CN106457619B - 用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置 - Google Patents

用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106457619B
CN106457619B CN201580032084.XA CN201580032084A CN106457619B CN 106457619 B CN106457619 B CN 106457619B CN 201580032084 A CN201580032084 A CN 201580032084A CN 106457619 B CN106457619 B CN 106457619B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fibre bundle
shaping channel
bending section
edge
presetting device
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.)
Active
Application number
CN201580032084.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106457619A (zh
Inventor
T·霍格尔
M·科尔宾格
O·康拉德
S·米希尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of CN106457619A publication Critical patent/CN106457619A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106457619B publication Critical patent/CN106457619B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/42—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the shape of the moulding surface, e.g. ribs or grooves
    • 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
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • 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
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/772—Articles characterised by their shape and not otherwise provided for
    • B29L2031/7739—Curved shaped

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用纤维束(20)制造三维的纤维复合材料构件的方法，所述纤维束通过预定型装置(10)由棒状或条状的初始形状成型为三维的预先确定的构件形状，其中，所述预定型装置包括至少一个成型通道(11)，该成型通道沿着其纵向具有为纤维复合材料构件预先确定的第一弯曲部并构成至少一个引导边缘(12)，其中，纤维束被压向成型通道的所述至少一个引导边缘并随此得到所述预先确定的第一弯曲部。

