CN104487232A - 用于制造纤维增强的塑料构件的设备和方法 - Google Patents
用于制造纤维增强的塑料构件的设备和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104487232A CN104487232A CN201380038143.5A CN201380038143A CN104487232A CN 104487232 A CN104487232 A CN 104487232A CN 201380038143 A CN201380038143 A CN 201380038143A CN 104487232 A CN104487232 A CN 104487232A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- fabric strip
- equipment
- grabber
- workbench
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
- B29C70/345—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using matched moulds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B11/00—Making preforms
- B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
- B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
- B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
- B29C70/205—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/56—Tensioning reinforcements before or during shaping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
- B29C2793/0027—Cutting off
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
- B29C2793/0081—Shaping techniques involving a cutting or machining operation before shaping
Abstract
一种用于制造三维构件(18、18’)的设备和相应的方法,该三维构件由基于已浸渍的纤维带(10)的纤维增强的热塑性塑料构成,其中,该设备具有-多个并排布置的抓取器(1、1’、1”),用以抓取用基质材料浸渍的纤维带(10),其中,抓取器(1、1’、1”)能够在相互平行的路径上分别在拿取位置(23)与最大位置(24)之间线性移动,从而纤维带(10)能够在抓取器(1、1’、1”)与相应配属的传递设备(2、2’、2”)之间张开,-能转动的工作台(3、3’),在该工作台上,能够将纤维带放置在第一层中和至少在另外的层(12、13、14)中,-分离设备,其能够在传递设备(2、2’、2”)附近分离纤维带(10),-加热装置(25),用以将层加温至160℃至400℃,-第一成形工具(8、8’)和一个或多个另外的成形工具(9、9’),它们可以移动到一起,从而其使得层(12、13、14)三维地变形,-以及传输设备,其能够将仍然是热的层(12、13、14)传输到成形工具(8、8’、9、9’)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造三维构件的设备和方法,该三维构件由基于已浸渍的纤维带的纤维增强的热塑性塑料构成。
背景技术
纤维增强的塑料构件具有由增强纤维组成的结构,其嵌入塑料基质材料中。对于较复杂且较高性能的构件来说,通常要求带有尽可能满足负载地布置的纤维方向的多层纤维结构。使用已浸渍的热塑性纤维带作为用于上述制造方案的原材料。这种纤维带由单层的带状的纤维基本结构构成,该纤维基本结构已经浸渍有所需的基质材料。这种纤维带例如作为卷曲材料被提供。用于制造这种已浸渍的纤维带的可能性例如在DE 42 18 434 A1中描述。
由这种已浸渍的纤维带制造出多层的矩形板是公知的,其用作后续加工的半成品。在US 2011/0111168 A1中描述了,如何能用这种纤维带制作出宽至2m的多轴平板,其在纵向方向上具有良好的可塑性并且具有尽可能不依赖于方向的强度,并且该多轴平板可以被支承且之后可以被进一步加工。在对板进行进一步加工的情况下,缺点是,当生产较复杂地成型的构件时,会产生很多昂贵的半成品材料的边角料。
替选地,可以像在DE 100 12 378 A1中描述的那样,借助所谓的带铺设器将已浸渍的纤维带直接以某个形状放置。纤维带在被放置时受热,因此其与另外的带连接。为了能够实现任意的构件形状和满足要求的纤维层,安设多轴吊架系统(mehrachsportalsystem)或弯臂机器人用于带铺设器头部的运动。运动系统在进行控制时是非常复杂的且相对较慢,或者说具有小的放置速率(单位kg/h)。
发明内容
本发明的任务是,针对所提到的制造方案提供一种设备和一种方法,由于尽可能优化地利用材料,其是更低成本的,并且能更好地自动化,并且适用于批量制作三维的、更复杂的构件。
