2026年7月14日，北京工业大学技术转移中心近日发布了一项3D打印技术成果，主要是围绕连续碳纤维增材制造路径规划软件。
研发团队简介
北京工业大学精密工程研究所以我国高端装备制造业的重大需求为导向，遵循“理论探索-关键技术研究-产品研制-推广应用”模式，形成了“精密测试技术”和“精密智能传动”两个特色鲜明的研究方向，取得了一系列创新成果并在重大装备上获得应用；与国内外研究机构和企业紧密合作，持匠人之心服务于行业，不断将科研成果转化为生产力，取得了良好的经济社会效益；长期参与国际标准制定，为我国争取在国际标准上拥有更多的话语权而不懈奋斗着。
研究所拥有北京市创新团队和战略科技人才团队，研究人员和在校硕博研究生共计80余名团队成员，形成了专业配套、优势互补、结构合理的科研队伍。
面临的产业难题
1.打印路径存在尖角，导致打印件力学性能差：连续碳纤维丝束本身特性决定了在打印过程中需要尽可能连续，减少切断的次数，而传统的打印路径规划并没有考虑连续性，并且在锐角或急转弯处很容易导致纤维断裂、局部起皱，这种工艺上的不稳定性，使得打印结果难以预测，失败率较高。
2.打印层之间接缝点位置相同导致应力集中：由于层间结合强度远低于纤维本身性能，沉积路径起止点的空间重叠会导致“Z轴接缝”现象。这种微观缺陷在垂直方向的连续堆叠破坏了材料的连续性，进而诱发严重的应力集中，在外载荷作用下会导致构件呈现显著的各向异性，并大幅降低其极限抗拉强度与结构可靠性。
3.单一扫描方向导致构件层间结构极易撕裂：若各切片层仅采用固定方向的扫描填充，会导致构件在顺着路径的方向上强度极高，但在垂直路径方向及层间结合处的抗拉、抗剪强度极低。使得打印件在复杂受力环境下极易发生层间剥离或断裂。
核心技术和解决方案
1.拐点圆滑处理方法
计算相邻路径的空间夹角 ，当判定该夹角小于等于设定的平滑阈值时，在该锐角拐点处触发圆弧插入机制。以设定线宽的一半作为过渡圆弧半径，并计算出两侧相邻折线段的退让倒角距离，进而将折线尖角转化为平滑曲线。
2. 层间接缝点优化方法
以设定的角度步长生成一系列离散的射线方向，随后以当前切片轮廓的几何中心为原点，沿给定角度方向进行射线投射，通过计算正向最小距离参数，得到射线与实际轮廓边界的首个交点即该打印层的接缝点。
3.扫描线路径方向变换方法
以零件轮廓几何中心为基准原点，利用二维旋转矩阵将原多边形整体旋转一定角度，并映射至局部坐标系下。通过位姿变换生成往复式扫描路径，完成局部规划后，对生成的节点序列执行反向旋转操作还原至全局坐标系。
应用案例
该路径优化算法及切片软件已在中国航空制造研究院投入使用，并成功实现复杂构件的打印验证。通过底层路径优化，有效解决了复杂碳纤维模型切片及打印的难点，显著提升了构件的打印成功率与综合力学性能，满足了航空航天零部件对轻量化与高强度的需求并实现了工程应用。
0 留言