[发明专利]一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备及其成形方法

说明书

本发明公开了一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，包括成形单元，成形单元上方设置有基体材料连续供应单元、连续纤维铺设单元、激光控制单元，成形单元两侧设置有多余基体材料回收单元。本发明的目的是提供一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，解决了现有技术中存在的纤维的引入与基体的成形独立展开，生产周期长、连续性差等问题。本发明公开了采用上述设备进行连续纤维增强复合材料零件成形的方法。

技术领域

本发明属于增材制造设备技术领域，涉及一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，本发明还涉及采用上述设备进行成形的方法。

背景技术

连续纤维增强复合材料(Continuous fiber reinforced composites)是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷、树脂等为基体材料制备而成的一类高性能复合材料。按连续纤维的引入方式分，其现有的成形方法可分为两种：1.先制备片状的连续纤维与基体复合材料，随后按需裁剪片材，经叠层放置后热压成形；2.先编织纤维预制体，然后通过物理、化学等方法实现基体材料与纤维的复合。

虽然现有的连续纤维增强复合材料零件的成形方法均已相当成熟，但它们仍存在着各自的不足之处，其中以下几点为共性问题：

(1)受界面反应因素的影响，高致密度与纤维完整性不可兼得；

(2)纤维的引入与基体的成形独立展开，生产周期长、连续性差；

(3)在制备形状复杂的连续纤维增强复合材料零件时，需要先制备纤维预制体，制约了制件几何形状的复杂程度；

(4)成形过程中纤维的密度难以调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，解决现有技术中存在的纤维引入与基体成形独立展开，生产周期长、连续性差的问题。

本发明还涉及采用上述设备进行连续纤维增强复合材料零件成形的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，包括成形单元，成形单元上方设置有基体材料连续供应单元、连续纤维铺设单元、激光控制单元，成形单元两侧设置有多余基体材料回收单元。

优选地，成形单元包括成形仓，成形仓内设置有水平的零件托板，零件托板四周有均匀分布的连续纤维固定端口。

优选地，成形仓两侧设置有多余基体材料回收仓，多余基体材料回收仓内设置有水平的多余基体材料回收托板。

优选地，基体材料连续供应单元包括基体材料送进与铺平装置，基体材料送进与铺平装置设置在成形仓成形平面上方，基体材料送进与铺平装置连接有基体材料供应装置。

优选地，基体材料送进与铺平装置设置有两个，分别位于成形仓上方两侧，两个基体材料送进与铺平装置上方均连接有基体材料供应装置。

优选地，连续纤维铺设单元为连续纤维供应装置，连续纤维供应装置位于成形仓上方，在进行连续纤维铺设时会沿着导轨在成形仓上方移动，连续纤维供应装置内部均布着多个彼此独立的纤维释放与收紧轴。

优选地，激光控制单元为激光发射控制装置。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种连续纤维增强复合材料零件的成形方法，采用上述的一种连续纤维增强复合材料零件的成形设备，具体按照以下步骤实施：

步骤1，成形前

根据待成形零件所含纤维增强相的体积分数，设定连续纤维供应装置铺设出的纤维间距及沿层厚方向铺设的频率，并将各待铺设纤维束的一端固定到零件托板与连续纤维供应装置同侧的连续纤维固定端口上；

步骤2，成形时