一种碳纤维增强树脂基增材制造系统技术方案

本发明专利技术涉及一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，包括机架，机架的底座上设有基板，机架上设有原料存储架、箔式线圈、喂料单元、切料单元、远红外加热模块和压实滚轮，原料存储架存放有碳纤维增强树脂基丝束，碳纤维增强树脂基丝束从原料存储架引出后穿过箔式线圈，通过箔式线圈提供预紧力后进入喂料单元，通过喂料单元提供挤出力后送至切料单元，切料单元位于基板上侧，远红外加热模块设于切料单元旁侧，以对丝束加热融化树脂并使树脂基碳纤维平铺在基板上，压实滚轮设于切料单元旁侧并位于基板上侧，以压实树脂基碳纤维，进而层层堆叠碳纤维，并通过加热后的树脂连接每层碳纤维。该系统有利于实现连续碳纤维增强树脂复合材料构件的增材制造。件的增材制造。件的增材制造。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强树脂基增材制造系统


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种碳纤维增强树脂基增材制造系统。

技术介绍

[0002]连续碳纤维增强树脂基复合材料因其高比强度、良好的抗疲劳特性及耐化学腐蚀等特点，近年来在航空航天、汽车制造等重要工业领域获得了批量应用并呈现出极快的增长趋势。随着复合材料的发展应用，复合材料的制造设备也随之成为科学研究、设备研发和产业化的热点。因此，设计一种可以利用碳纤维复合材料进行增材制造的设备具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，该系统有利于实现连续碳纤维增强树脂复合材料构件的增材制造。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，包括机架，所述机架的底座上设有基板，所述机架上设有原料存储架、箔式线圈、喂料单元、切料单元、远红外加热模块和压实滚轮，所述箔式线圈、喂料单元、切料单元、远红外加热模块和压实滚轮构成喷头总成，所述原料存储架存放有碳纤维增强树脂基丝束，所述碳纤维增强树脂基丝束从原料存储架引出后穿过箔式线圈，通过箔式线圈提供预紧力后进入喂料单元，通过喂料单元提供挤出力后送至切料单元，所述切料单元位于基板上侧，所述远红外加热模块设于切料单元旁侧，以对丝束加热融化树脂并使软化后的树脂基碳纤维平铺在基板上，所述压实滚轮设于切料单元旁侧并位于基板上侧，以压实基板上的树脂基碳纤维，进而根据成型需要层层堆叠碳纤维，并通过加热后的树脂连接每层碳纤维，实现碳纤维增材制造。
[0005]进一步地，用于增材制造的碳纤维增强树脂基丝束为经过预浸处理的长碳纤维丝束，由环氧树脂和碳纤维丝束复合而成。
[0006]进一步地，所述基板为可加热式基板，通过远红外加热模块和基板联合对丝束加热：在基板上成型第一层碳纤维时，基板升温至第一温度，将平铺在基板上的第一层丝束熔融，而后基板降温至第二温度，使丝束固化粘结在基板上；在成型第二层以上碳纤维时，远红外加热模块对丝束加热使树脂熔融，以逐层成型碳纤维并通过加热后的树脂连接每层碳纤维。
[0007]进一步地，所述机架由底座、竖向固定在底座上的六根竖直铝型材以及六根水平固定在竖直铝型材上的水平铝型材组成；其中，四根竖直铝型材竖设于底座的四个角落，两根竖直铝型材竖设于底座的左右两侧中部，五根水平铝型材固定在六根竖直铝型材上端，以固定机架，最后一根水平铝型材固定在左右两侧中部的两根竖直铝型材之间，以安装喷头总成。
[0008]进一步地，所述基板为可前后、左右运动的可移动式基板，所述喷头总成可上下运动。
[0009]进一步地，所述基板安装于左右滑动座上，所述左右滑动座通过控制左右移动的第一电机和第一丝杆驱动，所述第一电机和第一丝杆安装于前后滑动座上，所述机架的底座上设有前后滑动导向的导轨，所述前后滑动座滑动安装于导轨上并通过控制前后移动的第二电机和第二丝杆驱动，进而实现基板前后、左右方向的水平运动；所述原料存储架上的碳纤维增强树脂基丝束通过喂料单元送至切料单元，通过基板的运动使丝束平铺在基板或下层丝束上，并通过压实滚轮压实，使丝束贴合基板或下层丝束；所述喷头总成安装于上下运动座上，所述上下运动座通过控制上下移动的第三电机和第三丝杆驱动，以实现喷头总成的上下运动。
[0010]进一步地，所述基板运动的控制方法为：A1）控制板将控制左右、前后移动的第一、第二电机转速发送给协同速度控制器，协同速度控制器控制调整第一电机、第二电机的转速，实现水平方向上任意路径的运动；将喷头位置速度传感器的信息发送给协同速度控制器，将实际的运行轨迹与预设的运行轨迹对比与计算，实现喷头位置控制的闭环控制；A2）控制板控制基板的水平移动并获取层层打印的数据，生成涂丝运行轨迹，根据丝束的尺寸规划喷头的运行轨迹。
[0011]进一步地，所述喷头总成运动的控制方法为：B1）压实滚轮通过压力传感器获取丝束平铺状态信息，通过控制板调整压实力度，实现丝束平铺的闭环控制，达到丝束平铺平整的要求；B2）控制板获取基板的运行数据以及压实滚轮的平铺数据，在压实滚轮无法将部分过大的丝束平铺时，通过第三电机驱动喷头总成运动，控制上一层丝束减少铺量，实现丝束铺面的平整性；获取基板的运行数据，在一层丝束铺完，自动切断丝束，并且抬高，实现丝束平铺不出现多余铺料。
