能够原位拼接纤维的添加型制造系统技术方案

本公开公开了一种用于添加型制造复合结构的系统。所述系统包括用于排出复合材料的头部，所述复合材料包括基质和第一增强材料。所述系统还包括拼接机构，所述拼接机构用于选择性地用第二增加材料替换第一增加材料。

Additive manufacturing system capable of in-situ splicing of fibers

The present disclosure discloses a system for additive manufacturing composite structures. The system comprises a head for discharging the composite material, which comprises a matrix and a first reinforcing material. The system also includes a splicing mechanism for selectively replacing the first additive material with the second additive material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能够原位拼接纤维的添加型制造系统相关在先申请本专利申请基于并要求2016年9月6日提交的美国临时申请62/383,801的优先权，其全部内容通过引用并入本说明书中。
本公开涉及一种制造系统，更具体地涉及一种能够原位拼接纤维的添加型制造系统。
技术介绍
挤出制造是用于生产具有连续结构的产品的一种已知方法。在挤出制造期间，将液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)推入具有所需横截面形状和尺寸的模具；当材料被挤出模具时硬化成型。在一些应用中，在液体基质离开模具时用紫外(UV)光和/或超声波振动加速液体基质的固化。通过挤出制造工艺生产的产品可以具有任意的连续长度、直线形或曲线形轮廓、一致的横截面形状及优异的表面光洁度。尽管挤出制造工艺可能是一种生产连续结构的有效方式，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所要求的强度。拉挤成型制造是用于生产高强度结构的一种已知方法。在拉挤成型制造过程中，用液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)涂覆或浸渍单独的纤维束、股线编织物和/或梭织物，然后经固定模具拉出，液体基质在该模具处固化并硬化成成品形状。与挤出制造一样，在一些拉挤成型应用中也使用UV光和/或超声波振动以加速液体基质在离开模具时的固化。由拉挤成型制造工艺生产的结构除了具有许多与挤压结构相同的属性外，还具有因集成纤维而增加的强度。尽管拉挤成型制造工艺可能是一种连续生产高强度结构的有效方式，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所需的形式(形状、尺寸和/或精度)。此外，传统的拉挤成型制造工艺可能缺乏对固化处理的精确控制以及在制造过程中动态地改换纤维的能力。本公开所公开的系统旨在解决上述的一个或多个问题和/或现有技术中存在的其他问题。
技术实现思路
在一方面，本公开涉及一种添加型制造系统。所述添加型制造系统可以包括用于排出复合材料的头部，所述复合材料可以包括基质和第一增强材料。所述系统还可以包括用于选择性地用第二增强材料替换第一增强材料的拼接机构。在另一方面，本公开涉及另一种添加型制造系统。所述添加型制造系统可以包括:用于排出包含基质和第一增强材料的复合材料的头部；以及用于在排出期间从多个维度移动头部的支撑部件。所述添加型制造系统还可以包括拼接机构，用于在排出期间用第二增强材料对第一增强材料动态地执行替换或补充中的至少一种。所述添加型制造系统还可以包括控制器，用于接收所述复合材料将要生产的结构的信息，并基于该信息，随着所述头部移动运作协调所述拼接机构的操作。在又一方面，本公开涉及一种用于添加型制造系统的头部。所述头部可以包括外罩和位于外罩的排出端的喷嘴。该头部还可以包括设置在外罩内的切割器，设置在外罩内紧邻切割器的粘合剂分配器，以及设置在外罩内部和粘合剂分配器下游的内部固化促进器。附图说明图1和图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所示的制造系统结合使用的示例性公开的头部的示意图。具体实施方式图1和图2示意了不同的示例性制造系统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、多边形等)的复合结构14。系统10和12中的每一个均可以至少包括支撑件16和头部18.头部18可以连接到支撑件16上并通过支撑件16移动。在图1所公开的实施例中，支撑件16是机械臂，其能够在制造结构14期间沿多个方向移动头部18，由此所得的结构14在纵轴方向上是三维的。在图2所示的实施例中，支撑件16是高架龙门架，其也能够在制造结构14期间沿多个方向移动头部18.尽管两个实施例中的支撑件16显示可以进行六轴向运动,但是如果需要的话，也可以使用能够以相同或不同方式移动头部18的任何其他类型的支撑件16。在一些实施例中，存在驱动器，其可以机械地连接头部18和支撑件16，并且还可以包括用于协助头部18移动和/或向其供应动力或材料的部件。头部18可以用于接收或容纳基质材料。