复合材料的自动化机械成形制造技术

本文披露了用于使复合材料成形的全自动化方法。化方法。化方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料的自动化机械成形

技术介绍

[0001]纤维增强聚合物复合材料已广泛应用于许多行业(包括航空航天、汽车、船舶、工业、建筑和各种消费产品)，它们通常是首选，因为它们的重量轻，同时仍然表现出高强度和耐腐蚀性，特别是在恶劣的环境中。纤维增强聚合物复合材料通常由经预浸渍的材料或由树脂灌注方法制成。
[0002]经预浸渍的材料或“预浸料”通常是指浸渍有可固化基体树脂(如环氧树脂)的纤维(如碳纤维)。预浸料中的树脂含量相对高，通常是按体积计40％
‑
65％。可以将预浸料的多个层片切割成用于铺放的尺寸，然后随后在模制工具中组装并且成形。在其中预浸料不能容易地适配成模制工具的形状的情况下，可以将加热施加于该预浸料，以便使其逐渐变形成模制表面的形状。纤维增强聚合物复合材料还可以由涉及树脂灌注技术的液体模制方法制成。在典型的树脂灌注方法中，将干粘合的纤维安排在模具中作为预成型件，随后将液体基质树脂直接原位注射或灌注。在注射或灌注之后，固化经树脂灌注的预成型件以提供成品复合制品。
[0003]对于两种类型的材料，用于复合材料三维成形(或模制)的方法对于最终模制产品的外观、特性和性能是至关重要的。仍然习惯使用手工铺设方法将预成型件成形为精细的几何形状，该方法耗时并且通常导致显著的零件与零件间变化。虽然也存在其他较少的手动方法来使复合材料成形(如真空成型方法，这些方法也可以采用销、机器人和/或致动器来帮助零件成型)，但此类方法具有其自身的缺点和不足。例如，真空方法被认为是“离线”的，因为成型和固化发生在不同的工艺步骤中。此外，此类方法通常是耗时的并且没有考虑复合材料的流变学行为和固化特征。另外，此类方法的产品仍然容易发生起皱和其他缺陷。

