三维编织法： 三维编织法中纤维在三维空间中相互交织交叉 在一起， 不但在平面 内相互交织而且在厚度方向亦相互交织， 从而形成了一个不分层的整体结构， 提高了 编织件整体性能， 将得到的预制件经树脂浸渍后最终形成制件。 Quadrax Advanced Materials 公司提出四步法加工工艺， 杜邦公司开发了两步法加工工艺， 对三维编织的 工艺埋论进行了研究。此项技术的发展促进了 多向增强复合材料在航空工业中的应用， 受到了各工业发达国家的极大关注。 美国 3TEX、 德国 Herz ₀ g、 日本京都工艺纤维大 学等都开发了先进三维织造机， 运行速度较高， 配合专用大容量携纱器可实现更大轴 向尺寸预制件的编织。 然而， 三维编织技术更多地只用于加工截面尺寸变化 较小的预 制件， 对于复杂结构的预制件， 需通过在编织过程中改变纤维排布或数量， 使得加工 工序复杂化， 不易于自动化控制。 缝合编织法： 美国、 德国、 英国等国研究了缝合编织法， 其基本原理是利用成熟 的缝纫工艺将二维平面织物加工成三维预制件 ， 将得到的预制件经树脂浸渍后最终形 成制件。 其生产工艺简单， 成本较低， 被各国认定是一种有潜力的加工技术。 此方法 在分层上仅有几排纤维束互相交织， 并且由于受到缝合工艺的限定， 仅被应用在加工 垂直方向的缝合，对于曲面预制件的加工仍有 局限性，对预制件的厚度有一定的限制。 三维织造法： 三维织造复合材料是以三维整体织物作为增强 体的复合材料， 是 20 世纪 80 年代发展起来的一种新型织物复合材料， 其由一维和二维结构发展而来， 三 维结构织物的纤维不仅通过二维平面， 而目通过厚度方向在空间相互交织， 形成整体 结构， 可设计性好， 同时克服了二维复合材料抗冲击性能差、 易分层等缺点， 具有优 异的力学性能。 采用此技术可以直接编织出各种形状、 不同尺寸的整体异型预制件。 用这些预制件制成的复合材料制件不需再加工 ， 这就避免了由于加工所造成的纤维损 伤。 此方法具有高强度、 基体损伤不易扩展、 高抗冲击性能和综合力学性能好， 以及 耐烧蚀、 抗高温、 热绝缘性能好等独特的优点， 日前已经引起了美国、 德国等世界各 国的关注， 已经成为复合材料预制件成形的重要领域和研 究方向。 但是， 传统复合材料由于层间没有纤维通过， 而容易分层， 为了达到厚度上的要 求， 绝大多数采用层合的形式， 但由于较弱的层间性能、 冲击后易受损伤以及机械连 接孔和几何形状突变处的强度显著下降等弱点 ，限制了它在主要承力结构件上的应用。 三维织造复合材料是以三维整体织物作为增强 体的复合材料， 是 20世纪 80年代 发展起来的一种新型织物复合材料， 其由一维和二维结构发展而来， 三维结构织物的 纤维不仅通过二维平面， 而且通过厚度方向在空间相互交织， 形成整体结构， 可设计 性好， 同时克服了二维复合材料抗冲击性能差、 易分层等缺点， 具有优异的力学性能， 已经引起了美国、 德国等世界各国的关注， 被越来越广泛地应用航空航天、 军工、 汽 车等关键领域。 用于复合材料预制件制备的三维织造技术主要 包括三维编织、 三维机织、 三维针 织等。 复合材料三维织造技术相比于传统的层压复合 材料、 自动铺放技术具有诸多优 点， 但织造成形过程中存在的成形尺寸小、 工序复杂、 设备自动化低、 纤维含量低， 难以实现大型、 复杂结构件制造等问题。 本发明是在研究目前复合材料三维织造成形方 法的基础上， 主要针对日前织造成 形方法预制件层间力学性能差的问题，提出了 一种新的复合材料预制件织造成形方法。 发明内容 为了实现上述目的， 根据本发明的一个方面， 针对传统三维织造预制件的层间强 度低、 成形尺寸小、 工序复杂、 不易自动化实现等缺点， 将快速成形技术与复合材料 织造技术结合起来， 提出一种基于数字化导向模板的预制件分层织 造成形方法， 实现 复合材料预制件制备的自动化， 为大型、 复杂预制件的织造提供一种柔性加工方法。 