3
‑
7、第第一保温层以及第二坩埚热偶孔33
‑
2后插入到所述第二复合打印热偶孔38
‑
2内。
15.进一步的，如图2所示，所述复合3d打印装置3还包括通过固定杆固定在所述第一打印炉筒35上的第一保护气体管47，所述第一保护气体管47的出气口朝向所述复合打印导辊36，通过第一保护气体管47向第一铝合金熔体通道3
‑
9出口附近吹扫惰性气体。
16.进一步的，如图3所示，所述铝合金3d打印装置包括第二陶瓷坩埚（结构与第一陶瓷坩埚类似），所述第二陶瓷坩埚的上部为矩形结构，下部为四棱台结构且内部中空下端具有通孔，所述第二陶瓷坩埚的下端设置有铝合金3d打印头，所述铝合金3d打印头上侧的第二陶瓷坩埚内放置有待熔炼的铝合金原材料；所述第二陶瓷坩埚的外侧从上到下形成有第二加热丝4
‑
3和第二保温层4
‑
2，所述第二加热丝4
‑
3位于所述第二保温层4
‑
2内，所述第二保温层4
‑
2的外侧形成有第二打印炉筒，所述铝合金3d打印头的出料口位于所述第二打印炉筒的下端开口外；所述第二打印炉筒的上端开口处装配有第二打印炉盖4
‑
1，通过第二打印炉盖4
‑
1对所述第二打印炉筒的上端开口进行密封，所述第二打印炉盖4
‑
1通过第二应力传感器30与所述第一转动丝杠26的下端连接；所述第二打印炉盖4
‑
1上设置有与所述第二陶瓷坩埚的内腔相连通的第二压力平衡管4
‑
4，铝合金3d打印头中第二铝合金熔体通道4
‑
9中的熔体在界面张力和第二打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着铝合金打印导辊34
的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上。
17.进一步的，如图3、图6以及图7a
‑
7d所示，所述铝合金3d打印头包括与所述第二陶瓷坩埚右侧的前下部相适配的第一打印夹持41、与所述第二陶瓷坩埚左侧的前下部相适配的第二打印夹持40、与所述第二陶瓷坩埚后侧下部相适配的第二固定夹持以及铝合金打印导辊34；所述第一打印夹持41上形成有贯穿其前后侧的第一打印固定销孔41
‑
1，所述第二固定夹持的上侧形成第一固定孔和第二固定孔，所述第一固定夹持的下侧形成第二滑动轴孔，第三定位销45穿过所述第一打印固定销孔41
‑
1以及第二固定孔后与第二陶瓷坩埚的内壁连接；所述第二打印夹持40上形成有贯穿其前后侧的第二打印固定销孔40
‑
1，第四定位销穿过所述第二打印固定销孔40
‑
1以及第一固定孔后与第二陶瓷坩埚的内壁连接；所述第一打印夹持41以及第二打印夹持40之间形成有第二铝合金熔体通道4
‑
9，且所述第一打印夹持41、第二打印夹持40以及第二固定夹持与所述第二陶瓷坩埚的内壁之间通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层42；所述铝合金打印导辊34上形成有贯穿其前后侧的通孔，第二滑动轴依次穿过所述通孔以及第二滑动轴孔后与第二打印炉筒连接，且所述铝合金打印导辊34位于所述第二铝合金熔体通道4
‑
9的下端开口处；随着第一转动丝杠26和第一运动主臂14的运动实现铝合金3d打印装置4的三维运动；第二铝合金熔体通道4
‑
9中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着铝合金打印导辊34的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上；随着铝合金打印导辊34的不断运动，最终实现铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件1上，并覆盖复合3d打印装置形成的裸露的碳纤维表面上。
18.如图3以及图7a
‑
7d所示，所述第一打印夹持41的右侧形成有第一打印热偶孔41
‑
2，与所述第一打印热偶孔41
‑
2相对的第二陶瓷坩埚上形成有第三坩埚热偶孔，第三热偶4
‑
6依次穿过第二打印炉筒上的第三热偶孔4
‑
5、第二保温层以及第三坩埚热偶孔后插入到所述第一打印热偶孔41
‑
2内；所述第二打印夹持40的左侧形成有第二打印热偶孔40
‑
2，与所述第二打印热偶孔相对的第二陶瓷坩埚上形成有第四坩埚热偶孔，第四热偶4
‑
8依次穿过第二打印炉筒上的第四热偶孔4
‑
7、第二保温层以及第四坩埚热偶孔后插入到所述第二打印热偶孔40
‑
