【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能连续纤维增强树脂，尤其是涉及一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备及方法。
技术介绍
1、纤维增强树脂基复合材料以其优异的性能而受到学术界和工业界的广泛关注，包括比强度、耐腐蚀及疲劳性、可回收性、一次成型性、断裂韧性和尺寸稳定性等，并且已经广泛应用在康复医疗设备、航空航天、运动产品、汽车等众多领域。
2、目前大多数纤维增强树脂基复合材料构件是通过高压釜成型、热压、拉挤及原位增材制造等方法制造的，但通常需要后加工工艺，例如车削、铣削、钻孔，以实现特征创建。如公开号为cn108068319a的中国专利文献公开了一种连续纤维复合材料增材制造方法；公开号为cn107139459a的中国专利文献公开了一种连续纤维增强复合材料增材制造装置。
3、同时，目前的方法还存在以下问题。首先，纤维增强树脂基复合材料的加工性能与金属等各向同性材料形成鲜明对比。由于高各向异性、强度和韧性，在加工过程中通常会导致纤维损伤(毛刺和撕裂)、基体开裂和分层，以及发热和严重的刀具磨损。此外，一些异形孔等复杂特征无法通过成型件后续加工制造，这大大限制了纤维增强树脂基复合材料的进一步应用拓展及制造成熟度。
4、因此，迫切需要一种可以实现含异形孔等复杂特征的纤维增强树脂基复合材料构件制造方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备及方法，针对具有难以后续加工结构(如异形孔、内部复杂流道等)的复合材料层合件，将激光切割创新
2、一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，包括连接板以及固定在连接板上的送丝模块、热源设备、压辊总成、预浸带切割模块和增材和成型件减材切割模块；
3、所述的预浸带切割模块包括固定在连接板侧边上的预浸带导向切割板、固定在连接板背面的预浸带长度方向直线电机、与预浸带长度方向直线电机上的滑块固定连接的切割高度调节板、固定在切割高度调节板上的预浸带宽度方向直线电机、与预浸带宽度方向直线电机上的滑块固定连接的预浸带切割激光器；通过预浸带长度方向直线电机和预浸带宽度方向直线电机的工作，控制预浸带切割激光器对预浸带导向切割板上的预浸带进行切割；
4、所述的成型件减材切割模块包括固定在连接板背面的高度补偿直线电机，与高度补偿直线电机上的滑块固定的上的滑块固定的成型件切割激光器连接板，以及与成型件切割激光器连接板固定连接的成型件切割激光器。
5、进一步地，所述连接板的上端面设有连接块，通过连接块与外部移动设备固定连接。
6、进一步地，所述的送丝模块包括导向轮、送丝橡胶辊以及用于驱动送丝橡胶辊的送丝驱动电机。
7、进一步地，所述的压辊总成包括与连接板上的气缸固定的宽度调节板以及对称固定在宽度调节板下端面的两个侧面安装板，两个侧面安装板的下端之间通过辊轮销轴固定有绝缘轴承，所述的绝缘轴承由内而外依次套设有辊轮金属层、辊轮硅胶层、高导电检测层；所述侧面安装板的内表面设有绝缘侧板；
8、两个侧面安装板的中部通过调节弹簧与检测导电板的中部连接，所述检测导电板的上端通过导电板绝缘棒与宽度调节板可转动固定，检测导电板靠近下端位置与高导电检测层相抵；
9、所述检测导电板与检测设备的一个接口连接，检测设备的另一个接口与等电位层连接，所述的等电位层的上表面用于铺放碳纤维增强复合材料层，所述的检测设备用于检测电阻或电感。
10、进一步地，所述的宽度调节板上设有位置调节孔，所述侧面安装板的上端设有与位置调节孔滑动配合的定位块；
11、所述的侧面安装板通过定位块在位置调节孔内定位滑动以适应不同宽度的辊轮，位置确定后通过螺栓锁紧。
12、进一步地，两个侧面安装板的中部设有带通孔的调节连接板，通孔内穿设有带螺纹的绝缘调节棒，所述绝缘调节棒的前端穿过通孔后与调节弹簧连接，后端设有调节螺母，通过调节螺母来调节绝缘调节棒前端伸出通孔的长度，从而改变调节弹簧的拉伸力。
13、一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形方法，使用上述激光原位增减材复合成形设备，包括以下步骤：
14、步骤1，针对复合材料构件的结构特征选择先增后减或者先减后增；若选择先增后减，则执行步骤2；若选择先减后增，则执行步骤5；
15、步骤2，利用外部移动设备带动激光原位增减材复合成形设备运动，根据预定路径进行当前层的增材铺丝制造，并对是否完成当前层特征位置铺放进行检测，若未完成则继续增材铺放，若已完成，则增材铺放暂停；
16、步骤3，利用外部移动设备将激光原位增减材复合成形设备抬起，变换位姿至成型件减材切割模块，根据预设形状切割下预定的形状，切割完成后暂停切割；将激光原位增减材复合成形设备抬起，变换位姿继续进行增材铺放；直到铺设完当前层后，进行下一层铺放；
17、步骤4，重复步骤2和3，直至完成最后一层铺放，得到复合材料构件；
18、步骤5，激光原位增减材复合成形设备始终处在增材铺丝制造位姿，并利用外部移动设备移动至当前层的加工起始点；然后在送丝模块的控制下给出固定长度的预浸带，并使用压辊总成将预浸带压在起始点；
19、步骤6，预浸带切割模块工作，对预浸带进行减材操作，切割出预定形状；然后将切割后的预浸带进行增材铺丝制造；铺设完当前层后，进行下一层铺放；
20、步骤7，重复步骤6，直至完成最后一层铺放，得到复合材料构件。
