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需求描述

为克服现有技术由于材料本身的性能及成型工艺的问题，非金属材料3D打印还主要停留在非功能性零件和产品原型的设计验证上，无法在工业领域进行3D打印直接应用等问题。现需解决的主要技术难题：

1、通过对基于 FDM 原理的 3D 打印技术的分析，将碳纤维复合材料与 3D 打印技术相结合，提出碳纤维长纤 3D 打印成型的工艺方法。并对成型工艺进行分析，得出碳纤维长纤 3D 打印成型关键技术点。对碳纤维长纤 3D 打印多工艺参数之间的关系匹配进行分析研究，探索各主要成型工艺参数之间对打印成型的影响；

2、对挤料喷头装置的研究，先对成型线材进行分析，获得挤料装置设计要求，对挤料喷头装置进行功能区划分，开展挤料装置的结构设计与驱动分析。完成喷头加热与散热系统的设计与研究，通过仿真分析喷头结构的温度场分布与达到热平衡状态时喷头温度，指导装置结构的优化设计，结合实验，以实现导热散热良好条件下热分布效果，满足喷头对温度加热的要求；

3、对剪切系统的研究，针对复杂三维模型成型路径跳转处理的需求，经过方案比较得到满足需求的剪切处理方式，并研究成型系统与剪切系统的协调关系，完成对剪切机构与控制系统的设计研究。通过仿真分析并结合实验，验证基于 FDM 原理的碳纤维长纤复合材料 3D 打印成型远端剪切方法的可行性，以及能够完成对复杂模型的打印成型；

4、碳纤维长纤 3D 打印系统的实验研究，介绍系统整体控制框架以及模型处理软件与参数设置方法。通过研发设计碳纤维长纤 3D 打印设备，完成碳纤维长纤 3D 打印的成型实验与样件性能测试分析。