根据本发明,对于设备来说,该任务以如下方式解决,即,该设备具有
-多个并排布置的抓取器,用以抓取用基质材料浸渍的纤维带,其中,抓取器可以在相互平行的路径上分别在拿取位置与最大位置之间线性移动,从而纤维带可以在抓取器与相应配属的传递设备之间张开,
-可转动的工作台,在该工作台上,可以将纤维带放置在第一层中和至少在另外的层中,
-分离设备,其可以在传递设备附近分离纤维带,
-加热装置,用以将层加温至160°至400℃,
-第一成形工具和一个或多个另外的成形工具,它们可以移动到一起,从而其使得层三维地变形,
-以及传输设备,其可以将仍然是热的层传输到成形工具之间。
通过根据本发明的实施方案得到多个优点。通过并排使用多个抓取器,可以将纤维带同时放置在整个构件面上。基于平行和线性的运动,相比在公知的带铺设器中的情况,设备和其自动化可以被更简单地设计。这在整体上更快且更低成本且更灵活地用于适配不同的待制作的构件。在根据本发明的设备中优选存在至少10个,特别优选至少20个抓取器。因为抓取器可以不相互依赖地移动到不同的中间位置上,所以纤维带可以根据随后的构件轮廓被放置。由此避免了,像在使用矩形半成品时那样产生高成本原料的过多的边角料。由于使用已浸渍的纤维带作为原材料,一方面,不必对具有不完全渗透风险的多层纤维结构进行附加的浸渍,并且另一方面,可以节省高成本预制的半成品,例如多层板。此外,其是节省能量的,用于连接纤维带或层所需的加温同时也还用于三维的变形,其方法是,不设置层组件的临时存储部而是随后直接进行变形,为此,将仍然是热的层置入到成形工具中。
所制造的三维构件已经可以具有最终轮廓,或者该三维构件是还将被变形的中间产品。
所使用的纤维带的纤维优选是碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。优选使用单层的纤维带,并且优选使用如下纤维,在其中,纤维大部分或完全沿一个方向,特别优选是沿纵向方向定向。也可以使用如下纤维带,其具有织物或织品的基本结构。作为浸渍物被安放的基质材料是热塑塑料,优选是PEEK、PPS或聚酰胺,例如形式为作为粉末或纤维覆盖物的薄膜、液滴、涂层、纱线。已浸渍的纤维带例如在多个退卷站作为卷曲物被提供。
分离设备例如可以实施为刀具、圆盘刀具、剪刀、激光器、超声刃或摆动刃。通过分离,工作台可以在放置第一层和放置另外的层之间转动。可转动的工作台优选能以+/-30°至+/-90°转动,因此,层可以以不同的角度放置,以便可以尽可能满足负载地布置纤维带。在优选的实施方案中,工作台可以基本上垂直于抓取器的平行路径地上升和下降,从而使工作台可以运动进入到张开的纤维带的平面内,并且可以从该平面中运动离开。为了张开使工作台下降,并且为了放置而使其上升。在抓取器的一侧可以存在另外的分离设备。替选地,抓取器也可以以能向上和向下运动的方式实施。
加热装置优选是IR加热装置或热空气炉或感应加热装置或微波加热装置,但其也可以具有与层接触的加热板。附加地也可以对一个或多个成形工具进行加热,以便能够实现良好的塑形和加固。但也可以有利的是,将一个或多个成形工具以能冷却的方式实施,从而可以在塑形之后直接冷却和固化构件。传递设备可以具有夹持设备,其保持住纤维带的始端,从而使抓取器可以在拿取位置中接收始端。
为了制造出复杂的构件几何结构,三维的制作优选可以两阶段地实施。首先,将层放置在工作台上的已经略微呈三维的预成形部上,并且随后进行三维变形,以便制作最终的构件形状。因此可以避免单一步骤中的过度变形,这种过度变形特别是在明显呈三维形状的情况中导致移动或形成褶皱的危险。
为了使层在放置之后不移动,有利的是,可以设置固定装置,其可以对纤维带进行局部加温,从而使层在这些部位上相互连接。这例如可以利用经加热的冲具,或者可以通过接触式加温,通过感应加温,利用热空气,利用微波加温或利用局部IR辐射器来实现。在冲具的情况下,可以以如下方式构造冲具,即,冲具可以在必要时将层按压到存在于工作台上的三维预成形部上。
为了能够实现层的加固并且挤出可能存在的空气,可以有利的是,尤其是以与加热装置组合的方式设置挤压装置,挤压装置可以在加温期间或在加温之后使层相互压挤。在平坦的层组件的情况下,挤压装置可以具有两个平坦的板,其相互挤压并且因此使层加固。挤压装置可以布置在加热装置之后,或者与加热装置组合,其方法是,板例如以可加热的方式实施。
为了实现良好的可变形性和加固,可以有利的是,以如下方式构造加热装置,即,可以将由纤维带组成的层大面积地,尤其是完全地加温到160°至400℃。在此有利的是,热塑性基质材料被加温至熔化温度(依赖于具体的热塑性),以便实现均匀的渗透。
优选的是,分离设备应该适用于,即使纤维带位于不同的位置上也可以在每个传递设备处,必要时在每个抓取器处割断纤维带,以便尽可能良好地形成所期望的构件轮廓。为此,相应的分离设备可以在宽度上实施有多个分离模块,其中,分离模块例如装配在传递设备或抓取器上,并且可以是能与其一起移动的。相应的分离设备也可以在宽度上并且以能在抓取器的移动方向上移动的方式实施。
为了可以尽可能良好地形成之后的构件轮廓,有利的是,抓取器的宽度处于10mm与300mm之间,优选30mm与100mm之间。较小的宽度导致机械耗费以及其它费用的升高,这是因为需要大量抓取器,并且在较大的宽度中,牵引力变得过大,或者说难以保证纤维带应力的均匀性。