Description

用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种使用纤维束制造三维的纤维复合材料构件的方法和一种相应的装置。
背景技术
由现有技术已知纤维增强塑料构件的多种不同制造方案，其中包括CFK-壳式结构、CFK-编织结构、CSMC-结构形式等。此外，借助空心型材实施的制造方法或者对金属板壳的应用早就已知。尽管一直在改进发展以及适配调整于批量生产，在此所制成的构件还是较为昂贵或笨重。
在专利申请DE 10 2013 219 820 A中描述了一种使用纤维束制造纤维复合材料构件的方法，通过该方法可以节省重量和成本。其中提出：将纤维束用由热塑性和/或热固性材料组成的基质连接起来，使它们形成成型轮廓，并且在纤维束之间设置有支撑机构。
在已知的方法中，必须将纤维束在多个不同方向上和以多种不同弯曲进行成型，以便保证预先确定的构件形状。
发明内容
本发明的目的是，提供一种方法，用该方法可以对纤维束轻便地、经济地和以尽可能少的工具/模具投入进行成型加工。此外还应提供一种成型装置，用该成型装置可以对纤维束更加快速地并且不用额外工具/模具投入地进行三维成型。
为实现上述目的，本发明提供一种用纤维束制造三维的纤维复合材料构件的方法，将所述纤维束通过预定型装置由棒状或条状的初始形状成型为三维的预先确定的构件形状，其中，所述预定型装置包括至少一个成型通道，该成型通道沿着其纵向具有为纤维复合材料构件预先确定的第一弯曲部并构成至少一个引导边缘，所述引导边缘由成型通道的侧向外壁所构成，其中，在预定型装置的成型通道处供给纤维束并使纤维束沿所述成型通道的纵向延伸，继而纤维束被压向成型通道的所述至少一个引导边缘并随此得到所述预先确定的第一弯曲部。
相应地，本发明还提供一种在如上所述的方法中用于棒状或条状纤维束的预定型装置，该预定型装置用以对所述纤维束进行三维成型并包括至少一个成型通道，所述成型通道沿着其纵向具有预先确定的第一弯曲部并沿着该第一弯曲部构成至少一个引导边缘，所述引导边缘由成型通道的侧向外壁所构成。
在此，按照本发明原则上规定了一种用纤维束制造三维的纤维复合材料构件的方法，其中，将所述纤维束通过预定型装置由棒状或条状的初始形状成型为三维的预先确定的构件形状，并且该预定型装置包括至少一个成型通道，该成型通道沿着其纵向具有为纤维复合材料构件预先确定的第一弯曲部并构成至少一个引导边缘，其中，所述纤维束被压向成型通道的所述至少一个引导边缘并随此得到所述预先确定的第一弯曲部。该预先确定的第一弯曲部与沿着纤维束纵向延伸的弯曲部相对应。所述引导边缘由成型通道的侧向外壁所构成。
另外，按照本发明的方法的特征还在于在另一方向上进行成型，该另一方向基本垂直于第一个方向。为此，沿着成型通道在底侧构成有型模边缘，纤维束被压向该型模边缘并随此得到纤维复合材料构件的预先确定的第二弯曲部。第一弯曲部和第二弯曲部例如在成型通道中在X向和Z向上实现，其中，纤维束沿Y向延伸，并且所有方向彼此垂直。于是这样形成方法步骤：首先在预定型装置的成型通道处供给纤维束，该纤维束接着被压向成型通道的引导边缘以及最后被压向底侧的型模边缘，从而产生相应纤维束的三维的最终形状。各运动方向优选地分别互相垂直，亦即纤维束的供给在Z向上进行，往引导边缘上的压紧在X向上进行，而往型模边缘上的压紧又重新在Z向上进行。
在此有利的是，不再额外需要诸如滑块(Schieber)等工具/模具装置，由此可以降低制造成本。
在一种实施例中，引导边缘在供给区段对面构成一个台阶，从而纤维束可以被导入成型通道中并接着可以被压向引导边缘。
在一种有利的实施方式中，纤维束被树脂浸润，或者说是树脂浸润的热塑性纤维束。此外，纤维束优选地由连续纤维和以玻璃纤维或者碳纤维构成。纤维束的横截面可以构成为圆形、长方形或正方形，并在最后一种情况下具有约为10×10mm的尺寸。
所述纤维复合材料构件(其包括三维成型的并且具有第一和第二弯曲部的纤维束)的最终加工完成在常规的压制模具中实现。
本发明还包括对多个纤维束同时进行成型，其中，预定型装置为此具有多个成型通道。在此，这些成型通道可以基本上平行地沿着预定型装置的X向延伸。各纤维束可以通过张紧框加以保持并供给到各个成型通道。在此有利的是，可以使大量纤维束更快地获得最终形状并且能够在一个模具中成型多个构件。
此外在本发明的一种实施方式中规定：预定型装置的多个成型通道具有不同的第一弯曲部和/或引导边缘以及不同的第二弯曲部，从而将多个纤维束同时成型为用于所述三维的纤维复合材料构件的不同的三维形状。这些不同结构能够实现对3D纤维复合材料构件的任意造型。
此外，本发明还包括用于棒状或条状纤维束的预定型装置，该预定型装置用以对所述纤维束进行三维成型并且具有前文所述的构造设计。有益的是，该预定型装置的特征在于：不用附加工具/模具就可以使纤维束在至少一个或两个方向上三维成型。
附图说明
关于本发明其他的有利改进方案，在下文参照附图结合对本发明优选实施例的描述加以详细阐释。附图中示出：
图1为预定型装置的透视图；
图2为预定型装置的剖视图，用于表示成型加工的各方法步骤。
附图是举例示意性的。在所有视图中，同样的附图标记表示同样的部件/部分。
具体实施方式
图1为预定型装置10的透视图，该预定型装置包括三个在Y向上延伸的成型通道11，如在图2中示出的那样，纤维束20借助所述成型通道以三个步骤1、2、3进行三维成型。成型通道11沿着其纵向(Y向)分别具有在X向上弓形弯曲的引导边缘12。在示出的实施方式中，该弓形基本上在成型通道11的整个长度上延伸，但是它也可以构造得较短。每个成型通道11在底侧具有型模边缘13，该型模边缘同样基本上在成型通道11的整个长度上呈弓形地弯曲，但是是在Z向上。这两个弯曲部确定了所期望的纤维复合材料构件的最终形状。
图2举例示出了成型过程的步骤，其中使用具有例如三个成型通道的预定型装置10。纤维束20在第一步骤1中沿Z向往预定型装置10上行进到达成型通道11旁边的区域，接着在第二步骤2中沿X向被压向引导边缘12，并最后沿Z向进行并被压向型模边缘13，从而使纤维束20不仅在X向上而且也在Z向上发生变形。引导边缘12和型模边缘13的形状确定了构件形状。型模边缘13的边界区域相应地构成。
纤维束20在成型时是树脂浸润的，接着用塑料注塑包封，最后通过压制模具用常规的、技术人员已知的用以加工纤维复合材料构件的方法加工完成。纤维束20在示出的图例中具有基本上为正方形的边长约为10mm的横截面。多个纤维束20例如在使用张紧框的情况下可以同时被导入多个成型通道11中，从而可以同时对大量纤维束20执行上述步骤。
在示出的实施例中，引导边缘12在供给区段14对面构成一个沿Z向的台阶，从而纤维束20在Z向上可以完全地导入成型通道11中并接着在X向上可以被压向引导边缘12。
本发明在其设计形式上并不局限于前述的优选实施例。确切地说，还可考虑多种变型，所示解决方案的这些变型同样也应用在一些原则上不同类型的设计形式中。例如，在成型通道中也可设置其他一些边缘，以便形成特定的几何结构。同样，每一预定型装置的成型通道的数量也是不限的，并且可以选择性地在就技术而言可能和合理的情况下进行适配调整。

