[發明專利]熱塑性復合材料自動鋪放裝置及方法

有效

• 申請號: 201810752694.2
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108819292B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 劉佳;白陳明;石巖;李忠;劉雙宇;劉鳳德;張宏
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種熱塑性復合材料自動鋪放裝置及其方法，熱塑性復合材料自動鋪放裝置包括鋪放裝置，鋪放裝置安裝在支撐板上，激光焊接裝置的激光焊接頭固定于鋪放裝置一側，超聲振動裝置固定于鋪放裝置另一側；鋪放裝置纏繞在帶盤上的熱塑性預浸帶經導向輪和主、副驅動輥傳送至加壓滾輪下方，控制加壓滾輪壓力，使熱塑性預浸帶與基材充分接觸；激光焊接頭發出的激光束傾斜照射在熱塑性預浸帶與基材交界處，紅外測溫探頭檢測加工溫度并反饋至計算機，實時控制加工溫度；超聲振動裝置對加壓滾輪后方熱塑性預浸帶超聲沖擊；本發明激光作為熱源，加熱區域精準、速度快；引入超聲能量，提高界面連接強度；溫度閉環控制，提高加工成型件質量。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種熱塑性復合材料自動鋪放裝置及方法。

背景技術

高性能復合纖維材料制成的結構件具有高強化、輕量化且耐腐蝕等特點，在宇航、汽車、電器、建筑等的領域應用日趨廣泛。其中熱塑性樹脂基復合材料固化時間短，大大縮短了成型周期，具有抗沖擊韌性強，焊接性能良好等特點，受到越來越多的關注和研究。但是，由于其樹脂基材熔點高、黏度較大，構件成型需高溫高壓，對成型設備要求較苛刻，因此制約對其進一步的推廣使用，而自動鋪放成型技術能夠有效解決這一問題。

激光焊接技術是利用高能量密度的激光束作為焊接熱源，使工件發生熔化并粘合，從而達到焊接目的的一種焊接技術。激光焊接光束能量密度高，焊接速度快，且加工精準。激光焊接為非接觸焊接，可以實現一定距離的焊接，靈活方便，常與機器人配合使用，實現自動化。采用激光焊接可以焊接難熔材料，能對異種材料進行焊接，而且焊接效果較好。使其成為高性能復合纖維材料自動鋪放的理想手段之一。

超聲在媒介中傳播時，能夠產生機械、空化、聲流和熱效應等現象，使超聲波同時兼具強烈的分散、粉碎、活化等多重作用。在復合材料加工過程中輔助以功率超聲，利用超聲打破液體中的氣泡，同時產生高溫、高壓及局部作用，改善復合材料物理化學等方面性能。

中國專利CN104354302B公開了一種自動化貼膜式鋪放復合材料預成型體的裝置及方法，其特征在于先將纖維和樹脂膜壓制成半預浸帶，然后將半預浸帶鋪放在芯模上，并得到預成型體。但是其并不適用于成型小曲率的熱塑性復合材料構件的鋪放，其鋪放速度較慢，熱塑性復合材料界面連接強度低，不能滿足實際使用要求。

中國專利CN104626611B公開了一種基于六軸機器人式的自動鋪帶裝置及方法，其特征在于通過鋪帶裝置將預浸帶輸送至芯模或者已鋪放表面并壓緊，使用紅外燈管加熱鋪放成型。紅外加熱通過電磁波傳遞能量，傳熱形式為輻射傳熱，具有加熱范圍大、能量密度低等缺點，導致鋪放裝置的壓輥熱量積累而影響成型質量，其鋪放效率低且不易控制加工溫度。

中國專利CN105904739A公開了一種快速自動鋪放熱塑性復合材料構件的裝置及方法，利用超聲加熱裝置對熱塑性預浸帶進行鋪放成型，并經過固化處理，控制結晶度與晶粒尺寸，從而達到優化構件性能的目的。但由于熱源由機械振動產生，所制成的結構件表面成型質量低，且需固化處理，加工效率低。

發明內容

為了達到上述目的，本發明提供一種熱塑性復合材料自動鋪放裝置及方法，解決了現有技術中鋪放速度慢、熱塑性復合材料界面連接強度低及加工溫度不易控制的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是，熱塑性復合材料自動鋪放裝置，包括鋪放裝置，鋪放裝置固定在支撐板上，激光焊接裝置的激光焊接頭固定于鋪放裝置一側，超聲振動裝置固定于鋪放裝置另一側，支撐板通過法蘭與機器人的手臂相連。