传输设备特别适合用于使层或层组件运动到成形工具,传输设备具有用于保持已加温的层的张紧框架或夹持件。因为层在加温之后变软且是可变形的并且也是有粘性的,所以有利的是,在边缘处环绕地保持层组件。在已经三维地放置并且进而预成形的层组件的情况下,替选或附加地,也可以将金属丝编织网设置为支撑件或罩。此外,传输设备可以具有枢转臂或运输装置,例如侧向的带、链或牵引绳,利用枢转臂或运输装置来传输张紧框架或夹持件或金属丝编织网。传输设备将已加温的层至少从加热装置传输到成形工具。但传输设备还可以承担从工作台至加热装置的传输。对此替选地也可以设置单独的传输设备。
当传递设备可以相互平行且不相互依赖地朝着成形工具的方向移动到不同的位置上时,也可以在该侧上放置根据所期望的构件几何形状的轮廓,并且结合相应的分离设备以节省材料的方式工作。
根据本发明,对于方法来说,该任务以如下方式解决,为此,尤其是在使用上面描述的设备的情况下,依次实施以下步骤:
a)通过多个并排布置的抓取器,在相应配属的传递设备上抓取多个用基质材料浸渍的纤维带,
b)通过抓取器的直线平行的移动,使纤维带在抓取器与相应的传递设备之间张开,
c)将纤维带作为层放置在可转动的工作台上,
d)在传递设备附近分离纤维带,
e)重复步骤a)-d),以便放置由用基质材料浸渍的平行布置的纤维带形成的另外的层,
f)将层加温至160℃至400℃,并且
g)借助第一成形工具和一个或多个另外的成形工具将仍然是热的层变形成三维构件。
对于方法来说类似地得到已经在根据本发明的设备中提到的优点。对于能量需求来说有利的是,避免附加地加温至160°至400℃。这在根据本发明的方法中刚好是如下情况,即,针对带和层的连接以及针对变形利用所述加温两次,其方法是,使得放置带的步骤直到构件变形的步骤在时间上接近地相继进行。优选的是,在张开期间工作台下降,并且为了放置纤维带,工作台可以基本上垂直于张开的纤维带地向上运动到张开面中。
对于特别复杂的、例如带有侧凹部或高变形度的构件形状来说,可以将由纤维带组成的层放置在略微呈三维的预成形部上,该预成形部设置在可转动的工作台上。于是,步骤g)中的变形不必那么强烈。由此避免纤维层的移动或形成褶皱的危险,并且进而提高构件强度。
为了实现尽可能满足负载的纤维布置,还可以将步骤e)再重复一次或再重复多次,其中,在单次步骤e)之前或分别在每次步骤e)之前,工作台绕特定的角度转动,优选在30°与90°之间,以便以不同的角度放置至少一个层。因此,整体上得到由多个层组成的层组件,所述多个层具有纤维带和纤维方向的不同的角度。用于层的层构建的示例可以是:0°/0°/+45°/-45°/90°/-45°/+45°/0°/0°。在此,在各层中,也可以将仅少量的或单个的纤维带作为加强带来安置。
为了阻止层的滑脱,可以有利的是,在放置一个或多个层之后,或者在放置每个层之后,通过局部的加温进行固定。加温在此不是大面积地,而是仅局部地进行,以便提供各个固定点。
对于获得良好的材料特性来说有利的是,在步骤f)期间或之后,也就是在加温期间或之后,并且在步骤g)之前,也就是在变形之前,压挤由纤维带组成的层。由此,使得层加固并且挤出可能存在的空气。对于平坦地放置的层,可以借助相互挤压的两个板来进行。
为了提高步骤g)中的针对变形的可塑性,并且为了获得良好的加固,可以在步骤f)中将层大面积地,尤其是完全地加温至160°至400℃。
为了进一步最小化边角料,根据之后的构件轮廓,可以在步骤b)期间或在步骤c)之前将抓取器并且优选还有传递设备移动到不同的位置上。
为了可以更好地放置纤维带,尤其是在使用工作台上的三维预成形部的情况下,可以在纤维带被放置之前对其进行加温,优选加温到80℃与260℃之间的温度。合适的温度根据热塑性得到,例如,该温度在PEEK的情况中比在聚酰胺的情况中要高很多。在每种情况下,温度都应该位于熔化温度以下,由此塑料基质仅变得略软,但仍未熔化。
附图说明
借助实施例,参考附图来阐述本发明的其它有利的特征。其中:
图1示出根据本发明的设备的第一部分(放置);
图2示出根据本发明的设备的第二部分(加温、变形);
图3以将多个层放置和固定在可转动的工作台上的步骤示出示意性的步骤图;
图4示出根据本发明的其它设备。
具体实施方式
下面将更详细地描述这些附图。根据本发明,在实施例中提到的特征,不仅以在实施例中描述的组合方式被使用,也可以单个地用于根据本发明的设备或相应的方法。
图1示出根据本发明的设备的第一部分,确切的说是在放置了一层或多层纤维带之后。已浸渍的纤维带10从退卷站被引导至并排布置的传递设备2。抓取器1同样并排地布置,并且分别可以在拿取位置23与最大位置24之间直线地且相互平行地移动。在拿取位置中,抓取器1抓住纤维带10的始端,并且将其拉动越过可转动的工作台3。抓取器1根据期望的构件轮廓朝中间位置运动。例如实施为夹持设备的传递设备2也可以移动,以便尽可能良好地接近构件轮廓。由此,产生的边角料可以被限制到最小。工作台3优选被抬升,以便放置作为单个层的纤维带。通过重复该过程依次放置至少两层,并且因此在工作台3上形成层组件15,其包括第一层和一个或多个另外的层。然后,未示出的分离设备在传递设备的一侧切断纤维带。在抓取器1的一侧可以设置另外的分离设备或者打开抓取器1,并且因此释放纤维带始端。以相同的类型和方法可以在工作台上放置其它层。通过转台3,可以以不同的角度放置各个层。由此,可以实现满足负载且轮廓近似地放置纤维带。在每层之后或仅在单个层之后,可以借助固定装置4来加温且进而固定各个部位,固定装置优选实施为加热盒、IR加热件或感应加热件。工作台3尤其是也可以具有略微呈三维的预成形部,纤维带的层15放置到该预成形部上。由此,特别是对于明显呈三维的构件,减小了之后的变形的程度。由此减小纤维结构中的移动或褶皱的危险。为了改进放置,尤其是当三维的预成形部存在于工作台上时,可以在放置之前对纤维带10进行加温,优选加温至80℃与260℃之间的温度。
