CN102264518A - 一种通过3d织造制作成型部件的方法以及所制成的成型部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过3D编织和浸渍获得中空成型部件。本发明包括通过三维编织在编织过程中形成部分的非互连部(19)而制备预制坯(11)，这能确保随后在编织物中形成腔体和在浸渍阶段保持所述预制坯形状的稳定性。

Description

一种通过3D织造制作成型部件的方法以及所制成的成型部件
本发明涉及一种通过纬纱和经纱的三维织造(或者称为3D织造)制造一种中空部件的方法，所述纬纱和经纱非常牢固，例如由碳纤维制成，用以得到一个预制坯，随后通过热固性树脂的浸渍。更具体地，本发明涉及一种在所述中空部件中产生腔体的改进方法。
为了制造具有一定机械强度的中空部件，特别是对抗冲击，已知的做法是将热固性树脂涂覆碳纤维。
例如，通过切割预制浸渍的碳纤维纱的织造薄片，将他们堆叠获得一个所需部件的毛坯，然后通过热和压力将他们粘接在一起，这样可以形成任意部件。
这种夹层架构并不理想，尤其从耐冲击的角度来讲，因为冲击可能会引起分层现象。
欧洲专利文献1777063(EP 1777063)公开了一种更有效的通过纬纱和经纱的三维织造制造中空部件，特别是一种涡轮机的叶片的方法。这种方法可以获得一种优越强度的部件，并且尤其展现出了一种优越的耐冲击性，并且没有任何分层的危险。
本发明旨在提供一种用于制造需要减轻重量和/或需要提供通道的任意中空部件的改进的方法。
更具体地，本发明提供一种制造中空部件的方法，所述方法包括：通过3D织造制作一个预制坯，穿过排列成多层的经纱束织造纬纱，以及用可固化的树脂浸渍所述预制坯，其特征在于：在织造过程中确保在两层经纱薄片之间形成部分非互连部(non-interlinking)和所述预制坯的扩张，所述预制坯通过所述非互连部形成所需形状的腔体，然后用所述树脂对以此方式成形的预制坯进行浸渍。
非互连为一种特别的织造特征，其确保没有纬纱穿过某些经纱束平面(更确切地，所述平面的一部分)。
例如，本发明的一个优点，即非互连是通过以下方式实现的，即确保至少从某一织造阶段，每个纬纱在所述预制坯的侧面正常地编织，这样成型纬纱就不会穿过由两个经纱层之间确定的中心平面区域。
如果这种非互连的3D织造的方法一直持续到预制构件的织造完成，则可以获得开口的或可进入的袋子，即在所述部件成型并且浸渍时存在可能被扩张，以获得所需的腔体。
如果目的是为了减轻所述中空部件的重量，可以将固体材料插入到袋子中，所述固体材料的密度小于纱线的密度，例如泡沫型发泡材料。这些低密度材料块具有所需腔体的形状和尺寸。此后，继续对所述预制坯进行最终成型和浸渍。
相反地，如果目的是为了产生多功能通道(unility passage)，为了取得管状结构等等，制造所述腔体的操作包括将充气构件插入到所述预制坯的所述非互连部的位置中，在所述充气构件中填充流体，以赋予所需腔体的形状和尺寸。浸渍后，所述流体和可能所述充气构件从以这种方法制备的腔体中取出。
本发明还提供了通过3D织造的预制坯和利用所述可固化的树脂浸渍获得的任意中空部件，其特征在于：所述中空部件包括由所述预制坯的扩张所确定的腔体，该腔体在3D制造过程中由非互连部形成。
作为一个例子，所述中空部件可以构成船舵或者船舶的中插板。
根据下述的制造中空部件的方法和本发明的原则(其仅仅用于例解说明)以及参考附图，将能够更好地理解本发明的技术方案和更清晰地了解本发明的优点，其中：
图1为展示为了制造中空部件，例如船舵或者船舶的中插板，一预制坯的3D织造的图解视图；
图2为织造的预制坯的线条图；
图3为在通过填充低密度刚性材料形成腔体而成形后的预制坯的线条图；
图4为展示所述预制坯的浸渍的线条图；
图5为不同于图2的另一种织造的预制坯的图解视图；
图6为展示图5中的预制坯成型的线条图。
如图1所示，该图中展示了所述预制坯11的织造，该预制坯11转化为用于船舶的舵。使用提花机型的纺织机，其上放置有经纱束12或者经纱股，其由许多层组成，每层有数百条纱线。如图所示，为了插入所述纬纱14，该机器可以使每条纱线横向穿过经纱薄片间。随着织造所述预制坯的进行，其厚度和宽度在不断地改变，一定数量的经纱将不会被编织，从而可确定所述预制坯的外形和连续可变化的所需厚度。织造结束后，为了提取所述预制坯11，所述经纱和纬纱在编织物的边界被切断。这将在图2中展现，其出现在3D织造结束后以及任何成型之前。
根据一个重要的特性，所述织造伴随在两个经纱薄片之间形成部分非互连部19，该部分非互连部19位于图2中的轮廓16所确定的一个平面区域中。
如上所述，所述非互连作为织造的特征，其结果是该特征产生了一个袋子18，这里所述袋子在编织物的一末端为开着的，用热固性树脂浸渍之前，所述袋子在随后的成型操作中适用于膨胀。
将用于船舵的预制坯11通过将低密度材料块20插入到袋子18中而成型，所述块20具有所述腔体的大致形状和尺寸。该操作结果是将预制坯11做成与船舵所需的形状相近的形状。这种情况在图3中已展示出来。
图4所展示的步骤通过热压缩任选地先进行，其是用热固性树脂对预制坯进行浸渍的常规步骤。将通过插入低密度材料块20而成型的预制坯置于成型模具炉22中，以使所述热固性树脂可以注入其内。在浸渍操作的最后，通过机械加工和在其一末端上加上一个舵杆制作成船舵。应当指出，所述舵杆基本上也可以通过织造所述预制坯的其中一末端而取得。在浸渍之前或者之后，还可以在所述预制坯的另一末端上制备配合这种构件的装置。
图5和图6展示了一种制造中空部件的变形方法，该方法适用于制作任意结构。在这个例子中，其目的是获得包括多功能通道100的管状结构部件。要做到这一点，所述预制坯111根据上述描述类似的方式织造成所需的尺寸，即注意形成部分的非互连部119。经过织造后预制坯成型时，可以向由所述非互连部形成的槽中插入充气构件120，并可以在其中填充流体(气体或者液体)以便赋予通道或者腔体所需要的形状和尺寸。所述充气构件120包括气球，并在浸渍整个阶段中气球保持膨胀状态。一旦取得了所述中空部件，并且其形状和尺寸也最终确定，所述流体将被抽出，所述气球被移走或者当场破坏以便释放出所述多功能通道100。