[0012]进一步地，所述箔式线圈设于原料存储架与喂料单元之间，采用模糊PID控制算法通过气缸调整箔式线圈的位置，进而调控提供给丝束的预紧力，以保证增材制造过程预紧力一致。
[0013]进一步地，所述压实滚轮安装在滚轮气缸上，以通过滚轮气缸为压实滚轮提供正压力。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，该系统通过通过相互配合工作的多个单元，对预浸碳纤维增强树脂基丝束进行预紧、加热，从而实现在基板上平铺每层碳纤维强树脂预浸丝，层层堆叠实现三维连续碳纤维增强树脂复合材料构件的制造。该系统自动化程度高，增材制造效果好，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例的系统实现原理图。
[0016]图2是本专利技术实施例的系统结构示意图。
[0017]图3是本专利技术实施例中另一视角的系统结构示意图。
[0018]图中：101、角支架；102、原料存储架；103、竖直铝型材；104、喷头总成；105、第一丝杠；106、压实滚轮；107、底座；108、第二电机；109、第二丝杠；110、角支架；111、基板；112、滚轮气缸；113、第四电机；114、箔式线圈；115、第三电机；116、导轨；117、切料单元；118、远红外加热模块；119
‑
喂料单元；120
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水平铝型材；121
‑
第一电机。
具体实施方式
[0019]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]如图1
‑
3所示，本实施例提供了一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，包括机架，所述机架的底座上设有基板111，所述机架上设有原料存储架102、箔式线圈114、喂料单元119、切料单元117、远红外加热模块118和压实滚轮106，所述箔式线圈114、喂料单元119、切料单元117、远红外加热模块118和压实滚轮106构成喷头总成104，所述原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，包括机架，所述机架的底座上设有基板，所述机架上设有原料存储架、箔式线圈、喂料单元、切料单元、远红外加热模块和压实滚轮，所述箔式线圈、喂料单元、切料单元、远红外加热模块和压实滚轮构成喷头总成，所述原料存储架存放有碳纤维增强树脂基丝束，所述碳纤维增强树脂基丝束从原料存储架引出后穿过箔式线圈，通过箔式线圈提供预紧力后进入喂料单元，通过喂料单元提供挤出力后送至切料单元，所述切料单元位于基板上侧，所述远红外加热模块设于切料单元旁侧，以对丝束加热融化树脂并使软化后的树脂基碳纤维平铺在基板上，所述压实滚轮设于切料单元旁侧并位于基板上侧，以压实基板上的树脂基碳纤维，进而根据成型需要层层堆叠碳纤维，并通过加热后的树脂连接每层碳纤维，实现碳纤维增材制造。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，用于增材制造的碳纤维增强树脂基丝束为经过预浸处理的长碳纤维丝束，由环氧树脂和碳纤维丝束复合而成。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，所述基板为可加热式基板，通过远红外加热模块和基板联合对丝束加热：在基板上成型第一层碳纤维时，基板升温至第一温度，将平铺在基板上的第一层丝束熔融，而后基板降温至第二温度，使丝束固化粘结在基板上；在成型第二层以上碳纤维时，远红外加热模块对丝束加热使树脂熔融，以逐层成型碳纤维并通过加热后的树脂连接每层碳纤维。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，所述机架由底座、竖向固定在底座上的六根竖直铝型材以及六根水平固定在竖直铝型材上的水平铝型材组成；其中，四根竖直铝型材竖设于底座的四个角落，两根竖直铝型材竖设于底座的左右两侧中部，五根水平铝型材固定在六根竖直铝型材上端，以固定机架，最后一根水平铝型材固定在左右两侧中部的两根竖直铝型材之间，以安装喷头总成。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，所述基板为可前后、左右运动的可移动式基板，所述喷头总成可上下运动。6.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强树脂基增材制造系统，其特征在于，所述基板安装于左右滑动座上，所述左...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫东，陈昕熙，黄旭，张爱龙，王璐，何东东，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：