申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-01-15

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN112895516B

主分类号：B29C70/38

分类号：B29C70/38;B29C70/50;B29C70/52

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2021.06.22#实质审查的生效;2021.06.04#公开

摘要：本发明属于复合材料制造领域，特别涉及一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法。本发明将纱箱与铺放装置集成于一体，能够实现送丝、表面处理、铺贴、压实、剪切和重送等功能的全自动一体化；铺放过程中采用低温等离子工艺对预浸料进行在线表面改性，相比目前的自动铺放工艺，在达到相同粘接效果的前提下，本发明可有效降低预浸丝带加热温度，进而减小温度梯度，从根源上降低热应力，解决产品的翘曲，角度回弹和变形等问题；本发明降低了预浸丝带加热温度，需要的能量更低，更加节能环保。

主权项：1.一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放方法，其特征在于，采用的等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头包括预浸料箱和辊压铺放箱；所述的预浸料箱顶部设有连接法兰（13），通过连接法兰（13）将纤维铺放头安装在外部驱动装置上；所述的预浸料箱内设有传送箱（14）和多个放卷轴（16）；所述的传送箱（14）位于预浸料箱的中部，传送箱（14）的侧面上对称设有多个通孔，传送箱（14）的底面设有一个通孔；多个放卷轴（16）环向对称布置在传送箱（14）的四周，预浸丝束（17）缠绕在放卷轴（16）上，预浸丝束（17）从放卷轴（16）上放卷后经由导轮b（15）转向至传送箱（14）侧面的通孔中，从而将预浸丝束（17）传送至传送箱（14）中；所述的辊压铺放箱，其内部或者外部设有张力器、重送装置、等离子表面处理装置、剪切集束装置、加热装置和辊压装置；所述的张力器位于辊压铺丝箱内的上部，包括连杆（11）、多个张力压辊（10）、张力气缸（12）、两个传送辊（18）和电机（19）；多个张力压辊（10）通过连杆（11）连接，张力气缸（12）的输出轴与连杆（11）的中部连接，张力气缸（12）为连杆（11）提供向下的压力；两个传送辊（18）安装在张力压辊（10）的下方，位于两个张力压辊（10）之间的空隙对应下方位置，电机（19）通过皮带带动两个传送辊（18）转动；多束预浸丝束（17）从传送箱（14）底面的通孔进入辊压铺丝箱中，通过导轮a（9）送入张力器中，通过张力压辊（10）和传送辊（18）的配合，以张紧预浸丝束（17），并通过传送辊（18）将预浸丝束（17）向下传送；所述的等离子表面处理装置包括距离传感器（5）、伸缩装置（6）和两个等离子喷枪（4）；其中一个等离子喷枪（4）设置在辊压铺丝箱内，位于张力器的侧下方，从张力器中传送出来的预浸丝束（17）通过导轮a（9）向下传送，等离子喷枪（4）对预浸丝束（17）进行等离子表面处理；另外一个等离子喷枪（4）通过伸缩装置（6）安装在辊压铺丝箱下部的外壳上，对模具（25）上已经铺好的预浸丝带表面进行等离子处理，且等离子喷枪（4）上设有距离传感器（5），通过距离传感器（5）测量等离子喷枪（4）和模具（25）表面的距离，然后通过伸缩装置（6）对等离子喷枪（4）枪口与模具（25）表面的距离进行实时调整；所述的重送装置位于辊压铺丝箱内，包括夹紧辊（7）和磁粉离合器（8），磁粉离合器（8）为夹紧辊（7）提供驱动力；经等离子喷枪（4）等离子处理后的预浸丝束（17）送入重送装置的夹紧辊（7）中，为预浸丝束（17）的传动提供驱动力；所述的剪切集束装置包括集束装置（2）和剪切装置（3）；所述的剪切装置（3），根据铺丝根数的要求，通过控制装置控制剪切装置（3）剪切部分预浸丝束（17），实现从重送装置传送出来的预浸丝束（17）的剪断；多束预浸丝束（17）经集束装置（2）集束成为预浸丝带（23）；所述的加热装置为激光发射器（1），安装在剪切集束装置的侧下方，激光发射器（1）发出的激光对预浸丝带（23）进行加热使预浸丝带（23）转变为粘流态；所述的辊压装置位于辊压铺丝箱的下部，包括压力气缸（20）、压力传感器（21）、传压杆（22）和压辊（24）；压辊（24）位于辊压铺丝箱外部，通过传压杆（22）与压力气缸（20）的输出轴连接，且压力气缸（20）端部安装有压力传感器（21），实时测量铺放压力；经加热装置加热后的预浸丝带（23）通过压辊（24）的碾压，铺放在待铺丝的模具（25）上；所述的等离子辅助激光原位成型的纤维铺放方法，通过连接法兰（13）与机器臂连接，随着机器臂的运动轨迹将纤维预浸料按照设计的铺层方式铺覆在模具（25）上，具体步骤如下：纤维预浸料处理成预浸丝束（17），预浸丝束（17）从预浸料箱中的放卷轴（16）上放卷后经由导轮b（15）转向至传送箱（14）中，多束预浸丝束（17）从传送箱（14）出来后经由导轮a（9）转向到张力器，张力器中的张力气缸（12）向下压连杆（11），连杆（11）带动张力压辊（10）下压，电机（19）带动传送辊（18）转动，张力压辊（10）与传送辊（18）共同配合，辊压预浸丝束（17）提供送丝张力，并将预浸丝束（17）向前传送；预浸丝束（17）传送至等离子表面处理装置中位于预浸料箱内的等离子喷枪（4）侧方，等离子喷枪（4）对多束预浸丝束（17）进行等离子表面处理；同时，位于预浸料箱外部的等离子喷枪（4）对模具（25）上已经铺好的预浸丝表面进行等离子处理，通过距离传感器（5）测量等离子喷枪（4）和模具（25）表面的距离，然后通过伸缩装置（6）对喷枪枪口与模具（25）表面的距离进行实时调整；经过等离子表面处理后的多束预浸丝束（17）经由导轮a（9）转向重送装置，重送装置中的夹紧辊（7）和磁粉离合器（8）为预浸丝束（17）的传动提供驱动力；从重送装置中传送出来的多束预浸丝束（17）进入剪切集束装置，根据铺丝根数的要求，通过控制装置控制剪切装置（3）剪切部分预浸丝束（17），然后多束预浸丝束（17）经集束装置（2）集束成为预浸丝带（23）；预浸丝带（23）经过前方的激光发射器（1）发出的激光对预浸丝带（23）进行加热使预浸丝带（23）转变为粘流态；辊压装置中的压力气缸（20）通过传压杆（22）向下压动压辊（24），通过压力传感器（21）实时测量压力气缸（20）的铺放压力；经激光发射器（1）加热后的预浸丝带（23）通过压辊（24）的碾压，铺放在待铺丝的模具（25）上。

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百度查询： 大连理工大学 一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法

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