Claims (7)

1.一种制造中空部件的方法，所述方法包括通过3D织造制作预制坯(11)，穿过排列成多层的经纱束织造纬纱，以及用可固化的树脂浸渍所述预制坯(11)，其特征在于，在织造时确保两层经纱薄片之间具有部分非互连部(19)和所述预制坯(11)的扩张，所述预制坯(11)通过所述非互连部形成所需形状的腔体，然后用所述树脂对以这种方式成形的所述预制坯进行浸渍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述腔体的操作包括在所述非互连部(19)的位置将低密度材料块(20)插入到所述预制坯(11)中，所述低密度材料块(20)具有所需腔体的形状和尺寸。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，产生所述腔体的操作包括在所述非互连部的位置将充气构件(120)插入到所述预制坯(111)中，并向所述充气构件(120)中填充流体以赋予所需腔体的形状和尺寸，在所述浸渍步骤之后，从所述腔体中抽出所述流体和还可能抽出所述充气构件(120)。
4.一种中空部件，所述中空部件通过3D织造预制坯(11)以及通过用可固化的树脂浸渍所述预制坯获得，其特征在于，所述中空部件包括由所述预制坯的扩张所确定的腔体，该腔体在3D编织阶段由所述非互连部(19)形成。
5.根据权利要求4所述的中空部件，其特征在于，所述腔体用低密度材料填充，以减轻整体重量。
6.根据权利要求4所述的中空部件，其特征在于，所述腔体形成一多功能通道(100)。
7.根据权利要求4或5所述的中空部件，其特征在于，所述中空部件构成船舵或者中插板。
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