CN109130243A - 碳纤维增强树脂基复合材料电流加热lom制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法及装置，将碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带输送至工作平台上部，工作平台向上运动贴合预浸带，压板机构向下运动将预浸带压紧在工作平台上，同时压板两端电极对压紧区域预浸带加电，待压紧区域预浸带发热固化后，压板机构向上运动脱离预浸带，激光发射器沿三维模型截面轮廓线进行切割预浸带，轮廓线外部切割成细小碎片，切割完成后，工作平台下降脱离预浸带，然后重新输送完整预浸带至工作平台上部，同时经切割后残留的预浸带由收卷料筒收起，即完成单层成型和固化，循环此过程直到完成整个三维实体构件的成型和固化，即获得所需三维实体构件；本发明成型方式迅速、无支撑；固化技术低耗、节能。

Description

碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法及装置
技术领域
本发明涉及纤维增强树脂基复合材料成型技术领域，具体涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法及装置。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、耐疲劳、耐腐蚀、减震性好、可设计性能等诸多优势，在替代金属、节能减排以及特殊用材等多个方面发挥着独特的作用。碳纤维增强树脂基复合材料传统成型工艺很多，如手动铺放成型、树脂传递模塑成型、纤维缠绕成型等，各工艺方法成型复合材料构件的精度，形状大小，结构强度等要求或性能参差不齐，而且均存在自动化程度较低、精度差、尺寸形状限制等诸多问题。碳纤维增强树脂基复合材料传统固化技术多采用热压罐高温高压固化的方式，其严苛的高温高压密闭环境，缓慢的加热加压周期长，有限的尺寸形状以及高昂的成本限制了碳纤维增强树脂基复合材料的应用领域。
叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)是最早出现的快速成形方法之一，根据三维CAD模型切片处理后每个截面的轮廓线，在计算机控制下，运用激光将片材切割出要求轮廓，轮廓外切割成细小碎片状，然后输送至工作平台通过热压机构压紧粘合，最后工作平台降低一个层厚，重新切割、送进、热压，如此循环，最终取出零件，剔除废料小块，获得所需三维产品。其优势在于成型速度快，不需要支撑，无翘曲，变形小等。
电流加热是目前对于良导体加热效率最高，速度最快，低耗节能环保型的加热方式。与一般燃料加热方式相比，电流加热方式可获得较高的加热温度，易于实现温度的自动控制和远距离控制；而且是在被加热物体内部直接生热，热效率高，升温速率快；最重要的是在电流加热过程中，不会产生废气、残余物或烟尘，绿色环保。
目前还没有结合LOM制造方式和电流加热技术用于碳纤维增强树脂基复合材料领域的方法或装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法及装置，实现碳纤维增强树脂基复合材料快速成型，在叠层制造的同时，通过电流加热原位即时固化；成型方式迅速、便捷、无支撑；固化技术低耗、节能、环保。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法，包括以下步骤：将碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带2输送至工作平台9上部，工作平台9向上运动贴合预浸带2，压板机构3向下运动将预浸带2压紧在工作平台9上，同时压板两端电极对压紧区域预浸带加电，待压紧区域预浸带发热固化后，压板机构3向上运动脱离预浸带2，激光发射器4沿三维模型截面轮廓线进行切割预浸带2，轮廓线外部切割成细小碎片，切割完成后，工作平台9下降脱离预浸带2，然后重新输送完整预浸带2至工作平台9上部，同时经切割后残留的预浸带2由收卷料筒8收起，即完成单层成型和固化，循环此过程直到完成整个三维实体构件的成型和固化，即获得所需三维实体构件。
所述的碳纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体是热塑性树脂基体或热固性树脂基体。
上述成型方法所采用的装置，包括卷置于放卷料筒1上的碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带2，预浸带2由放卷料筒1放出后依次经过下部的工作平台9或半成型构件10贴合、上部的压板机构3压紧和加电固化、上部的激光发射器4切割后收卷缠绕在收卷料筒8上。
所述的压板机构3包括中部绝缘板3-3，中部绝缘板3-3两端连接有正电极3-2、负电极3-5，正电极3-2上设置有正电极插片3-1，负电极3-5上设置有负电极插片3-4，正电极插片3-1和负电极插片3-4高度与预浸带2的单层厚度相同，其排列方式为交错排列，在成型过程中交错插入单层预浸带2中，正电极3-2和负电极3-5通过电缆6与直流电源7连接。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1)本发明可同时满足单个或多个碳纤维增强树脂基复合材料构件的成型和固化，材料选择适用于所有碳纤维增强热塑性树脂基复合材料预浸带和碳纤维增强热固性树脂基复合材料预浸带，在保证树脂充分流动，纤维浸润性优异，层间粘合效果极佳的同时，通过电流加热原位即时固化，定型控性固化三者同时满足。
2)本发明采用的电流加热方式低耗、节能、环保，升温速率快、易于实现温度的自动控制和远距离控制，而且发热源来自于碳纤维本身，极大地增强了纤维-树脂界面结合。
3)本发明采用的LOM叠层制造技术具有速度快，无支撑，无翘曲，变形小等优势，结合电流原位即时固化方式替代掉了传统的复合材料成型方式和固化技术，具有更好的适应性。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
参照图1，一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造装置，包括卷置于放卷料筒1上的碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带2，预浸带2由放卷料筒1放出后依次经过下部的工作平台9或半成型构件10贴合、上部的压板机构3压紧和加电固化、上部的激光发射器4切割后收卷缠绕在收卷料筒8上。
所述的工作平台9能够沿竖向Z轴上下运动。
所述的压板机构3包括中部绝缘板3-3，中部绝缘板3-3两端连接有正电极3-2、负电极3-5，正电极3-2上设置有正电极插片3-1，负电极3-5上设置有负电极插片3-4，正电极插片3-1和负电极插片3-4高度与预浸带2的单层厚度相同，其排列方式为交错排列，在成型过程中交错插入单层预浸带2中，正电极3-2和负电极3-5通过电缆6与直流电源7连接，直流电源7根据预浸带2所需固化温度进行供电，整个压板机构3能够沿竖向Z轴上下运动。
所述的激光发射器4能够在X-Y平面内运动。
一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法，包括以下步骤：选取碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带2作为原材料，将预浸带2输送至工作平台9上部，预浸带下部的工作平台9向上运动贴合预浸带2，预浸带上部的压板机构3向下运动将预浸带2压紧在工作平台9上，同时压板两端电极对压紧区域预浸带加电，待压紧区域预浸带发热固化后，压板机构3向上运动脱离预浸带2，激光发射器4沿三维模型截面轮廓线进行切割预浸带2，轮廓线外部切割成细小碎片，切割完成后，工作平台9下降脱离预浸带2，然后重新输送完整预浸带2至工作平台9上部，同时经切割后残留的预浸带2由收卷料筒8收起，即完成单层成型和固化，循环此过程直到完成整个三维实体构件的成型和固化，最后取出构件，剔除废料小块，即获得所需三维实体构件。
所述的碳纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体是热塑性树脂基体或热固性树脂基体，如果是热塑性树脂基体，电流加热方式的作用为发热粘合，促进树脂流动和纤维浸润性，提升层间性能；如果是热固性树脂基体，电流加热方式的作用为发热粘合，促进树脂流动和纤维浸润性，提升层间性能的同时，激发固化剂活性，引发聚合交联反应固化成型。

