碳纤维复合材料3D打印成型工艺与装备协同创新路径

摘要

当前碳纤维复合材料在3D打印领域面临材料参数波动、成型精度不足及结构一致性欠佳等诸多挑战。本研究基于材料—工艺—装备协同优化理念，构建进料剪切稳定机制、路径插值与误差前馈控制算法、热控闭环反馈技术及装备平台集成优化路径。通过引入高速视觉反馈与动态浆料流变模型提升浆料输出一致性；采用三阶样条插值及动态预测修正方案提高复杂路径执行精度；通过构建红外测温与分区热场调节系统实现热界面温度均衡控制；在结构装备方面，开发多段控温喷头、低膨胀陶瓷平台与五轴反馈补偿系统，增强设备运动适应性与平台热稳定性。多材料喷头协同实验结果表明，路径-热控一体化策略可有效控制热应力并提升界面结合强度，以期为实现高性能、复杂构件的稳定增材制造提供技术支撑与装备参考路径。

关键词

碳纤维复合材料 / 3D打印 / 成型工艺 / 协同控制 / 增材制造