Claims (10)

1.用纤维束(20)制造三维的纤维复合材料构件的方法，将所述纤维束通过预定型装置(10)由棒状或条状的初始形状成型为三维的预先确定的构件形状，其中，所述预定型装置(10)包括至少一个成型通道(11)，该成型通道沿着其纵向具有为纤维复合材料构件预先确定的第一弯曲部并构成至少一个引导边缘(12)，所述引导边缘由成型通道的侧向外壁所构成，其中，在预定型装置的成型通道处供给纤维束并使纤维束沿所述成型通道的纵向延伸，继而纤维束(20)被压向成型通道(11)的所述至少一个引导边缘(12)并随此得到所述预先确定的第一弯曲部。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：沿着所述成型通道(11)在底侧构成有型模边缘(13)，纤维束(20)被压向该底侧的型模边缘并随此得到纤维复合材料构件的预先确定的第二弯曲部。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纤维束(20)是树脂浸润的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纤维束(20)用热塑性塑料包覆。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在压制模具中将具备所述第一弯曲部和第二弯曲部的纤维束(20)组合为三维的纤维复合材料构件并加工完成。
6.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：所述预定型装置(10)包括多个成型通道(11)，在这些成型通道中将多个纤维束(20)同时成型。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述预定型装置(10)的多个成型通道(11)具有不同的第一弯曲部和/或引导边缘(12)以及不同的第二弯曲部，从而将多个纤维束(20)同时成型为所述三维的纤维复合材料构件的不同的三维形状。
8.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：将成型的纤维束(20)用热塑性和/或热固性材料注塑包封。
9.在按照权利要求1至8之任一项所述的方法中用于棒状或条状纤维束的预定型装置(10)，该预定型装置用以对所述纤维束进行三维成型并包括至少一个成型通道(11)，所述成型通道沿着其纵向具有预先确定的第一弯曲部并沿着该第一弯曲部构成至少一个引导边缘(12)，所述引导边缘由成型通道的侧向外壁所构成。
10.如权利要求9所述的预定型装置，其特征在于：沿着所述成型通道在底侧构成有型模边缘(13)，所述纤维束能被压向该型模边缘并随此能得以成型，使纤维束获得与所述型模边缘的弯曲部相对应的弯曲部。
CN201580032084.XA 2014-09-18 2015-07-20 用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置 Active CN106457619B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014218799.0 2014-09-18
DE102014218799.0A DE102014218799A1 (de) 2014-09-18 2014-09-18 Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Faserverbundwerkstoffbauteils
PCT/EP2015/066538 WO2016041663A1 (de) 2014-09-18 2015-07-20 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen faserverbundwerkstoffbauteils

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106457619A CN106457619A (zh) 2017-02-22
CN106457619B true CN106457619B (zh) 2019-09-03

Family

ID=53758190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580032084.XA Active CN106457619B (zh) 2014-09-18 2015-07-20 用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10589476B2 (zh)
EP (1) EP3194135B1 (zh)
CN (1) CN106457619B (zh)
DE (1) DE102014218799A1 (zh)
WO (1) WO2016041663A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015226019A1 (de) * 2015-12-18 2017-06-22 Sitech Sitztechnik Gmbh Faserverbundbauteil und Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils
EP3281727B8 (en) * 2016-08-10 2023-11-22 Nikon SLM Solutions AG Apparatus for producing three-dimensional workpiece comprising a plurality of powder application devices