2内。
19.进一步的，如图3所示，所述铝合金3d打印装置还包括通过固定杆固定在所述第二打印炉筒上的第二保护气体管，所述第二保护气体管的出气口朝向所述铝合金打印导辊34，通过第二保护气体管48向第二铝合金熔体通道4
‑
9出口附近吹扫惰性气体。
20.进一步的，如图1所示，所述第二转动丝杠27上设置有冷却气体管29
‑
1，所述冷却气体管29
‑
1的出气口朝向所述旋转铣刀29，用于对旋转铣刀29和碳纤维复合材料成型件1表面进行冷却处理。
21.进一步的，如图10所示，所述复合打印导辊36的两侧形成有复合引导轮36
‑
1，所述复合引导轮36
‑
1之间形成有复合引导槽36
‑
3，所述复合引导槽36
‑
3上形成有碳纤维槽36
‑
2。进一步的，如图11所示，所述铝合金印导辊34的两侧形成有铝合金引导轮34
‑
1，所述铝合金引导轮34
‑
1之间形成有铝合金引导槽34
‑
1。
22.相应的，本发明实施例还公开了一种铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型方法，所述方法使用所述3d成型系统，包括如下步骤：通过复合3d打印装置3将碳纤维与铝合金熔体交替混合，然后送至并凝固到工件
基体上；再经过铝合金3d打印装置4将上一工序裸露的碳纤维通过铝合金熔体覆盖；凝固后通过旋转铣刀29将铝合金层的凝固界面平整化以便获得平整的表面，以便于后续复合3d打印装置3工作；通过上述装置连续工作，在工件基体上实现铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型。
23.进一步的，所述基连续碳纤维增强复合材料的3d成型方法具体包括如下几个步骤：1）根据打印层的设计厚度，制备用于输出打印用复合材料的复合3d打印装置的复合打印导辊36以及用于输出打印用铝合金材料的铝合金打印导辊34，并设定复合打印导辊36和铝合金打印导辊34的运行速度，获得平稳打印层厚度所需的复合3d打印装置36中第一打印炉筒35内的气体压力值以及铝合金打印装置34中第二打印炉筒内的气体压力值；2）如图2所示，首先将铝合金料装入复合3d打印装置3的第一陶瓷坩埚33和铝合金3d打印装置4的第二陶瓷坩埚中；关闭第一打印炉盖3
‑
1和第二打印炉盖4
‑
1；然后根据所打印的碳纤维复合材料成型件1的结构设定原始坐标点，x轴为
ꢀ“
打印横向水平方向”，y轴为
ꢀ“
铝合金垂直堆积方向”，z轴为“打印纵向水平方向”，其中x轴正方向也为初始出发方向；设定复合打印导辊36、铝合金打印导辊34和旋转铣刀29的行走路线；复合打印导辊36位于打印原点，铝合金3d打印装置4和旋转铣刀29初始位于打印原点x轴的负方向位置，三者之间的最小间距为不影响三者运动的最小距离；3）如图2所示，在第一打印炉筒35外部的装配缠绕碳纤维束3
‑
13的碳纤维轮3
‑
12，并将碳纤维束3
‑
13通过导向轮3
‑
14缠绕至复合打印导辊36上的碳纤维槽36
‑
2中，然后将通过碳纤维槽36
‑
2的碳纤维束3
‑
13固定在基座2上，位于沿旋转铣刀29位置的x轴负方向5mm
‑
10mm处，通过张紧器3
‑
11张紧碳纤维束3
‑
13；启动辅助预热装置3
‑
10给碳纤维束3
‑
13和复合打印导辊36预热，预热温度750℃
‑
800℃；通过第一保护气体管47向第一铝合金熔体通道3
‑
9附近注入惰性气体；然后通过第一压力平衡管3
‑
4给复合3d打印装置3抽真空，通过第一加热丝3
‑
3给第一陶瓷坩埚内的铝合金材料加热，调节第一加热丝3
‑
3不同温区的功率，使得第一铝合金熔体通道3
‑
9处的温度低于铝合金料的熔点；待第一铝合金熔体通道3
‑
9以上内部温度达到打印所需的温度后，停止抽真空；调节第一加热丝3
‑
3不同温区的功率，使得第一铝合金熔体通道3
‑
9处的温度达到打印温度；然后控制第三伸缩驱动装置22驱动第三伸缩臂19按着远离坐标原点的方向运动；并向复合3d打印装置3内充入惰性气体，达到上述第一个步骤测试所需压力后，保持复合3d打印装置3内压力恒定；第三伸缩臂19驱动复合3d打印装置3运动，并带动复合打印导辊36运动；复合打印导辊36转动过程中，在复合打印导辊36和第一铝合金熔体通道3
‑
9交界面处实现碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体的浸润混合；第一铝合金熔体通道3
