连续碳纤维增强聚醚醚酮零件及其增材制造方法和设备

技术特征：
1.一种连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，该增材制造方法包括如下步骤：s1选取聚醚醚酮粉末和连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材；s2利用所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材打印聚醚醚酮基底并将其作为待成形表面；s3采用熔融沉积成型工艺，在所述待成形表面上按照规划路径沉积所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材以获得沉积丝，然后在其上方铺一层所述聚醚醚酮粉末；s4采用激光选区烧结成形工艺，按照规划路径对聚醚醚酮粉末进行激光扫描以获得新的待成形表面，扫描完成后将成形缸下降预设高度；s5在新的所述待成形表面重复步骤s3、s4，直至制得成形零件。2.如权利要求1所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s1中，所述聚醚醚酮粉末的粒径为10～100μm，所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的直径为1.75～3mm，该连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材中连续碳纤维的数目为200～4000根；将聚醚醚酮粉末在270～300℃下加热4～8h以增加其流动性。3.如权利要求1所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s2中，打印聚醚醚酮基底前先将粉床以5～15℃/min的升温速度升至320～330℃，同时将挤出所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的喷嘴加热至360～390℃。4.如权利要求1所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s2、s3中，挤出所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的喷嘴的直径为0.1～0.3mm，所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的沉积速率为20～40mm/s；相邻所述沉积丝的间距为喷嘴直径的3倍以上，并且相邻所述沉积丝的间距为0.2n mm，n是整数且大于等于3。5.如权利要求1～4任一项所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s4中，将激光扫描路径分为路径1和路径2，其中路径1为连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的沉积路径，路径2为除路径1以外的其他路径，激光扫描的顺序依次为，路径1第一次扫描、路径2扫描、路径1第二次扫描、路径1第三次扫描。6.如权利要求5所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s4中，路径1第一次扫描的激光能量密度为路径2扫描的激光能量密度的1.3～2.0倍；路径1第二次扫描和路径1第三次扫描的激光能量密度分别为路径1第一次扫描的0.8倍和0.5倍。7.如权利要求5或6所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s4中，路径2扫描的激光能量密度为0.0525～0.0675j/mm2，成型缸下降的预设高度为0.1～0.3mm，并且小于等于挤出所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材的喷嘴的直径。8.如权利要求1所述的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造方法，其特征在于，步骤s5中，为消除热应力，将成形零件在260～290℃下保温8～12h。9.采用如权利要求1～8任一项所述增材制造方法方法制备的连续碳纤维增强聚醚醚酮零件。10.一种连续碳纤维增强聚醚醚酮零件的增材制造设备，其特征在于，该设备包括激光选区烧结单元和挤出预铺单元，其中所述激光选区烧结单元包括成形缸(2)、铺粉辊(4)、第一加热组件、送粉缸(3)、激光器(14)和振镜(15)，所述成形缸(2)用于放置待成形零件(5)，
其内部形成粉床(16)，用于与铺粉辊(4)相互配合以在所述待成形零件(5)的表面铺聚醚醚酮粉末，同时该成形缸(2)的外部设置有加热组件，用于加热所述聚醚醚酮粉末；所述送粉缸(3)设置在所述成形缸(2)的一侧，用于为所述成形缸(2)提供聚醚醚酮粉末；所述激光器(14)和振镜(15)设置在所述成形缸(2)的上方，用于对待成形零件(5)进行激光扫描；所述挤出预铺单元包括移动滑轨(10)和挤出组件，所述移动滑轨(10)用于带动所述挤出组件移动；所述挤出组件包括送丝口(11)、喷嘴(8)、剪切构件(9)和加热构件(7)，所述送丝口(11)用于送入连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材(12)，并将其从喷嘴(8)挤出；所述剪切构件(9)设置在喷嘴(8)的一侧，用于剪断所述连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材；所述加热构件(7)设置在挤出组件的内部，用于加热连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材。

技术总结
本发明提供了连续碳纤维增强聚醚醚酮零件及其增材制造方法和设备，属于先进制造领域，该方法包括如下步骤：利用连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材打印聚醚醚酮基底并将其作为待成形表面；采用熔融沉积成型工艺，在待成形表面上按照规划路径沉积连续碳纤维增强聚醚醚酮复合丝材以获得沉积丝，然后在其上方铺一层聚醚醚酮粉末；采用激光选区烧结成形工艺，按照规划路径对聚醚醚酮粉末进行激光扫描以获得新的待成形表面，扫描完成后将成形缸下降预设高度；在新的待成形表面重复上述步骤直至制得成形零件。本发明提供的方法能够制备复杂的多孔零件，实现零件轻量化的同时提高零件Z轴方向的强度，有效避免Z轴方向的分层。有效避免Z轴方向的分层。有效避免Z轴方向的分层。


技术研发人员：闫春泽 王浩则 陈鹏 苏瑾 陈致远 杨磊 史玉升
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/2/6