增材制造技术是一项综合了数字建模、机电控制、材料科学等多个领域的新兴技术,其发展迅猛,被荣称为“具有第三次工业革命重要标志意义”的制造技术,西方发达国家将其列为战略发展的关键技术。目前,增材制造技术依托诸多学科的顶尖技术,在航空航天、汽车家电、生物医药、食品加工等领域得到了一定应用。
增材制造技术发展至今,按照其成型机理可分为熔融沉积成型、立体光固化成型、分层粘结成型、粉末成型和激光烧结成型五种,其中熔融沉积成型应用最广。纤维增强复合材料增材制造技术是基于增材制造原理将纤维与树脂合成到一起,并在路径控制下移动喷头形成产品,是增材制造技术中的一个重要分支。利用纤维增强复合材料增材制造技术打印出的纤维增强复合材料产品,不仅具备高强度、高刚度、质量轻等特点,而且还可以控制纤维的分布方向,从而控制产品的性能。纤维增强复合材料增材制造技术无论是在民用还是军事上都具有重大的意义。例如,利用碳纤维复合材料制作汽车零部件,提升汽车性能并降低油耗;碳纤维复合材料产品涵盖航天光学遥感器的各个部位,如相机镜筒、相机支架、遮光罩、桁架等。
纤维增强复合材料增材制造技术起源于1998年,Richard Chartoff等利用分层实体制造工艺处理平板材料的优势,将玻璃纤维与环氧树脂制成连续纤维预浸布,并通过高温碾压辊使纤维预浸布逐层粘结,然后通过激光切割得到每层轮廓,整体成型后再经高温固化后处理,最终制成纤维增强复合材料,基于分层粘结成型的纤维增强复合材料增材制造工艺如。使用分层粘结成型工艺制得的复合材料在层间和纤维与基体间界面结合良好,并且由于进行高温固化后处理,层间结合强度进一步提高,将复合材料的空隙率降低至5%。
由此工艺制成的样件拉伸强度达713?7MPa,弯曲强度达1190?1MPa,接近于传统复合材料加工工艺所能达到的强度。
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