‑
9中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着复合打印导辊36的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上；同时通过复合打印导辊36带动碳纤维束3
‑
13不断运动并压制到碳纤维复合材料成型件1上；随着复合打印导辊36的不断运动最终实现碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件1上；
4）与上述复合3d打印装置3的工艺步骤同步，通过第二保护气体管48向第二铝合金熔体通道4
‑
9附近注入惰性气体；通过第二压力平衡管4
‑
4给铝合金3d打印装置4的第二打印炉筒内抽真空，然后通过第二加热丝4
‑
3给其内的铝合金材料加热；调节第二加热丝4
‑
3不同温区的功率，使得第二铝合金熔体通道4
‑
9处的温度低于铝合金材料的熔点；待第二铝合金熔体通道4
‑
9以上内部温度达到打印所需的温度后，停止抽真空；调节第二加热丝4
‑
3不同温区的功率，使得第二铝合金熔体通道3
‑
9处的温度达到打印温度；然后控制第一伸缩驱动20驱动第一伸缩臂17按着远离坐标原点的方向运动；并向铝合金3d打印装置4内充入惰性气体，达到上述步骤1）测试所需压力后，保持铝合金3d打印装置4内压力恒定；控制第一伸缩臂17驱动复合3d打印装置3运动，并带动打印导辊34运动；5）复合3d打印装置3和铝合金3d打印装置4运动后，通过冷却气体管29
‑
1，向的铝合金3d打印装置4制备的铝合金表面注入冷却气体加速冷却凝固降温，并启动旋转铣刀29开始旋转对铝合金表面进行平整，使得后续的复合打印导辊36及复合3d打印装置3能够平稳工作；同时控制第二伸缩驱动21驱动第二伸缩臂18按着远离坐标原点运动，第二伸缩驱动21驱动旋转铣刀29运动；6）重复以上步骤2）
‑
5）直到完成所述工件的打印成型工作。
24.进一步的，所述方法还包括成型系统组装的步骤，所述成型系统的组装具体包括：复合3d打印装置的组装、铝合金3d打印装置的组装以及主体结构的组装。
25.进一步的，复合3d打印装置的组装方法如下：通过第一定位销43和第二定位销连接第一复合打印固定销孔37
‑
1、第二复合打印固定销孔38
‑
1、第一复合固定孔39
‑
2和第二复合固定孔39
‑
1，将第一固定夹持39、第一复合打印夹持37和第二复合打印夹持38连接到一起；使得第一复合打印夹持37和第二复合打印夹持38之间形成第一铝合金熔体通道3
‑
9；上述部件装配后形成上部为矩形，下部为四棱台形结构；将复合打印导辊36通过第一滑动轴44以及第一固定夹持39装配到所述第一铝合金熔体通道3
‑
9的下端开口处，上述装配形成复合3d打印头；然后将复合3d打印头装配进入第一陶瓷坩埚33中，使得第一复合打印热偶孔37
‑
2、第二复合打印热偶孔38
‑
2与第一热偶孔3
‑
5和第二热偶孔3
‑
6对齐；复合3d打印头外侧与第一陶瓷坩埚33内壁中间通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层42，将复合3d打印头固定到所述第一陶瓷坩埚33内；第一陶瓷坩埚33外部依次布置第一加热丝3
‑
3和第一保温层3
‑
2；第一保温层3
‑
2外部装配第一打印炉筒35；将第一热偶和第二热偶装配到相应的热偶孔内；第一打印炉筒35的上部装配第一打印炉盖3
‑
1进行密封；第一陶瓷坩埚33中放置铝合金原料，并通过第一加热丝3
‑
3给其加热，第一打印炉盖3
‑
1上装配第一压力平衡管3
‑
4进行第一铝合金熔体通道3
‑
9中熔体压力及流速的控制；第一打印炉筒35外部通过固定臂连接张紧器3
‑
11，张紧器3
‑
11连接碳纤维轮3
‑
12；通过张紧器3
‑
11控制碳纤维轮3
‑
12上碳纤维束3
‑
13的张紧力；碳纤维束3
‑
13通过导向轮3
‑
14连接至复合打印导辊36上；将复合3d打印装置3通过第一应力传感器31连接在第三转动丝杠28上；随着第三转动丝杠28和第三运动主臂16的运动实现复合3d打印装置3的三维运动；在复合打印导辊36和第一铝合金熔体通道3
‑
9交界面处实现碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体的浸润混合；第一
铝合金熔体通道3