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6645333B2 (en) * 2001-04-06 2003-11-11 Ebert Composites Corporation Method of inserting z-axis reinforcing fibers into a composite laminate
DE10124912C1 (de) * 2001-05-17 2002-12-05 Achim Moeller Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional verformten Körpers
JP5200536B2 (ja) * 2006-03-15 2013-06-05 東レ株式会社 プリフォームの製造方法および製造装置
JP5116282B2 (ja) * 2006-10-31 2013-01-09 株式会社ジャムコ 構造部材の連続製造方法
DE102007037649A1 (de) * 2007-08-09 2009-02-12 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie faserverstärktes thermoplastisches Bauteil
US7871553B2 (en) * 2007-09-21 2011-01-18 The Boeing Company Process for forming curved thermoplastic composite material
DE102010002988B4 (de) * 2010-03-17 2014-07-17 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilbauteilen aus Faserverbundwerkstoff
DE102010023669B4 (de) * 2010-06-12 2013-12-05 Daimler Ag Endlosfaser-Verbundbauteile, sowie Verfahren zur Herstellung für Endlosfaser-Verbundbauteile
DE102013219820A1 (de) 2013-09-30 2015-04-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Faserverbundwerkstoffbauteil, Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffbauteils sowie Verwendung von Faserbündeln und Verstrebungsmitteln zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffbauteils
DE102016202429A1 (de) * 2016-02-17 2017-08-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines geformten Stabes aus Faserverbundmaterial

Also Published As

Publication number Publication date
EP3194135A1 (de) 2017-07-26
CN106457619A (zh) 2017-02-22
DE102014218799A1 (de) 2016-03-24
US10589476B2 (en) 2020-03-17
EP3194135B1 (de) 2019-09-04
US20170190122A1 (en) 2017-07-06
WO2016041663A1 (de) 2016-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102917849B (zh) 用于制造纤维复合预成型件的方法和成型模具
CN103407019B (zh) 一种组合模具及其在成型复合材料结构件中的应用
CN106457697B (zh) 用于制造设有单向纤维稀松布的smc构件的方法
CN107618194B (zh) 碳纤维预浸料坯及其制造方法
CN103358432A (zh) 用于制造基本上壳状的纤维增强塑料部件的成形工具
CN107107511B (zh) 具有不连续横截面轮廓的连续型材的拉挤成型
CN104690980B (zh) 具有一体化配件的热塑性复合材料支撑结构及其制造方法
CN106457619B (zh) 用于制造三维纤维复合材料构件的方法及装置
PH12018500471A1 (en) Manufacturing method for composite material, manufacturing apparatus for composite material, and preform for composite material
WO2012131112A3 (fr) Dispositif et procédé pour le compactage-consolidation d'une pièce en matériau composite à matrice thermoplastique renforcée par des fibres continues notamment d'origine naturelle
CN106945204A (zh) 矫正塑胶模具制品变形较大的方法
CN104760304A (zh) 一种紫外固化快速拉挤制备玻璃纤维复合材料Z-pin的设备及其制备方法
WO2018195074A3 (en) Fiber preform and method of making the same
CN110370682A (zh) 一种带角材的大曲率c型框复合材料制件成型方法
WO2012076154A1 (de) Verarbeitung eines faserverbundhalbzeugs
RU2014123565A (ru) Проектирование детали, изготавливаемой из трехмерного тканого композитного материала
CN104802424B (zh) 用于制造纤维增强的空心型材构件的方法
CN104647778B (zh) 用于压制纤维半成品的压制模具和方法
CN104325264A (zh) 一种模具直接成型的工艺方法
CN104582919B (zh) 用于生产预制件的设备和方法
CN103640126A (zh) 复合材料管料胚件的脱模方法及装置
DE102015013193A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils sowie Verbundbauteil
CN105058756B (zh) 一种载带成型装置及方法
CN104252923A (zh) 线缆外模灌胶架
CN104175496A (zh) 射出成型机模座构造

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant