[发明专利]一种连续纤维复合材料壳体制造设备

说明书

本发明公开了一种连续纤维复合材料壳体制造设备，包括机架，安装在所述机架上的运动模块，由运动模块驱动的热塑性材料挤出单元、缠丝机构以及打印平台，还包括浸渍模块；所述打印平台包括：树脂液箱，顶面开放，由运动模块驱动；成型托板，密封所述树脂液箱的顶面，表面分布有多个过液孔，所述过液孔的背面连接有伸入树脂液箱中的导液管；所述浸渍模块包括：树脂供应单元，向所述树脂液箱供应树脂；覆膜机构，对干燥的连续纤维预制体进行覆膜；真空辅助单元，为连续纤维预制体上的树脂导流口提供真空吸力；本发明解决了传统碳纤维复合材料结构件面临制造工艺复杂、生产周期较长、往往需要模具和难以实现复杂结构制造的难题的问题。

技术领域

本发明涉及连续纤维复合材料制造技术领域，特别涉及一种连续纤维复合材料壳体制造设备。

背景技术

碳纤维作为国家发展的战略性材料，具有高强度、高刚度、低比重、耐摩擦磨损、可循环回收使用等优异的特性，是新一代高性能轻量化的先进材料，由其制成的复合材料在汽车船舶、航空航天、轨道交通、医疗器械等领域具有重要应用前景。但传统碳纤维复合材料结构件面临制造工艺复杂、生产周期较长、往往需要模具和难以实现复杂结构制造的难题。对于单品种小批量结构件的制造，特别是单件结构的制造，开辟新的模具无疑会导致生产周期和制造成本的上升。

近年兴起的三维打印技术被认为是最适于个体化结构件制造的技术之一。已有研究者将其应用于连续碳纤维复合材料的制造，如申请号为ZL2014103256503的专利文献公开了一种连续长纤维增强复合材料3D打印机及其打印方法，该过程中无需预先定制模具以及预先处理过的纤维预浸带，大大降低了成本，同时，采用3D打印的方法，更好、更方便地控制所制造零件中增强纤维的方向，更容易得到具有定制化力学性能的复合材料零件，可实现具有复杂结构的复合材料零件的快速制造。又例如公开号为CN107127972A的专利文献公开了一种连续纤维增强复合材料增材制造喷头及打印机，由外喷头和内喷头组成，喷头结构简单，尺寸较小，可以提高成型精度；此外，内喷头的出口与外喷头的出口之间的竖直距离可调，可以控制纤维复合材料的对中性，改善成型质量，实现连续纤维增强复合材料增材制造。

上述方法和装置重点解决了如何实现连续碳纤维热塑性材料混合与打印的问题，但由于增材制造技术层层叠加的工艺特点，导致连续纤维复合材料在打印方向上的力学性能较差；此外，打印结构件还受制于热塑性材料基体性能的影响，其力学性能与传统连续碳纤维复合材料制造工艺制造的结构件相比仍有较大的差距。

发明内容

本发明公开了一种连续纤维复合材料壳体制造设备，将三维打印技术与纤维缠绕技术以及真空辅助浸渍技术相结合，实现高强度复杂连续纤维复合材料壳体结构的快速制造。

一种连续纤维复合材料壳体制造设备，包括机架，安装在所述机架上的运动模块，由运动模块驱动的热塑性材料挤出单元、缠丝机构以及打印平台，还包括浸渍模块；

所述打印平台包括：

树脂液箱，顶面开放，由运动模块驱动；

成型托板，密封所述树脂液箱的顶面，表面分布有多个过液孔，所述过液孔的背面连接有伸入树脂液箱中的导液管；

所述浸渍模块包括：

树脂供应单元，向所述树脂液箱供应树脂；

覆膜机构，对干燥的连续纤维预制体进行覆膜；

真空辅助单元，为连续纤维预制体上的树脂导流口提供真空吸力。

本发明设备实现了壳体芯模的个体化快速制造，连续干燥纤维束缠绕在芯模表面造型，最后借助真空辅助浸渍模块实现连续干燥纤维浸渍，直至获得所需结构件。

本发明设备的工作过程如下：

造芯，采用热塑性材料挤出机构在打印平台上按照事先设计好的结构打印芯模；