基于碳纤维成型工艺研究的智能碳纤维3d打印系统

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1、基于碳纤维成型工艺研究的智能碳纤维3D打印系统　　FDM技术是3D打印应用最为广泛的类型。论文充分结合碳纤维复合材料与3D打印技术的优势，通过对以碳纤维材料为基础的成型工艺的研究，形成集三维模型动态处理、打印过程动态监测、打印工艺动态调整、打印故障动态处理的智能3D打印系统。解决3D打印技术在成型性能、成型精度和系统智能性的问题，填补碳纤维3D打印工业应用的空白。　　【关键词】碳纤维FDM3D打印　　碳纤维作为国家发展的战略性材料，被称为“新材料之王”，作为一种物理性能优异，能够耐受高温而不失强度，对一般的酸、碱有良好的耐腐蚀作用的材料，广泛应

2、用于航空、航天、国防军工、体育器材等多领域。但传统碳纤维产品的制造方式相当复杂，首先要把碳纤维织成碳纤维布，以此作为制造物品的原料。然后再在模具表面涂胶，层层附上碳纤维布，进行压制、烘烤，才能成型。　　本文针对现有非金属材料3D打印在工业领域应用的不足，以3D打印技术和碳纤维复合材料为结合点，充分发挥二者在材料性能和成型方式的优势，为3D打印的产品从简单的展示性应用过渡到复杂的功能性应用提供新的方法具有重要应用价值。　　13D打印技术选用　　FDM是目前技术比较成熟的3D打印类型，具有打印设备成本低、打印设备和材料成本低、打印过程少污染等有点，

3、故选用FDM3D打印技术进行碳纤维成型打印系统的研究。　　2产品技术　　根据材料特性，整合三维模型切片处理系统、3D打印控制系统、传感检测系统等，研发工业级高效高精3D打印系统。采用3D打印方式代替传统碳纤维长丝成型制造中编织、涂胶、铺布、压制、成型等系列繁杂、低效的工艺流程。　　2.1硬件产品　　2.1.1碳纤维短纤材料制备装置　　用于碳纤维短纤材料与其他材料（PLA、ABS、环氧树脂）的混合与制备，生产适合3D打印的碳纤维复合材料，并方便对材料性能进行测试。为研发碳纤维长纤复合材料的制定奠定基础。如图1所示。　　2.1.2碳纤维短纤3D打印

4、机　　打印机采用金属框架结构及改进的喷头，用来打印碳纤维短纤材料。机器安全文档，打印精度高。具有以太网、Wi-Fi、触摸屏等多种控制方式及摄像头功能，能够远程监控。既利于3D打印网络集群管理，又适合离线单机操作。为碳纤维长纤3D打印智能装备提供基础。　　2.1.3桌面型打印机　　打印机整体机器结构简洁紧凑，桌面面积占用小节省空间，打印机的紧固件由自身打印件组成，可实现机器部分自我复制。运动机构原理一目了然，具有易拆卸及组装的特点，方便操作和学习，且价格低廉。　　2.1.4特色型打印机　　巧克力3D打印机为多喷头多材料的碳纤?S3D打印装备提供了

5、基础。通过摄像头以及多传感器对打印机状态进行实时监测，增加了优化的三维模型处理功能，为碳纤维3D打印路径规划的研究提供了基础。同时，设备特色鲜明，利于走进生活。如图2所示。　　2.1.5三维扫描仪　　三维扫描仪的研发为智能3D打印装备而定在线监测提供基础。扫描仪由2个激光头和一个摄像头组成，具有结构简单，扫描速度快，成本低，使用方便等特点。采用自主研发的三维点云采集软件导出ply格式文件，可与当今最主流的点云处理软件Geomagic、MeshLAB等软件兼容，方便用户根据自己的需求处理点云模型。　　2.2软件产品　　2.2.1控制系统　　通过对

6、核心控制算法的研究与多个分系统的集成，形成核心控制系统。并在此基础上，进行针对3D打印系统的实时操作系统的研发，为3D打印设备的研发提供基础。　　2.2.2三维模型路径规划系统　　模型切片处理是3D打印的前提。对不同打印对象规划不同的合理的打印路径，同时提供针对混合材料的数字化表达模型，是碳纤维复合材料3D打印的三维模型处理的基础。　　2.2.3模型预处理与模型检测系统　　能够为3D打印对象提供有效的3D打印合理性分析与模型修复机制，是提高工业用3D打印稳定性与智能型的基础。　　2.3碳纤维短纤3D打印材料　　如图3所示。　　2.4衍生服务　　

7、主要包括3D打印产品打样加工等。（如图4所示）　　3总结　　碳纤维材料由于其高强度、低密度的特性，被广泛应用于航空航天、军工等高端制造领域。本项目以智能碳纤维3D打印机、碳纤维3D打印材料为产品，与行业应用紧密结合，形成集“新型碳纤维3D打印材料--碳纤维3D打印设备--3D打印服务“为一体的应用。　　主要优点为：　　（1）用新型碳纤维材料代替传统材料，提升3D打印产品的性能。　　（2）研发碳纤维材料智能3D打印装备，解决碳纤维长纤打印一体成型问题。　　（3）提升3D打印的精度、质量，满足零部件对材料性能、精度、质量的要求。　　（4）集智能物联

8、、传感监测、智能诊断、动态工艺为一体，提升系统智能性。　　（5）3D打印新型制造模式，为制造业转型升级提供服务。　　参考文献　　[1]黄汉生.复合材料