21、进一步地，步骤1中，针对复合材料构件的结构特征选择先增后减或者先减后增具体方法为：
22、首先，如果复合材料构件垂直于铺放面的位置有非通孔结构，则使用先减后增方法，避免对底层预浸带造成烧蚀破坏；
23、对于存在通孔结构的情况，则判别通孔是否存在锥形面，在垂直于铺放面方向如果存在上大下小的锥形面，则需要采用先减后增的方法进行制造；而如果在垂直于铺放面方向如果存在上大下小的锥形面，则采用先增后减的方法进行制造；
24、如果存在上述的组合结构，则采用先减后增与先增后减复合协同的加工方法。
25、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
26、1、本专利技术将预浸带切割模块和成型件减材切割模块进行创新融合设计实现原位增材设备的升级，可以根据实际构件加工需求自由切换加工模式；根据不同的结构特点，可以自由选择先增后减、先减后增或两者复合的加工策略。
27、2、本专利技术为含难加工结构(含内部复杂结构、异形孔等)的复合材料构件提供了一种高效的解决方案。
28、3、本专利技术通过设置带缺陷检测功能的自适应压辊总成，不添加其他传感器，不改变原有激光原位增减材复合成形设备的整体布局，可以实现以层为单位的实时原位缺陷检测，可以实时检测到缺陷实时停止，也可以将数据保存，推知每一层的缺陷具体位置；还可以根据实时电阻曲线变化对包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，包括连接板(102)以及固定在连接板(102)上的送丝模块、热源设备、压辊总成(2)、预浸带切割模块和成型件减材切割模块；
2.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述连接板(102)的上端面设有连接块(101)，通过连接块(101)与外部移动设备固定连接。
3.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述的送丝模块包括导向轮(108)、送丝橡胶辊(110)以及用于驱动送丝橡胶辊(110)的送丝驱动电机(116)。
4.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述的压辊总成(2)包括与连接板(102)上的气缸固定的宽度调节板(201)以及对称固定在宽度调节板(201)下端面的两个侧面安装板(202)，两个侧面安装板(202)的下端之间通过辊轮销轴(207)固定有绝缘轴承(212)，所述的绝缘轴承(212)由内而外依次套设有辊轮金属层(213)、辊轮硅胶层(214)、高导电检测层(
5.根据权利要求4所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述的宽度调节板(201)上设有位置调节孔，所述侧面安装板(202)的上端设有与位置调节孔滑动配合的定位块；
6.根据权利要求4所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，两个侧面安装板(202)的中部设有带通孔的调节连接板(203)，通孔内穿设有带螺纹的绝缘调节棒(205)，所述绝缘调节棒(205)的前端穿过通孔后与调节弹簧(210)连接，后端设有调节螺母(204)，通过调节螺母(204)来调节绝缘调节棒(205)前端伸出通孔的长度，从而改变调节弹簧(210)的拉伸力。
7.一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形方法，其特征在于，使用权利要求1～6任一项所述的激光原位增减材复合成形设备，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形方法，其特征在于，步骤1中，针对复合材料构件的结构特征选择先增后减或者先减后增的具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，包括连接板(102)以及固定在连接板(102)上的送丝模块、热源设备、压辊总成(2)、预浸带切割模块和成型件减材切割模块；
2.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述连接板(102)的上端面设有连接块(101)，通过连接块(101)与外部移动设备固定连接。
3.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述的送丝模块包括导向轮(108)、送丝橡胶辊(110)以及用于驱动送丝橡胶辊(110)的送丝驱动电机(116)。
4.根据权利要求1所述的复合材料构件的激光原位增减材复合成形设备，其特征在于，所述的压辊总成(2)包括与连接板(102)上的气缸固定的宽度调节板(201)以及对称固定在宽度调节板(201)下端面的两个侧面安装板(202)，两个侧面安装板(202)的下端之间通过辊轮销轴(207)固定有绝缘轴承(212)，所述的绝缘轴承(212)由内而外依次套设有辊轮金属层(213)、辊轮硅胶层(214)、高导电...
【专利技术属性】
技术研发人员：栾丛丛，纪毓杨，牛成成，丁泽泉，姚鑫骅，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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