用于连续制造复合中空结构的头部和系统技术方案

本申请公开了一种用于制造系统的头部。所述头部可具有壳体和固化增强器，所述壳体配置为排出以至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构，所述固化增强器可操作地连接到所述壳体并配置为在排出期间固化所述管状结构中的液体基质。所述头部还可以具有配置为将填充材料排出到所述管状结构中的喷嘴，以及从所述壳体延伸到所述喷嘴的杆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连续制造复合中空结构的头部和系统
本公开一般涉及制造头部和系统，更具体地，涉及用于连续制造复合中空结构的头部和系统。
技术介绍
挤出制造是已知的用于生产连续中空结构的方法。在挤出制造期间，推动液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)通过具有所需横截面形状和尺寸的模具。离开模具后，材料固化并硬化成最终形式。在一些应用中，UV灯和/或超声波振动用于在液体基质离开模具时加速液体基质的固化。通过挤出制造工艺生产的中空结构可具有任何连续长度，具有直的或弯曲的轮廓，一致的横截面形状和优异的表面光洁度。尽管挤出制造可以有效率地连续制造中空结构，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所需的强度。拉挤成型制造是已知的用于生产高强度中空结构的方法。在拉挤成型制造期间，单独的纤维股线、股线编织物和/或机织织物用液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)涂覆或其他方式浸渍，并通过固定模具拉出，在该模具中，液体基质固化并硬化成最终形式。与挤出制造一样，在一些拉挤成型应用中，用UV灯和/或超声波振动加速液体基质离开模具时的固化。由拉挤成型制造工艺生产的中空结构，具有许多与挤压结构相同的属性以及由于集成纤维而增加的强度。尽管拉挤成型制造可以是连续制造高强度中空结构的有效方式，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所需的形式。另外，在拉挤的中空结构内集成的各种纤维图案可能受到限制，从而限制了所得中空结构的可用特性。所公开的系统旨在克服上述一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
技术实现思路
在一个方面，本公开涉及一种用于制造系统的头部。所述头部可包括壳体和固化增强器，所述壳体配置为排出以至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构，所述固化增强器可操作地连接到所述壳体并配置为在排出期间固化管状结构中的液体基质。所述头部还可以具有配置为将填充材料排出到管状结构中的喷嘴，以及从壳体延伸到喷嘴的杆。在另一方面，本公开涉及一种用于连续制造复合结构的系统。该系统可包括支撑件和头部，所述支撑件配置为在复合结构的制造期间在多个方向上移动，所述头部连接到支撑件。所述头部可以包括壳体和第一固化增强器，所述壳体配置为排出至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构，所述第一固化增强器位于所述壳体的内部并配置为在从管状结构内部排出期间固化管状结构中的液体基质。所述头部还可以包括喷嘴、杆和第二固化增强器，所述喷嘴配置为将填充材料排出到管状结构中；所述杆从壳体延伸到喷嘴；所述第二固化增强器位于喷嘴的与杆相对的端部并配置为固化填充材料。在另一方面，本公开涉及一种连续制造复合结构的方法。所述方法可以包括用基质连续涂覆纤维，使基质涂覆的纤维径向向外转移远离非纤维轴以形成管状结构，以及在管状结构内产生三维轨线。所述方法还可以包括从管状结构的内部固化管状结构以及将填充材料排出到管状结构中。附图说明图1和2是示例性公开的制造系统的示意图；图3是可以与图1和图2的制造系统结合使用的示例性公开的驱动器和头部的横截面图示；图4是图3的头部的爆炸图；图5是可以连接到图3和图4所示的头部的示例性公开的护罩的透视图；图6-9是可以用图1和图2所示的系统制造的示例性公开的中空结构的示意图；图10-18是示例性公开的编织图案的示意图，该编织图案可以构成图6-9的中空结构的壁；图19和20是可以与图1和图2的制造系统结合使用的示例性公开的头部的横截面和端视图；以及图21和22是可以与图1和图2的制造系统结合使用的示例性公开的头部的横截面和透视图。具体实施方式图1和2示出了不同的示例性系统10和12，其可用于连续制造具有任何所需横截面形状(例如，圆形或多边形)的中空复合结构14(例如，管、软管、通道、导管、管道等)。系统10、12可以各自包括支撑件16、驱动器18和头部20。头部20可以经由驱动器18连接到支撑件16。在图1所公开的实施例中，支撑件16是能够在结构14的制造期间沿多个方向移动驱动器18和头部20的机械臂，使得所得结构14的纵向轴线22是三维的。在图2的实施例中，支撑件16是架空台架，其也能够在结构14的制造期间沿多个方向移动头部20和驱动器18。尽管两个实施例中的支撑件16被示出为能够进行6轴移动，但是如果需要，在专利技术构思中，也可以使用能够以相同或不同方式移动驱动器18和头部20的任何其他类型的支撑件16。如图3所示，驱动器18除了用作头部20和支撑件16之间的机械连接外，还可以包括协作以向头部20供电的部件。这些部件尤其可以包括容器24、设置在容器24内部的一个或多个执行器以及将各种执行器连接到头部20的不同部分的多个连杆。在所公开的实施例中，三个不同的执行器26、28、30示于容器24的内部，通过两个不同的轴32、34和棒36连接到头部20。执行器26和28可以是旋转型执行器(例如，电动、液压或气动马达)，而执行器30可以是线性执行器(例如，螺线管致动器、液压缸、导螺杆等)。轴32可以是管状的(即，圆柱形和中空的)并且由执行器26驱动以围绕中心轴37旋转，而且轴34可以穿过轴32的中心并且由执行器28驱动以也围绕中心轴37旋转。出于本公开的目的，轴37可以被认为是头部20的非纤维轴。在所公开的实施例中，轴34也是管状的，并且棒36可以配置为穿过轴34的中心并且由执行器30驱动以相对于轴34轴向地来回移动。