该方法引入了阵列式导向柱模板， 为每层编织纤维提供支点。 根据三维模型分层 后的二维轮廓设计导向柱模板， 并将导向套布置在导向柱上， 近似逼近零件的轮廓； 织造纤维通过缠绕、锁紧导向套形成内部网格 结构和内外轮廓， 达到各种结构的织造。 导向套为不同层纤维提供支撑， 加强层间强度。 为了便于织造成形， 易于实现自动化缠绕导向套， 确定每层截面轮廓内沿 0度、

45度、 90度、 135度四个方向逐行缠绕平行的导向套， 相邻两个导向套的纤维缠绕方 式可以是直线式和' 8 '字式； 四个缠绕方向叠加后， 得到每层截面轮廓内部网格结构。 一种复合材料预制件分层织造成形方法， 其特征包括如下步骤： a ) 对复合材料零件 CAD 模型沿 Z向进行分层， 生成截面轮廓信息； b ) 根据截面轮廓信息将导向套布置在阵列布局的 导向柱模板上； c ) 在当前织造层轮廓内， 以导向套为支撑， 将纤维沿 0度方向平行的导向套逐 行缠绕； 以导向套为支撑， 将纤维沿 45 度方向平行的导向套逐行缠绕； 以导向套为 支撑，将纤维沿 90 度方向平行的导向套逐行缠绕； 以导向套为支撑，将纤维沿 135 度 方向平行的导向套逐行缠绕： 纤维沿不同方向缠绕的顺序可以任意组合， 所有织造路 径叠加后完成一层轮廓内部的织造； 当前层内外轮廓的织造由纤维沿内外轮廓附近 的 导向套缠绕完成； d ) 完成一层织造后， 继续采用步骤 c ) 进行下一层的织造； e ) 完成所有层织造后， 将所有缠绕纤维的导向套从导向柱模板取下， 完成复合 材料预制件的织造。 所述织造纤维包括碳纤维、 石墨纤维、 芳纶纤维、 碳化硅纤维、 玻璃纤维等， 纤 维规格可根据复合材料零件三维模型选择。 所述导向套结构是可以设计的， 其外部可以是光滑的， 也可以是带有凹槽的， 织 造时纤维在导向套凹槽内进行缠绕； 导向套高度、 直径、 截面形状等参数可根据零件 三维模型设计。 所述导向套可以根据实际需要选择不同材质， 如铝合金、 碳纤维增强复合材料、 钛合金、 不锈钢等。 所述导向柱模板上有直径、 间距可设计的导向柱阵列。 所述沿平行的导向套逐行缠绕和沿内外轮廓附 近导向套缠绕过程中， 相邻导向套 间的缠绕方式可以是直线式和' 8 '字式。 根据本发明的另一方面， 提供了一种针对日前预制件三维织造方法零部 件的层间 强度低、 整体性差等缺点， 现提出一种以导向套 （a) 为支点进行导向套坎合槽 （b) 错层缠绕的预制件层间增强织造成形方法。 该方法包括如下步骤： 预制件模型分层， 在导向模板上布置具有等间距坎合槽的 导向套阵列， 当前层内纤维以导向套为支点， 纤维分别沿 0度、 45度、 90度、 135度 方向平行的导向套逐行进行编织， 每一行内两个相邻导向套纤维错层缠绕， 并锁紧导 向套上的坎合槽， 完成一层编织后 ， 再进行下一层坎合槽之间的错层编织， 直到所有 层编完后， 将缠绕纤维的导向套从导向柱模板取下， 得到预制件。 本方法特征在于导 向套在坎合层间加入了纤维连接， 因此大大增强了层间的力学性能。 本方法解决其技术问题所采用的技术方案流程 如下： a) 首先将零件三维 CAD 模型沿 Z 向分层， 得到每层的二维轮廓信息； b)根据每一层的二维轮廓信息，在数字化导向� ��板上布置具有等间距坎合槽的导 向套阵列； c) 将要编织的当前层沿 Z向位置设置在两个导向套坎合槽平行层之间� � d) 以导向套为支撑， 纤维沿 0度方向平行的导向套之间逐行进行编织， 在每一行 两个相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 45度方向平行的导向套 