[發明專利]基于快速成形制造技術的碳纖維傳感元嵌入裝置及方法

有效

• 申請號: 201610247669.X
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105881902B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 姚鑫驊;欒叢叢;傅建中;蘭劉健
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/321;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 徐敏

技術領域

本發明涉及碳纖維傳感元嵌入技術，特別涉及基于快速成形制造技術的碳纖維傳感元嵌入裝置及方法。

背景技術

碳纖維(Carbon Fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維具有許多優良的性能，如軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞、腐蝕性好，熱膨脹系數小且具有各向異性及良好的導電導熱性能等。碳纖維絲在拉應變下其電阻隨應變呈正比例增加，在壓應變下電阻隨應變的增加而呈正比例減小，呈現出良好的導電性和壓阻效應，具有良好的自感知特性。

例如公開號為CN103422587A的專利文獻公開了一種碳纖維電阻傳感層智能監測免維護屈曲約束支撐，包括耗能鋼芯、GFRP約束段、波形節、成型泡沫、傳感層電極和碳纖維智能傳感層，所述GFRP約束段的兩端設有波形節，GFRP約束段和波形節的內部中心設有耗能鋼芯，GFRP約束段沿耗能鋼芯對稱布置，所述碳纖維智能傳感層位于GFRP約束段內，碳纖維智能傳感層平行設置在耗能鋼芯的長邊兩側，碳纖維智能傳感層與耗能鋼芯之間留有間隙，碳纖維智能傳感層與傳感層電極連接，碳纖維智能傳感層與GFRP約束段連接形成整體結構的空隙內填充有成型泡沫。上述裝置具有結構合理、自重輕、耐腐蝕、免維護、能智能監控的特點。

基于現代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上發展起來的快速成形制造技術(Rapid Manufacturing，簡稱RM)可以無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產品設計(CAD)數據，直接、快速、精確地制造出具有一定功能的新產品原型或直接制造零件。其基本原理是“分層制造，逐層疊加”，將一個實體的復雜的三維加工離散成一系列的層片，大大降低了加工難度，同時也為嵌入式加工制造創造了有利的條件。

假肢是用工程技術的手段和方法，為彌補截肢者或肢體不完全缺損的肢體而專門設計和制作裝配的人工假體，又稱“義肢”。其主要作用是代替失去肢體的部分功能，使截肢者恢復一定的生活自理和工作能力。隨著經濟條件的轉變和社會的發展，殘疾患者對假肢的舒適度要求越來越高，同時醫生對假肢實際使用狀態的監測也至關重要。

因此，建立一種能夠自監測的假肢對舒適度和使用壽命進行實時監測具有重要的意義，碳纖維自感知功能和快速成形制造技術有望推進自感知智能假肢的出現，但是目前市場上仍沒有相關的制造裝置或者方法。

發明內容

本發明提供了一種基于快速成形制造技術的碳纖維傳感元嵌入裝置，解決碳纖維在快速成形制造中自動鋪設問題，使制造出的結構帶有自監測功能。

一種基于快速成形制造技術的碳纖維傳感元嵌入裝置，包括：

工作臺；

升降和平移模塊，安裝在工作臺上；

水平移動臺，用于安裝和移動快速成形制造的任一疊加層；

儲絲模塊；

鋪絲模塊，安裝在升降和平移模塊的動力輸出端，用于在快速成形制造的任一疊加層內牽引和嵌入來自儲絲模塊的纖維絲；

纖維絲固定模塊，用于在嵌入的起始位置固定纖維絲；

斷絲模塊，用于切斷嵌入快速成形結構中的纖維絲的尾部。

本發明裝置適用于多種類型的快速成形制造技術，例如光固化成型技術，只要將光固化成型裝置安裝到水平移動臺上，根據需要通過鋪絲模塊在實體結構的任一層中嵌入碳纖維，從而得到帶有自監測功能的結構。

為了實現快速出絲，優選的，所述鋪絲模塊包括：

安裝座，與升降和平移模塊的動力輸出端固定連接；

纖維絲驅動箱，固定在所述安裝座上；

鋪絲頭，安裝在所述纖維絲驅動箱下方，所述纖維絲驅動箱將儲絲模塊的纖維絲牽引至鋪絲頭并驅動纖維絲自該鋪絲頭出絲。

上述結構的鋪絲模塊結構簡單，使用方便。

為了便于進行斷絲和纖維絲固定，優選的，所述鋪絲模塊還包括安裝在纖維絲驅動箱的下方且水平轉動的轉盤以及轉盤驅動裝置，所述轉盤中間開設有過絲孔，所述纖維絲驅動箱輸出的纖維絲穿過該過絲孔至鋪絲頭，所述斷絲模塊和纖維絲固定模塊安裝在所述轉盤的周向邊緣上。上述轉盤的設置便于操控斷絲模塊和纖維絲固定模塊到所需的位置進行工作，提高本發明裝置的靈活性。

為了便于制造和使用，簡化裝置結構，優選的，所述轉盤驅動裝置包括：

齒輪盤，固定在轉盤的下方；

內軸承，固定在纖維絲驅動箱的底部，所述齒輪盤安裝在內軸承上；

蝸桿，與齒輪盤的周向輪齒嚙合；