图2示出根据本发明的第二部分,其示出针对预成形的层组件的加温和变形。类似地,本发明可以用于平坦地放置的层组件。把在该示例中预成形的、包括第一层和一个或多个另外的层的层组件16从未详细示出的可转动的工作台输送至处理室5。为了维持预成形件,其例如可以在相应的金属丝编织网上传输,在放置时金属丝编织网已经位于预成形部与第一层之间。在处理室中存在加热装置和挤压装置,利用它们将层组件优选大面积地加温至160℃至400℃,并且局部地进行压挤。借助传输设备将包括第一层和一个或多个另外的层的、加温预成形的层组件17引入到第一成形工具8与第二成形工具9之间,传输设备例如实施为带有张紧框架7的枢转臂6。通过闭合第一和第二成形工具8、9,加温预成形的层组件17以期望的构件形状三维地变形。在冷却之后,构件18固化。成形工具8、9可以是被加热的或被冷却的。根据是否为了改进可塑性还应进一步加温,或者根据是否为了稳定形状而已经应该进行冷却。
代替枢转臂6地也可以使用链运输部或牵引绳运输部。代替张紧或夹持框架7地,金属丝编织网也可以支撑加温预成形的层组件17。此外也可以设置两个分离的处理站,用以利用加热装置进行加温以及利用挤压装置进行压挤。压挤部和加热装置的顺序也可以交换,从而尤其是当存在固定装置时首先进行压挤,然后进行大面积的加温。
为了清楚地示出多个层的放置,在图3中依次示出步骤。图3a示出在将纤维带的第一层12放置在平坦的可转动的工作台3’上之后的根据本发明的设备。抓取器1’已经大致返回,并且传递设备2’位于拿取位置处。退卷站11’提供已浸渍的纤维带。在图3a1中示出的步骤是可选的。在此清楚示出的是,如何能够通过局部加温特定的固定部位20来进行固定。然后,图3b中示出,在第一层12上放置另外的层13。例如,以相对于第一层大致呈30°的角度。为此,在放置第一层12之后工作台3’绕相应的角度转动。在第二层13之后,也可以通过在固定部位21处的加温来进行固定(图3b1)。图3c示出在其它的层12、13上放置第三层14。在此,工作台3’也被提前转动了,例如从而可以以相对于第一层12大致呈60°的方式放置第三层14。必要时,随后也可以进行在固定部位22处的固定(图3c1)。这些层共同形成例如在图1中用15表示的层组件,其作为预成形的层组件16被传输,以便进行加温,并且作为已加温的层组件17进一步被变形成构件18。在图4中,相应的附图标记用16’、17’、18’等表示。
由于可以将抓取器1’并且优选还有传递设备2’移动到不同的位置上,因此可以实现根据期望的构件形状来轮廓近似地放置纤维带,从而可以使边角料最小化。没有额外地示出分离设备。所描述的设备和所描述的方法可以被设置用于在工作台3’上的平坦放置,就像被设置用于在三维预成形部(其存在于工作台3’上)上的放置那样。优选可以通过经加热的固定冲具进行固定,其必要时将由纤维带组成的层按压到预成形部上。
图4中示出的设备是用于根据本发明的实施方案的另一变型方案。在带有预成形部的工作台3”(预成形部位于该工作台上)上放置多层纤维带,从而形成预成形的层组件16’。同样示出:可移动的抓取器1”;传递设备2”,其必要时也可以是能移动的;和用于提供已浸渍的纤维带的退卷站11”。在该示例中还安置有两个单独的加强条19。层组件16’和加强条19被加热装置25加温至160°至400℃。然后,将加温预成形的层组件17’传输到第一成形工具8’与第二成形工具9’之间,并且通过闭合第一和第二成形工具8’、9’使其以期望的构件形状三维地变形。通过在变形时使用变大的挤压力,层组件还可以附加地被加固,并且可以挤出空气。当冷却三维构件18’时,其发生固化。冷却过程可以以与成形工具8’或9’完全或局部接触的形式进行。
附图标记列表
1、1’、1” 抓取器
2、2’、2” 传递设备
3、3’、3” 可转动的工作台
4 固定装置
5 带有加热装置和挤压装置的处理室
6 枢转臂
7 张紧框架
8、8’ 第一成形工具
9、9’ 第二或者说其它成形工具
10 已浸渍的纤维带
11、11’、11” 退卷站
12 放置的第一层
13 放置的第二层
14 放置的第三层
15 在工作台上的层组件,其包括第一层和一个或
多个另外的层
16、16’ 在加温前的预成形的层组件,其包括第一层和
一个或多个另外的层
17、17’ 在加温后的预成形的层组件,其包括第一层和
一个或多个另外的层
18、18’ 三维构件,其包括第一层和一个或多个另外的
层
19 单个的加强条
20、21、22 固定部位
23 拿取位置的方位
24 最大位置的方位
25 加热装置
Claims (15)
1.一种用于制造三维构件(18、18’)的设备,所述三维构件由基于已浸渍的纤维带(10)的纤维增强的热塑性塑料构成,其中,所述设备具有
-多个并排布置的抓取器(1、1’、1”),用以抓取用基质材料浸渍的纤维带(10),其中,所述抓取器(1、1’、1”)能够在相互平行的路径上分别在拿取位置(23)与最大位置(24)之间线性移动,从而所述纤维带(10)能够在所述抓取器(1、1’、1”)与相应配属的传递设备(2、2’、2”)之间张开,
-能转动的工作台(3、3’、3”),在所述工作台上,能够将所述纤维带放置在第一层(12)中和至少在另外的层(13、14)中,
-分离设备,其能够在所述传递设备(2、2’、2”)附近分离所述纤维带,
