[發(fā)明專利]一種連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體制造設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811157390.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN109049756B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮志斌;欒叢叢;王伯旺;陳王圣澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 樂清市智能裝備與制造研究院
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/54;B29C64/20;B33Y30/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 徐敏

本發(fā)明公開了一種連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體制造設(shè)備，包括機(jī)架，安裝在所述機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)模塊，由運(yùn)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的熱塑性材料擠出單元、纏絲機(jī)構(gòu)以及打印平臺(tái)，還包括浸漬模塊；所述打印平臺(tái)包括：樹脂液箱，頂面開放，由運(yùn)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)；成型托板，密封所述樹脂液箱的頂面，表面分布有多個(gè)過液孔，所述過液孔的背面連接有伸入樹脂液箱中的導(dǎo)液管；所述浸漬模塊包括：樹脂供應(yīng)單元，向所述樹脂液箱供應(yīng)樹脂；覆膜機(jī)構(gòu)，對(duì)干燥的連續(xù)纖維預(yù)制體進(jìn)行覆膜；真空輔助單元，為連續(xù)纖維預(yù)制體上的樹脂導(dǎo)流口提供真空吸力；本發(fā)明解決了傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件面臨制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、往往需要模具和難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的難題的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及連續(xù)纖維復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體制造設(shè)備。

背景技術(shù)

碳纖維作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略性材料，具有高強(qiáng)度、高剛度、低比重、耐摩擦磨損、可循環(huán)回收使用等優(yōu)異的特性，是新一代高性能輕量化的先進(jìn)材料，由其制成的復(fù)合材料在汽車船舶、航空航天、軌道交通、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件面臨制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、往往需要模具和難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的難題。對(duì)于單品種小批量結(jié)構(gòu)件的制造，特別是單件結(jié)構(gòu)的制造，開辟新的模具無疑會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期和制造成本的上升。

近年興起的三維打印技術(shù)被認(rèn)為是最適于個(gè)體化結(jié)構(gòu)件制造的技術(shù)之一。已有研究者將其應(yīng)用于連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的制造，如申請(qǐng)?zhí)枮閆L2014103256503的專利文獻(xiàn)公開了一種連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印機(jī)及其打印方法，該過程中無需預(yù)先定制模具以及預(yù)先處理過的纖維預(yù)浸帶，大大降低了成本，同時(shí)，采用3D打印的方法，更好、更方便地控制所制造零件中增強(qiáng)纖維的方向，更容易得到具有定制化力學(xué)性能的復(fù)合材料零件，可實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料零件的快速制造。又例如公開號(hào)為CN107127972A的專利文獻(xiàn)公開了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造噴頭及打印機(jī)，由外噴頭和內(nèi)噴頭組成，噴頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，可以提高成型精度；此外，內(nèi)噴頭的出口與外噴頭的出口之間的豎直距離可調(diào)，可以控制纖維復(fù)合材料的對(duì)中性，改善成型質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造。

上述方法和裝置重點(diǎn)解決了如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳纖維熱塑性材料混合與打印的問題，但由于增材制造技術(shù)層層疊加的工藝特點(diǎn)，導(dǎo)致連續(xù)纖維復(fù)合材料在打印方向上的力學(xué)性能較差；此外，打印結(jié)構(gòu)件還受制于熱塑性材料基體性能的影響，其力學(xué)性能與傳統(tǒng)連續(xù)碳纖維復(fù)合材料制造工藝制造的結(jié)構(gòu)件相比仍有較大的差距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體制造設(shè)備，將三維打印技術(shù)與纖維纏繞技術(shù)以及真空輔助浸漬技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度復(fù)雜連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體結(jié)構(gòu)的快速制造。

一種連續(xù)纖維復(fù)合材料殼體制造設(shè)備，包括機(jī)架，安裝在所述機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)模塊，由運(yùn)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的熱塑性材料擠出單元、纏絲機(jī)構(gòu)以及打印平臺(tái)，還包括浸漬模塊；

所述打印平臺(tái)包括：

樹脂液箱，頂面開放，由運(yùn)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)；

成型托板，密封所述樹脂液箱的頂面，表面分布有多個(gè)過液孔，所述過液孔的背面連接有伸入樹脂液箱中的導(dǎo)液管；

所述浸漬模塊包括：

樹脂供應(yīng)單元，向所述樹脂液箱供應(yīng)樹脂；

覆膜機(jī)構(gòu)，對(duì)干燥的連續(xù)纖維預(yù)制體進(jìn)行覆膜；

真空輔助單元，為連續(xù)纖維預(yù)制體上的樹脂導(dǎo)流口提供真空吸力。

本發(fā)明設(shè)備實(shí)現(xiàn)了殼體芯模的個(gè)體化快速制造，連續(xù)干燥纖維束纏繞在芯模表面造型，最后借助真空輔助浸漬模塊實(shí)現(xiàn)連續(xù)干燥纖維浸漬，直至獲得所需結(jié)構(gòu)件。

本發(fā)明設(shè)備的工作過程如下：

造芯，采用熱塑性材料擠出機(jī)構(gòu)在打印平臺(tái)上按照事先設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)打印芯模；