之间逐行进行编织， 在每一行两个相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 90度方向平行的导向套之间逐行进行编织，在� ��一行两个相邻导向套坎合槽内 错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 135 度方向平行的导向套之间逐行进行编织， 在 每一行两个相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 缠绕顺序可以根据每一层内和层间的二维 轮廓信息任意排列组合， 完成一层轮廓内部结构的编织； e ) 完成一层编织后， 继续采用步骤 d) 在两个导向套坎合槽平行层之间完成下 一层编织； f)所有层间增强编完后， 将缠绕纤维的导向套从导向模板取下， 得到预制件。 所述导向套上的坎合槽是层间增强的关键， 坎合槽的特征在于坎合槽的截面形状 包括多种形状， 如矩形， 梯形， 半圆形等可以加工出来的形状， 尺寸也可以根据预制 件的结构进行调整。 所述导向套的特征在于材料种类很多， 除了包括传统的金属以及合金之外， 还包 括碳棒、 聚四氟等可以加工出坎合槽的非金属材料。 所述纤维的特征在于材料的种类很多， 包括碳纤维、 碳化硅纤维、 石英纤维、 芳 纶纤维、 玻璃纤维等可以实现织造的复合材料增强纤维 ， 纤维粗度也可以根据织造要 求进行选择。 所述缠绕的特征在于缠绕方式包括空间直线式 和空间' 8'字式， 也可以两种方式相 组合， 不同的缠绕方法叠加缠绕在导向套凹槽内， 可以增强纤维的体积含量。 本发明与现有技术相比， 具有以下优点：

1 ) 复合材料预制件分层织造方法工艺简单、 易于实现自动化， 为大型、 复杂预 制件织造提供一种柔性加工方法；

2 ) 导向柱在模板上的排列可以根据零件的尺寸、 形状等特点进行灵活布置， 大 大提升了三维织造零部件的灵活性和操作性；

3 ) 该织造方法通过导向套实现层间连接， 避免层间分层， 使预制件有较好的力 学性能。 进一步地， 通过层间增强织造， 纤维可以在相邻导向套不同坎合层之间连接， 因 为层与层之间加入了纤维连接， 大大增强了层间力学性能。 导向套表面的坎合槽可以 将各层有机结合， 使预制件成为一个整体， 克服传统编织方法层间仅靠聚合物粘结易 撕裂的缺点， 进一步增强了层间力学性能。 导向套本身在层间方向也可以承担很大的 力学性能， 也将大大增强层间方向的力学性能。 本方法从以上方面提高了复合材料预制件层间 方向的力学性能， 解决的了复合材 料预制件织造的关键技术难点。 附图说明 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对 本发明的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 本发明第一实施例的复合材料预制件分层织造 流程图； 图 2: 本发明第一实施例的复合材料预制件轮廓层内 四个纤维逐行织造方向;

S 3： 本发明第一实施例的导向套间纤维缠绕方式； 图 4: 本发明第一实施例的不同织造路径叠加； 图 5 : 本发明第一实施例的截面为半圆形的半圆柱的 层内织造， 其中的附图标记: 1 导向柱， 2 导向套， 3导向柱模板， 4织造单元； 图 6: 本发明第二实施例的预制件织造成形流程图； 图 7: 本发明第二实施例的表面为坎合槽的导向套， 其中， a) 导向套， b) 导向 套坎合槽； 图 8: 本发明第二实施例的预制件分层示意图， 其中， a) 两个导向套坎合槽平行 层， b) 当前层； 图 9: 本发明第二实施例的 0度方向织造示意图； 图 10: 本发明第二实施例的 45度方向织造示意图； 图 11 : 本发明第二实施例的 90度方向织造示意图； 图 12: 本发明第二实施例的 135度方向织造示意图； 图 13 : 本发明第二实施例的错层缠绕侧面效果图； 图 14: 本发明第二实施例的预制件俯视面效果图； 图 15 : 本发明第二实施例的预制件侧面效果图； 图 16: 本发明第二实施例的空间直线式缠绕方式俯视 面效果图； 图 17: 本发明第二实施例的空间" 8"字式缠绕方式俯视面效果图。 