-加热装置(25),用以将层(12、13、14)加温至160°至400℃,
-第一成形工具(8、8’)和一个或多个另外的成形工具(9、9’),这些成形工具能够移动到一起,从而其使所述层(12、13、14)三维地变形,
-以及传输设备(6),其能够将仍然是热的所述层(12、13、14)传输到所述成形工具(8、8’、9、9’)之间。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述工作台(3、3’)具有三维的预成形部,所述层(12、13、14)放置在所述预成形部上,并且/或者所述工作台能够基本上垂直于所述抓取器(1、1’、1”)的平行的路径地上升和下降。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其特征在于,设置有固定装置(4),其能够局部地对所述纤维带进行加温,从而使所述层(12、13、14)在这些部位上相互连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,尤其是以与所述加热装置(25)组合的方式地设置有挤压装置(5),所述挤压装置能够在加温期间或在加温之后使所述层(12、13、14)相互压挤。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述第一成形工具和/或所述一个或多个另外的成形工具(8、8’、9、9’)以能被加热或能被冷却的方式实施。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述分离设备在宽度上实施有多个分离模块,或者在宽度上且在所述抓取器(1、1’、1”)的运动方向上能移动,从而即使在不同的位置中,也能够在每个传递设备(2、2’、2”)上将所述纤维带(10)分离。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述传递设备(2、2’、2”)能够相互平行且不相互依赖地朝着所述成形工具(8、8’、9、9’)的方向移动到不同的位置上。
8.一种尤其是在使用根据前述权利要求中任一项所述的设备的情况下用于制造三维构件(18、18’)的方法,所述三维构件由基于已浸渍的纤维带(10)的纤维增强的热塑性塑料构成,所述方法依次具有如下步骤:
a)通过多个并排布置的抓取器(1、1’、1”),在相应配属的传递设备(2、2’、2”)上抓取多个用基质材料浸渍的纤维带(10),
b)通过所述抓取器(1、1’、1”)的直线平行移动,使所述纤维带(10)在所述抓取器(1、1’、1”)与所述相应的传递设备(2、2’、2”)之间张开,
c)将所述纤维带作为层(12、13、14)放置在能转动的工作台(3、3’)上,
d)在所述传递设备(2、2’、2”)附近分离所述纤维带,
e)重复步骤a)-d),以便放置由用基质材料浸渍的平行布置的纤维带形成的另外的层(13、14),
f)将所述层(12、13、14)加温到160°至400℃,并且
g)借助第一成形工具(8、8’)和一个或多个另外的成形工具(9、9’)将仍然是热的所述层(12、13、14)变形成三维构件。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在步骤c)中,将所述纤维带放置到所述工作台(3、3’)上的略微呈三维的预成形部上。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于,将所述步骤e)重复一次或重复多次,其中,在单次步骤e)之前或分别在每次步骤e)之前,所述工作台(3、3’)绕特定的角度转动,优选在30°与90°之间,以便以不同的角度放置至少一个层(13、14)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法,其特征在于,在放置一个或多个层(12、13、14)之后,或者在放置每个层之后,通过局部的加温来进行固定。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法,其特征在于,在所述步骤f)期间或之后,并且在所述步骤g)之前对所述层进行压挤,并且/或者在步骤f)中大面积地进行加温。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法,其特征在于,
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法,其特征在于,相应于随后完成的构件轮廓,在步骤b)期间或在步骤c)之前将所述抓取器(1、1’、1”)以及优选还有所述传递设备(2、2’、2”)移动到不同的位置上。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法,其特征在于,在被放置在所述工作台(3、3’)上之前对所述纤维带(10)进行加温,尤其是加温到80℃与260℃之间的温度。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012212530.2 | 2012-07-18 | ||
DE102012212530 | 2012-07-18 | ||