基质材料可包括任何类型的可固化的基质材料(如：液体树脂，如零挥发性有机化合物树脂；粉末金属等)。典型的树脂包括热固性树脂、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、聚环氧化物等等。在一个实施例中，头部18内的基质材料可以被加压，例如通过外部装置加压(如：挤出机或其他类型的泵，图中未示出)，该外部加压装置经由相应的导管(图中未示出)流体连通到头部18。然而，在另一个实施例中，也可以通过类似装置完全在头部18内部产生所述压力。在其他实施例中，基质材料可以经头部18重力进料到。在某些情况下，头部18内的基质材料可能需要保持冷却和/或黑暗以抑制过早固化；而在其他情况下，由于同样的原因，基质材料可能需要保持温暖。在任一种情况下，头部18可以根据这些需求进行特殊的设置(例如：使之绝缘，冷却和/或加热)。基质材料可用于涂覆、包裹或以其他方式包住任何数量的连续的增强材料(如：单独的纤维，丝束，粗纱和/或材料板)，并与增强材料一起构成至少一部分的复合结构14(如：壁)。增强材料可以存储在头部18内(如：在单独的内部卷线轴上internalspools–图中未示出)或以其他方式穿过头部18(如：由外部卷线轴供料)。当同时使用多个增强材料时，增强材料可以是相同类型并且具有相同的直径和截面形状(如：圆形、方形、扁平等)，或者是具有不同直径和/或截面形状的不同类型。增强材料可以包括如碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属线、光学管等等。应该注意的是，术语“增强材料”意在涵盖包裏在从头部18排出的基质材料内的结构型和非结构型的连续的材料两者。根据需要，可以在增强材料处于头部18内部时，也可以是在增强材料被传送至头部18期间，和/或当增强材料从头部18排出时，使增强材料接触到基质材料(如：涂覆基质材料)。所述基质材料、干燥的增强材料和/或已经与基质材料接触的增强材料(如：湿润的增强材料)可以以本领域技术人员显而易见的任何方式输送入头部18。可以在头部18附近(如：在头部18内部或是上面)安装一个或多个固化促进器20(如：UV光源、超声发射器、激光器、加热器、催化剂分配器等等)，从而提高基质材料从头部18排出时的固化率和/或质量。在结构14形成期间可以控制固化促进器20使结构14的表面选择性地暴露于能量下(如：UV光、电磁辐射、振动、热、化学催化剂等)。所述能量可以增加在基质材料内发生的化学反应的速率，还可以烧结材料、硬化材料，或者在材料从头部18排出时使材料固化。在所述实施例中，固化促进器20包括多个LED(如:6个不同的LED)围绕头部18的中心轴线均匀分布。但是，本申请的专利技术构思中还包含，为达到本公开的目的可以替代性地采用任何数量的LED或其他的能量源和/或以另一种方式布置(如：不均匀分布、排成一行等等)。固化促进器20产生的能量，可以足以在结构14远离排除头18方向轴向生长超过预定长度之前，固化所述基质材料。在一个实施例中，在所述轴向生长长度等于所述基质涂覆的增强材料的外径之前，结构14已经完全固化。所述基质材料和增强材料可以通过至少两种不同的操作模式从头部18排出。在第一个操作模式中，当支撑件16移动头部18以生成结构14的三维形状的同时，所述基质材料和增强材料从头部18挤出(如，在压力和/或机械力推动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.添加型制造系统，包括：头部，用于排出包括基质和第一连续增强材料的复合材料；和拼接机构，用于选择性地用第二增强材料替换所述第一增强材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.06 US 62/383,801;2017.05.19 US 15/599,6491.添加型制造系统，包括：头部，用于排出包括基质和第一连续增强材料的复合材料；和拼接机构，用于选择性地用第二增强材料替换所述第一增强材料。2.根据权利要求1所述的添加型制造系统，其特征在于，所述拼接机构在所述头部排出期间动态地将所述第一增强材料替换为所述第二增强材料。3.根据权利要求1所述的添加型制造系统，其特征在于，还包括支撑件，用于在排出期间从多个维度移动所述头部。4.根据权利要求3所述的添加型制造系统，其特征在于，所述拼接机构位于所述头部或所述支撑件中的至少一个内。5.根据权利要求1所述的添加型制造系统，其特征在于，还包括控制器，用于：接收所述复合材料将要生产的结构的信息；和基于所述信息，随着所述头部移动运作协调所述拼接机构的操作。6.根据权利要求1所述的添加型制造系统，其特征在于，还包括外部固化促进器，用于促进排出后的所述基质的固化。7.根据权利要求6所述的添加型制造系统，其特征在于，所述拼接机构包括：切割器，用于选择性地切断所述第一增强材料；驱动器，用于选择性地驱动所述第二增强材料，使之与第一增强材料发生邻接或搭接中的至少一个；粘合剂分配器，用于将粘合剂施加到所述第一和第二增强材料中的至少一个上；和内部固化促进器，用于在所述第二增强材料被基质材料涂覆之前固化所述粘合剂。8.根据权利要求6所述的添加型制造系统，其特征在于，所述粘合剂比所述基质材料更柔性。9.根据权利要求1所述的添加型制造系统，其特征在于，所述拼接机构还包括用于将所述第一和第二增强材料的端部压在一起并成形的装置。10.根据权利要求1所述的添加型制造系统...

【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