‑
9中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着复合打印导辊36的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上；同时通过复合打印导辊36带动碳纤维束3
‑
13不断运动并压制到碳纤维复合材料成型件1上；随着复合打印导辊36的不断运动最终实现了碳纤维束3
‑
13和铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件1上，装备后的结构如图1
‑
图2所示。
26.进一步的，铝合金3d打印装置的组装方法如下：通过第三定位销45和第四定位销连接第一打印固定销孔41
‑
1、第二打印固定销孔40
‑
1、第一固定孔39
‑
2和第二固定孔39
‑
1，将第二固定夹持39、第二打印夹持40、第一打印夹持41连接到一起；第二打印夹持40和第一打印夹持41之间形成第二铝合金熔体通道4
‑
9，上述部件装配后形成上部为矩形，下部为四棱台形结构；铝合金打印导辊34通过第二滑动轴46以及第二固定夹持39装配到所述第二铝合金熔体通道4
‑
9的下端开口处，上述装配形成铝合金3d打印头；然后将3d打印头装配进入第二陶瓷坩埚中，使得第一打印热偶孔41
‑
2、第二打印热偶孔40
‑
2与第三热偶孔和第四热偶孔对齐；铝合金3d打印头外侧与第二陶瓷坩埚内壁通过氮化硼粉和水玻璃混合后粘结并形成粘接层42；在第二陶瓷坩埚外部依次布置第二加热丝4
‑
3和第二保温层4
‑
2；第二保温层4
‑
2外部为第二打印炉筒；第二打印炉筒上的第三热偶孔4
‑
5和第四热偶孔4
‑
6分别与第三坩埚热偶孔33
‑
1和第四坩埚热偶孔33
‑
2对齐；将第三热偶和第四热偶装配到相应的热偶孔内；在第二打印炉筒上部装配第二打印炉盖4
‑
1进行密封；第二陶瓷坩埚中放置铝合金原料，并通过第二加热丝4
‑
3给其加热，第二打印炉盖4
‑
1上装配第二压力平衡管4
‑
4进行第二铝合金熔体通道4
‑
9中熔体压力及流速的控制；第二铝合金熔体通道4
‑
9中的熔体通过界面张力和打印炉体内的压力下实现铝合金熔体随着铝合金打印导辊34的转动转运至碳纤维复合材料成型件1上；随着铝合金打印导辊34的不断运动，最终实现铝合金熔体不断压制在碳纤维复合材料成型件1上，并覆盖复合3d打印头形成的裸露的碳纤维表面上方，装备后的结构如图1
‑
和图3所示。
27.进一步的，所述主体结构的组装包括如下步骤：在基座2的左侧分别布置第一导轨5和第二导轨6，右侧布置第三导轨7；第一导轨5、第二导轨6、第三导轨7上分别装配第一主驱动电机11、第二主驱动电机12、第三主驱动电机13，并通过装配在上述3个主动驱动电机上的第一滑轮8、第二滑轮9和第三滑轮10分别与第一导轨5、第二导轨6和第三导轨7接触，在第一主驱动电机11、第二主驱动电机12和第三主驱动电机13上分别装配第一运动主臂14、第二运动主臂15和第三运动主臂16；在第一运动主臂14、第二运动主臂15、第三运动主臂16的上端分别装配第一伸缩驱动装置20、第二伸缩驱动装置21以及第三伸缩驱动装置22，在所述第一伸缩驱动装置20、第二伸缩驱动装置21以及第三伸缩驱动装置22的动力输出端分别安装水平设置的第一伸缩臂17、第二伸缩臂18以及第三伸缩臂19；在第一伸缩臂17、第二伸缩臂18以及第三伸缩臂19的自由端分别安装第一辅助运动驱动装置23、第二辅助运动驱动装置24和第三辅助运动驱动装置25，在第一辅助运动驱动装置23、第二辅助运动驱动装置24和第三辅助运动驱动装置25的动力输出端分别安装第一转动丝杆、第二转动丝杆以及第三转动丝杠，在所述第一转动丝杆、第二转动丝杆以及第三转动丝杠的下端分别安装铝合金3d打印装置4、旋转铣
刀29及复合3d打印装置3，装配后的结构如图1所示。
28.综上，本发明所述装置和方法通过复合3d打印装置将碳纤维与铝合金熔体交替混合，然后被送至并凝固到工件基体上，后续在经过另一铝合金3d打印装置将上一工序裸露的碳纤维通过铝合金熔体覆盖，凝固后通过旋转铣刀将该铝合金层的凝固界面平整化，以便于后续复合3d打印导辊工作，最终通过上述系统连续工作，在控制终端的作用下实现铝基连续碳纤维增强复合材料的3d成型；能够实现碳纤维定向分布均匀的复杂铸件的精密成型，在制备大型工件方面设备成本相对较低，制备的工件缺陷较少，质量较高。