Claims (4)

1.一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带(2)输送至工作平台(9)上部，工作平台(9)向上运动贴合预浸带(2)，压板机构(3)向下运动将预浸带(2)压紧在工作平台(9)上，同时压板两端电极对压紧区域预浸带加电，待压紧区域预浸带发热固化后，压板机构(3)向上运动脱离预浸带(2)，激光发射器(4)沿三维模型截面轮廓线进行切割预浸带(2)，轮廓线外部切割成细小碎片，切割完成后，工作平台(9)下降脱离预浸带(2)，然后重新输送完整预浸带(2)至工作平台(9)上部，同时经切割后残留的预浸带(2)由收卷料筒(8)收起，即完成单层成型和固化，循环此过程直到完成整个三维实体构件的成型和固化，即获得所需三维实体构件。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法，其特征在于：所述的碳纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体是热塑性树脂基体或热固性树脂基体。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料电流加热LOM制造方法所采用的装置，其特征在于：包括卷置于放卷料筒(1)上的碳纤维增强树脂基复合材料的预浸带(2)，预浸带(2)由放卷料筒(1)放出后依次经过下部的工作平台(9)或半成型构件(10)贴合、上部的压板机构(3)压紧和加电固化、上部的激光发射器(4)切割后收卷缠绕在收卷料筒(8)上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的压板机构(3)包括中部绝缘板(3-3)，中部绝缘板(3-3)两端连接有正电极(3-2)、负电极(3-5)，正电极(3-2)上设置有正电极插片(3-1)，负电极(3-5)上设置有负电极插片(3-4)，正电极插片(3-1)和负电极插片(3-4)高度与预浸带(2)的单层厚度相同，其排列方式为交错排列，在成型过程中交错插入单层预浸带(2)中，正电极(3-2)和负电极(3-5)通过电缆(6)与直流电源(7)连接。
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