PCT/EP2013/063778 WO2014012775A1 (de) | 2012-07-18 | 2013-07-01 | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von faserverstärkten kunststoffbauteilen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104487232A true CN104487232A (zh) | 2015-04-01 |
CN104487232B CN104487232B (zh) | 2016-10-12 |
Family
ID=48741134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380038143.5A Active CN104487232B (zh) | 2012-07-18 | 2013-07-01 | 用于制造纤维增强的塑料构件的设备和方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20150210018A1 (zh) |
EP (1) | EP2874800B1 (zh) |
CN (1) | CN104487232B (zh) |
WO (1) | WO2014012775A1 (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107443771A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-12-08 | 北京博简复才技术咨询有限公司 | 一种预浸料的定型系统和方法 |
CN108472883A (zh) * | 2015-12-09 | 2018-08-31 | 福伊特专利有限公司 | 针对纤维粗纱的安放设备 |
CN111479673A (zh) * | 2017-12-22 | 2020-07-31 | 慕贝尔碳纤维技术有限公司 | 纤维带铺设系统 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014223565A1 (de) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und Faserhalbzeug |
US10336006B1 (en) * | 2015-05-19 | 2019-07-02 | Southern Methodist University | Methods and apparatus for additive manufacturing |
DE102016001238B4 (de) | 2016-02-04 | 2021-10-14 | Audi Ag | Anordnung und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils |
CN106313586B (zh) * | 2016-10-11 | 2018-07-24 | 中国航空工业集团公司基础技术研究院 | 一种用于闭角结构复合材料成型工装 |
CN106313378B (zh) * | 2016-10-11 | 2018-07-24 | 中国航空工业集团公司基础技术研究院 | 一种纤维增强“帽”型筋条成型软模制备及使用方法 |
DE202017105285U1 (de) | 2017-09-01 | 2018-11-06 | Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau | Tapelegevorrichtung mit selektiver Einschneideeinrichtung |
JP7392000B2 (ja) * | 2020-01-17 | 2023-12-05 | 三菱重工業株式会社 | 複合材構造体の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060162143A1 (en) * | 2002-11-22 | 2006-07-27 | The Boeing Company | Composite lamination using array of parallel material dispensing heads |
CN101462358A (zh) * | 2007-12-19 | 2009-06-24 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 一种制备预成型件的设备 |
EP1775107B1 (en) * | 2005-10-17 | 2010-01-06 | Saab Ab | Moulding method with sliding layer |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4461197A (en) * | 1981-12-24 | 1984-07-24 | At&T Technologies, Inc. | Methods of and apparatus for dispensing and positioning tape onto a surface |
US5217656A (en) * | 1990-07-12 | 1993-06-08 | The C. A. Lawton Company | Method for making structural reinforcement preforms including energetic basting of reinforcement members |