棒36也可以与中心轴37大致对齐。如果需要，在专利技术构思中，不同数量的执行器可以通过轴和/或棒的不同布置与头部20连接。例如，如果需要，可以连接单个执行器以旋转两个轴32、34(例如，通过齿轮组-未示出)。可以从外部电源(例如，建立的公用电网)38向执行器30-34提供电力。除了用作上述各种执行器的安装位置之外，在一些实施例中，容器24还可以用作压力容器。例如，容器24可以配置为接收或以其他方式包含加压基质材料。基质材料可包括任何类型的可固化的液体树脂(例如，零挥发性有机化合物树脂)。示例性树脂包括环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯、热塑性塑料、光聚合物、聚环氧化物等。在一个实施例中，容器24内的基质材料的压力可以由外部装置(例如，挤出机或其他类型的泵)40产生，该外部装置40经由相应的导管42流体连接到容器24。然而，在另一个实施例中，压力可以通过类似类型的装置完全在容器24内部产生。在某些情况下，容器24内部的基质材料可能需要保持冷却和/或避光以防止过早固化；而在其他情况下，由于同样的原因，基质材料可能需要保温。在任一种情况下，容器24可以是特殊构造(例如，隔热、冷却和/或加热)以满足这些需要。储存在容器24内的基质材料可用于涂覆任何数量的单独纤维，并与纤维一起构成复合结构14的壁。在所公开的实施例中，两个单独的纤维供应器44、46存储在(例如，在单独的内部线轴上-未示出)容器24或以其他方式穿过容器24(例如，从相同或单独的外部线轴供给)。在一个例子中，供应器44、46的纤维类型相同并且具有相同的直径和横截面形状(例如，圆形、方形、扁平等)。然而，在其他例子中，供应器44、46的纤维具有不同类型、具有不同直径和/或具有不同的横截面形状。供应器44、46可各自包括单束纤维、若干纤维束的丝束或粗纱、或纤维束的编织物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造系统的头部，包括：壳体，其配置为排出以至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构；固化增强器，其可操作地连接到所述壳体并配置为在排出期间固化所述管状结构中的液体基质；喷嘴，其配置为将填充材料排出到所述管状结构中；和杆，其从所述壳体延伸到所述喷嘴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.15 US 15/130,412;2016.04.15 US 15/130,207;1.用于制造系统的头部，包括：壳体，其配置为排出以至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构；固化增强器，其可操作地连接到所述壳体并配置为在排出期间固化所述管状结构中的液体基质；喷嘴，其配置为将填充材料排出到所述管状结构中；和杆，其从所述壳体延伸到所述喷嘴。2.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，所述固化增强器定位成从所述管状结构的内部固化所述液体基质。3.根据权利要求2所述的头部，其特征在于，所述固化增强器相对于所述管状结构的排出方向位于所述壳体的内部和所述喷嘴的上游。4.根据权利要求3所述的头部，其特征在于，还包括至少第二固化增强器，所述第二固化增强器位于所述喷嘴的与所述杆相对的端部处并配置为固化所述填充材料。5.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，还包括转向器，所述转向器至少部分地位于所述壳体内并配置为使所述管状结构径向向外转向，其中，所述固化增强器至少部分地位于所述转向器内部。6.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，还包括外护罩，所述外护罩从所述头部延伸出并在所述管状结构外面的位置处越过所述喷嘴。7.根据权利要求6所述的头部，其特征在于，还包括内护罩，所述内护罩从所述头部延伸出并越过所述杆，且位于所述管状结构内部。8.根据权利要求6所述的头部，其特征在于，所述外护罩、喷嘴和杆共同形成可更换附件，所述可更换附件单独地组装并可连接到所述壳体。9.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，所述喷嘴是盘状的并且包括围绕周边定位的多个孔口，所述多个孔口配置为朝所述管状结构的内壁排出所述填充材料。10.根据权利要求9所述的头部，其特征在于，还包括：中心转向器，其与杆的一端流体连通；和多个径向通道，其从中心转向器延伸到多个孔口。11.根据权利要求9所述的头部，其特征在于，所述多个孔口布置成使得从所述多个孔口排出的填充材料聚结以在所述管状结构内部形成环形层。12.根据权利要求9所述的头部，其特征在于，所述多个孔口布置成使得从所述多个孔口排出的填充材料在所述管状结构内形成多个轴向定向的脊。13.根据权利要求12所述的头部，其特征在于，所述喷嘴配置为在所述填充材料的排出期间旋转，使得所述多个轴向定向的脊相对于所述管状结构成螺旋形。14.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，所述喷嘴配置为将所述填充材料的涂层喷射到所述管状结构的内壁上。15.根据权利要求1所述的头部，其特征在于，还包括定心装置，所述定心装置位于所述管状结构的外部并配置为在所述填充材料的排出期间使所述喷嘴定位在所述管状结构内的中心。16.用于连续制造复合结构的系统，包括：支撑件，其配置为在复合结构的制造期间在多个方向上移动；和头部，其连接到所述支撑件并包括：壳体，其配置为排出以至少一根连续纤维增强的并具有三维轨线的管状结构；第一固化增强器，其位于所述壳体内部并配置为在从所述管状结构内部排出的过程中固化所述管状结构中的液体基质；喷嘴，其配置为将填充材料排出到所述管状结构中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·莱尔·泰勒，
申请(专利权)人：CC三D有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US