具体实施方式 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。 为详细的描述本发明的特点和步骤， 列举本发明的第一实施例的截面为半圆的半 圆柱预制件的织造方法： 首先在计算机上完成半圆柱 CAD 模型的设计， 分层设计得到每层二维截面轮廓 信息； 将直径为 3mm 导向柱 （1 ) 按 8mm 的等间距阵列排布得到导向柱模板 （3 ) 上； 选取导向套 （2) 材料为外部光滑碳纤维管， 内径为 3mm ， 外径为 5mm ， 高度 设计为跟半圆柱等高， 将其排布在导向柱（1 )上， 近似逼近半圆柱的截面轮廓； 选取 3k规格的碳纤维作为织造纤维。

从最底层开始织造， 在织造层近似半圆轮廓内， 以导向套 （2) 为支撑， 纤维分别沿 0 度、 45 度、 90度、 135度的顺序逐行缠绕平行的导向套， 每种缠绕方式相邻两个导向 套纤维连结方式采用直线式和' 8'字式， 所有织造路径叠加后完成一层轮廓内部的织 造； 当前层外轮廓的织造由纤维沿外轮廓附件的导 向套缠绕完成， 并且相邻两个导向 套纤维连结方式也为直线式和' 8'字式； 完成一层织造后， 得到织造单元 （4)。 采用上述方法进行下一层的织造； 层层织造， 完成三维预制件所有层织造后， 将 缠绕碳纤维的导向套 （2) 从导向柱模板 （3 ) 上取下来， 完成预制件织造。 为详细的描述本发明的特点和步骤， 列举本发明的第二实施例的尺寸为 110mm xllOmm xlOOmm 的六面体预制件的织造方法。 首先选择直径 10mm， 高度 100mm 的 材料为碳棒的导向套， 坎合槽截面为矩形， 槽宽 3mm槽深 2mm， 槽间距 5mm; 将零 件三维 CAD 模型沿 Z向分层， 得到每层的二维轮廓信息； 根据每一层的二维轮廓信 息， 在数字化导向模板上等间距布置 5X5 个导向套， 导向套中心距 25mm; 将要编织 的当前层沿 Z向位置设置在两个导向套坎合槽平行层之间� � 以导向套为支撑， 选取 3k 规格的碳纤维沿 0度方向平行的导向套之间逐行进行编织， 在每一行两个相邻导向套 坎合槽内错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 45 度方向平行的导向套之间逐行进行 编织， 在每一行两个相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 90 度 方向平行的导向套之间逐行进行编织， 在每一行两个相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 以导向套为支撑， 纤维沿 135 度方向平行的导向套之间逐行进行编织， 在每一行两个 相邻导向套坎合槽内错层缠绕； 缠绕顺序可以根据每一层内和层间的二维轮廓 信息任 意排列组合， 完成一层轮廓内部结构的编织； 完成一层编织后， 继续采用上述步骤在 两个导向套坎合槽平行层之间完成下一层编织 ； 所有层间增强编完后， 将缠绕纤维的 导向套从导向模板取下， 得到预制件。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的 任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。