DE4218434A1 (de) | 1992-06-04 | 1993-12-09 | Bayer Ag | Herstellmethoden für faserhaltige Verbundwerkstoffe mit Thermoplastmatrix |
DE10012378C2 (de) | 2000-03-09 | 2001-11-22 | Inst Verbundwerkstoffe Gmbh | Verfahren zur Anhaftung von faserverstärkten Thermoplastbändern auf einer Werkzeugplattform |
JP2006519729A (ja) * | 2003-03-12 | 2006-08-31 | コリンズ・アンド・アイクマン・プロダクツ・コーポレーション | デカップラ層を含む車両内部構成部材を形成する改善された方法 |
NL1030029C2 (nl) * | 2005-09-26 | 2007-03-27 | Gtm Consulting B V | Werkwijze en inrichting voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel. |
WO2009081518A1 (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Panasonic Corporation | 半導体装置および多層配線基板 |
FR2928293B1 (fr) | 2008-03-07 | 2016-09-23 | Duqueine Rhone Alpes | Procede de fabrication d'un produit composite multi axial plan et produit obtenu par ce procede |
DE102010015199B9 (de) * | 2010-04-16 | 2013-08-01 | Compositence Gmbh | Faserführungsvorrichtung und Vorrichtung zum Aufbau eines dreidimensionalen Vorformlings |
DE102011007018A1 (de) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | Voith Patent Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen |
DE102011100640A1 (de) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | Compositence Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Fasergelegen und Bauteilvorformlingen aus Fasern |
-
2013
- 2013-07-01 WO PCT/EP2013/063778 patent/WO2014012775A1/de active Application Filing
- 2013-07-01 CN CN201380038143.5A patent/CN104487232B/zh active Active
- 2013-07-01 EP EP13732934.8A patent/EP2874800B1/de active Active
-
2015
- 2015-01-15 US US14/597,271 patent/US20150210018A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060162143A1 (en) * | 2002-11-22 | 2006-07-27 | The Boeing Company | Composite lamination using array of parallel material dispensing heads |
EP1775107B1 (en) * | 2005-10-17 | 2010-01-06 | Saab Ab | Moulding method with sliding layer |
CN101462358A (zh) * | 2007-12-19 | 2009-06-24 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 一种制备预成型件的设备 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108472883A (zh) * | 2015-12-09 | 2018-08-31 | 福伊特专利有限公司 | 针对纤维粗纱的安放设备 |
CN108472883B (zh) * | 2015-12-09 | 2020-10-09 | 福伊特专利有限公司 | 针对纤维粗纱的安放设备 |