技术实现思路

[0004]本文披露了一种用于使复合材料成形的新的全自动化方法，该方法不仅解决了本领域已知的方法在缺乏自动化和利用现有基础设施和设备方面的缺点，而且还提供了非常快速且一致的手段，用于使复合材料成形以产生具有极低的零件与零件间可变性和优异表面特性的零件。
[0005]因此，在一方面，本传授内容提供了用于使复合材料成形的全自动化方法，该方法包括：(a)任选地将至少一个具有顶表面和底表面的复合材料层加工成预定图案；(b)使用配备有被配置成抓取隔膜或框架的末端执行器的第一机械臂将限定周边的底部框架放置在输送带上，其中该输送带穿过加热装置和压制工具；(c)使用该第一机械臂将具有顶表面和底表面的下隔膜抵靠该底部框架定位，使得该下隔膜的底表面与该底部框架的周边顶部接触；(d)使用配备有被配置成抓取该复合材料层的末端执行器的第二机械臂将至少一个复合材料层定位在该下隔膜上，使得该至少一个复合材料层的底表面与该下隔膜的顶表面的一部分接触，并且该复合材料层被定位在由该底部框架限定的周边内；
(e)使用该第二机械臂将限定该周边的中心框架放置在该下隔膜的顶表面上，使得该中心框架的周边底部与该下隔膜的顶表面接触，并且该底部框架和该中心框架呈堆叠布置；(f)使用该第二机械臂将具有顶表面和底表面的上隔膜抵靠该中心框架定位，使得该上隔膜的底表面与该中心框架的周边顶部接触；(g)使用该第二机械臂将限定该周边的顶部框架抵靠该上隔膜放置，使得该顶部框架的周边底部与该上隔膜的顶表面接触，并且该中心框架和该顶部框架呈堆叠布置，从而在该下隔膜与该上隔膜之间形成容纳至少一个复合材料层的腔体；(h)从该腔体中去除空气，从而形成层状结构，使得该至少一个复合材料层在该腔体中保持固定，直至对其施加热、力或其组合；(i)将该层状结构输送到该加热装置中，使得该层状结构被加热到足以降低该复合材料的粘度或软化这些隔膜的温度；(j)将该层状结构输送到包括通过间隙分开的阳模和对应的阴模的该压制工具中，其中该阳模和该阴模各自独立地具有非平面的模制表面；(k)通过闭合该阳模与该阴模之间的间隙来压缩该阳模与阴模之间的层状结构；(l)将该阳模和该阴模保持在闭合位置处直至该层状结构的粘度达到足以保持模制形状的水平，使得形成成形结构；(m)打开该阳模与该阴模之间的间隙，并将该成形结构从该压制工具中输送出来；(n)使用配备有被配置成抓取框架的末端执行器的第三机械臂从这些隔膜中移除该顶部框架、该底部框架或该中心框架中的一个或多个；以及(o)任选地使用该第三机械臂将该顶部框架、该底部框架或该中心框架中的一个或多个放置到第二输送带上，该第二输送带将框架传送到该第一机械臂附近。
[0006]在一些实施例中，将多个复合材料层加工成预定图案；并且使用第二机械臂将多个层以堆叠布置的方式定位在下隔膜的顶表面上。
[0007]在一些实施例中，步骤(h)包括在上隔膜与下隔膜之间施加真空压力。
[0008]在一些实施例中，将阳模和阴模保持在高于环境温度的温度，例如高于100℃的温度。
[0009]在一些实施例中，步骤(k)包括部分地闭合阳模与阴模之间的间隙，使得在这些模之间形成较小的间隙，该较小的间隙随后在达到特定的时间或粘度之后闭合。
[0010]在一些实施例中，进行步骤(l)直至复合材料的粘度小于1.0x108m Pa。
[0011]在一些实施例中，将阳模和阴模保持在闭合位置处持续在约10秒与约30分钟之间。
[0012]在一些实施例中，当成形结构高于复合材料的软化温度时，将其从工具中取出。
[0013]在一些实施例中，步骤(n)和(o)包括：从隔膜中移除顶部框架，并使用第三机械臂将该顶部框架放置到第二输送带上；从底部框架中移除中心框架和隔膜，将其中具有成形结构的隔膜放到接受器中，并使用第三机械臂将中心框架放置到第二输送带上；以及使用第三机械臂将底部框架放置到第二输送带上。
[0014]在一些实施例中，第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂同时并连续地操作固定
时间段，使得该方法在固定时间段期间提供成形结构的连续生产。
[0015]在一些实施例中，上隔膜和下隔膜各自独立地选自包括一个或多个层的膜，这些层各自独立地选自橡胶层、硅酮层和塑料层或弹性层。
[0016]在一些实施例中，加热装置是接触加热器或IR加热器。
[0017]在一些实施例中，该复合材料包括选自以下项的材料的结构纤维：芳族聚酰胺、高模量聚乙烯(PE)、聚酯、聚对亚苯基
‑
苯并双噁唑(PBO)、碳、玻璃、石英、氧化铝、氧化锆、碳化硅、玄武岩、天然纤维及其组合。
[0018]在一些实施例中，该复合材料包含选自热塑性聚合物、热固性树脂、及其组合的粘合剂或基质材料。
附图说明
[0019]图1是流程图，其可视地描绘了根据本传授内容的示例性方法。
具体实施方式
[0020]鉴于复合材料加工的潜在缺点，包括加工时间、零件与零件间变化和可见的瑕疵，仍然存在开发更快的、改进的且更可靠的组件和方法的需要。这对于汽车零件来说尤其如此，这些零件不仅需要视觉接受度，而且可能用于每分钟需要几十个或甚至几百个零件的装配线中。在找到视觉接受度与生产速度之间的适当平衡的同时，还希望充分利用现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使复合材料成形的全自动化方法，该方法包括：(a)任选地将至少一个具有顶表面和底表面的复合材料层加工成预定图案；(b)使用配备有被配置成抓取隔膜或框架的末端执行器的第一机械臂将限定周边的底部框架放置在输送带上，其中该输送带穿过加热装置和压制工具；(c)使用该第一机械臂将具有顶表面和底表面的下隔膜抵靠该底部框架定位，使得该下隔膜的底表面与该底部框架的周边顶部接触；(d)使用配备有被配置成抓取该复合材料层的末端执行器的第二机械臂将至少一个复合材料层定位在该下隔膜上，使得该至少一个复合材料层的底表面与该下隔膜的顶表面的一部分接触，并且该复合材料层被定位在由该底部框架限定的周边内；(e)使用该第二机械臂将限定该周边的中心框架放置在该下隔膜的顶表面上，使得该中心框架的周边底部与该下隔膜的顶表面接触，并且该底部框架和该中心框架呈堆叠布置；(f)使用该第二机械臂将具有顶表面和底表面的上隔膜抵靠该中心框架定位，使得该上隔膜的底表面与该中心框架的周边顶部接触；(g)使用该第二机械臂将限定该周边的顶部框架抵靠该上隔膜放置，使得该顶部框架的周边底部与该上隔膜的顶表面接触，并且该中心框架和该顶部框架呈堆叠布置，从而在该下隔膜与该上隔膜之间形成容纳至少一个复合材料层的腔体；(h)从该腔体中去除空气，从而形成层状结构，使得该至少一个复合材料层在该腔体中保持固定，直至对其施加热、力或其组合；(i)将该层状结构输送到该加热装置中，使得该层状结构被加热到足以降低该复合材料的粘度或软化这些隔膜的温度；(j)将该层状结构输送到包括通过间隙分开的阳模和对应的阴模的该压制工具中，其中该阳模和该阴模各自独立地具有非平面的模制表面；(k)通过闭合该阳模与该阴模之间的间隙来压缩该阳模与阴模之间的层状结构；(l)将该阳模和该阴模保持在闭合位置处直至该层状结构的粘度达到足以保持模制形状的水平，使得形成成形结构；(m)打开该阳模与该阴模之间的间隙，并将该成形结构从该压制工具中输送出来；(n)使用配备有被配置成抓取框架的末端执行器的第三机械臂从这些隔膜中移除该顶部框架、该底部框架或该中心框架中的一个或多个；以及(o)任选地使用该第三机械臂将该顶部框架、该底部框架或该中心框架中的一个或多个放置到第二输送带上，该第二输送带将框架传送到该第一机械臂附近。2.如权利要求1所述的方法，其中，将基本上平面的复合材料的多个层...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：