CN107443771A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-12-08 | 北京博简复才技术咨询有限公司 | 一种预浸料的定型系统和方法 |
CN111479673A (zh) * | 2017-12-22 | 2020-07-31 | 慕贝尔碳纤维技术有限公司 | 纤维带铺设系统 |
CN111479673B (zh) * | 2017-12-22 | 2022-03-29 | 慕贝尔碳纤维技术有限公司 | 生产线和用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20150210018A1 (en) | 2015-07-30 |
CN104487232B (zh) | 2016-10-12 |
EP2874800B1 (de) | 2016-09-14 |
EP2874800A1 (de) | 2015-05-27 |
WO2014012775A1 (de) | 2014-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104487232A (zh) | 用于制造纤维增强的塑料构件的设备和方法 | |
KR102452272B1 (ko) | 열가소성 복합 구조물들 및 이에 사용되는 프리프레그 테이프를 제조하는 방법 | |
US10189214B2 (en) | Freespace composite manufacturing process and device | |
US8678809B2 (en) | Apparatus for producing reinforcing fiber molding | |
EP2941344B1 (en) | Fabrication of reinforced thermoplastic composite parts | |
CN102574337B (zh) | 自动覆盖成形设备 | |
RU2534245C2 (ru) | Способ и устройство для изготовления заготовок из армированного волокном синтетического материала | |
JP2001315149A (ja) | 繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びそれを用いた予備成形構造体の製造方法 | |
JP2013505155A5 (zh) | ||
CN104512039A (zh) | 用于制造纤维-塑料复合结构产品的成型设备 | |
EP2982494B1 (en) | In-situ induction cured radius filler | |
JP2015509868A (ja) | 繊維強化された成形部材の製造中に繊維スクリムから三次元のプリフォームを製造する方法並びに装置 | |
MX2014008643A (es) | Metodo y dispositivo para producir una preforma tridimensional a partir de un tejido de fibra como parte de la produccion de componentes reforzados con fibra. | |
CN102615837A (zh) | 与复合物铺覆有关的改进 | |
US20210316479A1 (en) | Method for manufacturing preform, method for manufacturing composite material molded article, and mold | |
CN114474712A (zh) | 连续纤维增强复合材料高效高速3d打印头及其使用方法 | |
EP3170651A1 (en) | Manufacturing method for thermoforming a fiber-reinforced composite laminate | |
US11491745B2 (en) | Apparatus and method for laminating fibers for direct manufacturing or preform | |
EP3768446A1 (en) | Mold with thermally conductive flanges | |
JP2004237535A (ja) | プリフォームの製造方法および製造装置 | |
KR20190061650A (ko) | 다이렉트 프리폼 제조용 섬유 적층 장치 및 방법 | |
CN216466190U (zh) | 带覆膜的纸浆容器生产线 | |
EP3888905B1 (en) | Sheet-shaped reinforced-fiber base material and manufacturing method therefor | |
EP3812139A1 (en) | Manufacture of composite parts | |
Kupzik | Robotic Swing Folding of three-dimensional UD-tape-based Reinforcement Structures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |