CN109278293B - 一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置及实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置及实施方法，其特征在于，包括L型工作台、夹板移动机构、碳纤维放置台、运送机构、吸附机构、自动涂胶机和CO2激光器；其实施方法为，通过运送机构把气化模放到L型工作台，用夹板移动机构把碳纤维长丝放到气化模上，用胶水固定，再用CO2激光器对碳纤维长丝进行切割，就可以得到按规定方向排序的碳纤维，本发明使用气化模把碳纤维按序固定，在铺粉过程中保证指定方向，有效改善碳纤维烧结件力学性能各向异性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及选择性激光烧结领域，尤其是使用气化模让碳纤维规则排布的方法。
背景技术
选择性激光烧结是增材制造技术的一种，其工作原理为：首先在工作台上铺上一层粉末材料，用计算机控制激光，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该类成型方法制造工艺简单，灵活性高，材料选择范围广，材料价格低，利用率高，成型速度快，从而应用比较广泛。
目前主要材料包括塑料粉、尼龙粉、金属粉、陶瓷粉以及复合粉末等。其中尼龙粉末作为一种半结晶的聚合物，具有很好的综合力学性能，而且由于其热稳定性好，熔点粘度低，因此非常有利于激光烧结，是近年来应用最广且最成熟的选择性激光烧结原材料。随着材料要求不断提高，尼龙复合粉末成为一种各领域均受欢迎的烧结材料，其主要以尼龙粉末为基粉，加入一定量的碳纤维，以此提高烧结件的强度、耐腐蚀性以及耐热性等。但现有技术和方法尚不能有效控制碳纤维材料在粉末中的取向排布，在已有的控制碳纤维方向的技术方案中，如“一种用于纤维复合粉末选择性激光烧结中纤维取向的导向装置及实施方法”(CN105904732A)可控制碳纤维在试样烧结层中沿不同方向的排布，但在其实际运行中纤维和粉末是一同铺粉，容易导致粉体铺展性能差，从而影响铺粉粉层的密度和表面质量等，进而表现在制件的力学性能上具有各向异性。因此，如何实现碳纤维材料的有序排布和不影响粉体铺展性是目前需要研究的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置及实施方法。
本发明专利采用的技术方案是：一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于，包括L型工作台、夹板移动机构、碳纤维放置台、运送机构、吸附机构、自动涂胶机和CO2激光器；所述的L型工作台为倒L的形状，固定在装置底部；所述的夹板移动机构由支架I、支架II、前后电动丝杆滑台I、上下电动丝杆滑台I、固定夹板和可移动夹板组成；所述的支架I和支架II固定在装置底部且分布在L型工作台一侧；所述的前后电动丝杆滑台I固定安装在支架I和II上；所述的上下电动丝杆滑台I通过螺栓连接安装在所述的前后电动丝杆滑台I的滑块上；所述的固定夹板通过螺栓连接在所述的上下电动丝杆滑台I上；所述的可移动夹板通过螺栓连接安装在在上下电动丝杆滑台I的滑块上；所述的碳纤维放置台固定在装置底部，其高度和L型工作台相同；所述的运送机构由支架III、支架IV、支架V、支架VI、前后电动丝杆滑台II、上下电动丝杆滑台II和左右电动丝杆滑台组成；所述的支架III、支架IV、支架V、支架VI均焊接在装置底部上，支架III和支架IV分布在L型工作台的左侧，支架V和支架VI分布在L型工作台的右侧；所述的前后电动丝杆滑台II在L型工作台的左右侧各布置一个，且左侧的前后电动丝杆滑台II固定安装在支架III和支架IV上，右侧的前后电动丝杆滑台II固定安装在支架V和支架VI上；所述的上下电动丝杆滑台II通过螺栓连接安装在所述的前后电动丝杆滑台II的滑块上，且左右各布置安装一个；所述的左右电动丝杆滑台通过螺栓连接安装在左右两侧的所述的上下电动丝杆滑台II的滑块上；所述的吸附机构由真空发生器和真空吸盘组成；所述的真空发生器固定安装在左右电动丝杆滑台的滑块顶部，真空吸盘固定安装在所述的左右电动丝杆滑台的滑块正前方；所述的自动涂胶机固定安装在左右电动丝杆滑台的背面，与真空发生器分别在左右电动丝杆滑台两侧；所述的气化模成片堆积放置在所述的装置底部上；所述的CO2激光器固定安装在装置顶部。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的前后电动丝杆滑台I、II、上下电动丝杆滑台I、II、左右电动丝杆滑台属于同一类型，其结构均包括支撑座、电机、滚珠丝杆、直线导轨、滑块和基座；所述的滑块由电机带动滚珠丝杆转动，进而推动滑块移动，滑动移动速度在0.5～1m/s之间可调。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的气化模的主要成分为聚苯乙烯，厚度为0.01～0.03mm，边长为50～100mm，气化温度不高于600℃。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的真空吸盘吸附力在0.005～0.01N/cm2可调。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的碳纤维是绕成线圈放置在碳纤维放置台上，分为两列错落排布在碳纤维放置台上，直径在5～20μm之间。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的自动涂胶机功率不低于1500w。
上述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于CO2激光器，功率不低于30w，振镜系统的扫描速度不低于5m/s，激光功率控制系统为数字信号控制，对碳纤维进行直线切割。
同时还提供一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置的实施方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用气化模把碳纤维按序固定，在铺粉过程中保证指定方向，有效改善碳纤维烧结件力学性能各向异性的问题。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为切割碳纤维示意图。
图3为电动丝杆滑台结构示意图。
图4真空吸盘局部放大图。
图5为加工碳纤维流程图。
图中：1-可移动夹板，2-上下电动丝杆滑台Ⅰ，3-碳纤维，4-固定夹板，5-支架I，6-支架III，7-前后电动丝杆滑台Ⅰ，8-前后电动丝杆滑台II，81-电机，82-基座，83-支撑座，84-滑块，85-直线导轨，86-滚珠丝杆，9-支架II，10-上下电动丝杆滑台II，11-支架IV，12-左右电动丝杆滑台，13-自动涂胶机，14-真空发生器，15-真空吸盘，16-支架V，17-气化模，18-碳纤维气化模，19-支架VI，20-L型工作台，21-碳纤放置台，22-CO2激光器。
具体实施方法
参见图1和图2，本发明公开的使用气化模让碳纤维规则排布的装置主要由可移动夹板1，上下电动丝杆滑台Ⅰ2，碳纤维3，固定夹板4，支架I5，支架III6，前后电动丝杆滑台Ⅰ7，前后电动丝杆滑台II8，支架II9，上下电动丝杆滑台II10，支架II11，左右电动丝杆滑台12，自动涂胶机13，真空发生器14，真空吸盘15，支架V16，气化模17，碳纤维气化模18，支架VI19，L型工作台20以及CO2激光器二氧化碳激光切割器22组成；
参见图1～5，本发明使用气化模让碳纤维规则排布的实施方法，具体如下：
(1)通过运送机构中三个方向电动丝杆滑台的协调运动，让真空吸盘15贴紧气化模17，往真空发生器14通入空气，使真空吸盘15吸住气化模17，再通过运送机构使真空吸盘15移动到L型工作台20上方，停止空气通入真空发生器14，真空吸盘15失去吸附能力,气化模17放在L型工作台20，用自动涂胶机13在上面涂满胶水；
(2)装置开始运行前，人工先把碳纤维放置台21上的碳纤维3一根一根按顺序用胶水固定在可移动夹板1上，通过上下电动丝杆滑台I2往上移动，与固定夹板4贴紧，前后电动丝杆滑台I7带动整个夹板从L型工作台20上方移到L型工作台20另一侧，重复(1)的步骤，在碳纤维3上再加一块气化模17，等30～60s，用胶水让两块气化模17粘合在一起；
(3)用CO2激光器22先把夹板这侧的碳纤维3切割，再让可移动夹板1向下移回原始位置，前后电动丝杆滑台I7带动整个夹板向另一侧移动，固定夹板4从L型工作台20上方移动，可移动夹板1从L型工作台20下方移动，回到原始位置以后，上下电动丝杆滑台I2带动可移动夹板1夹紧碳纤维3，再用CO2激光器22把这侧的碳纤维3切割；
(4)把碳纤维气化模18通过运送机构放置到L型工作台20一侧；
(5)重复上述(1)(2)(3)(4)的步骤，直到加工完毕。
Claims (8)
1.一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于，包括L型工作台、夹板移动机构、碳纤维放置台、运送机构、吸附机构、自动涂胶机和CO2激光器；所述的L型工作台为倒L的形状，固定在装置底部；所述的夹板移动机构由支架I、支架II、前后电动丝杆滑台I、上下电动丝杆滑台I、固定夹板和可移动夹板组成；所述的支架I和支架II固定在装置底部且分布在L型工作台一侧；所述的前后电动丝杆滑台I固定安装在支架I和II上；所述的上下电动丝杆滑台I通过螺栓连接安装在所述的前后电动丝杆滑台I的滑块上；所述的固定夹板通过螺栓连接在所述的上下电动丝杆滑台I上；所述的可移动夹板通过螺栓连接安装在在上下电动丝杆滑台I的滑块上；所述的碳纤维放置台固定在装置底部，其高度和L型工作台相同；所述的运送机构由支架III、支架IV、支架V、支架VI、前后电动丝杆滑台II、上下电动丝杆滑台II和左右电动丝杆滑台组成；所述的支架III、支架IV、支架V、支架VI均焊接在装置底部上，支架III和支架IV分布在L型工作台的左侧，支架V和支架VI分布在L型工作台的右侧；所述的前后电动丝杆滑台II在L型工作台的左右侧各布置一个，且左侧的前后电动丝杆滑台II固定安装在支架III和支架IV上，右侧的前后电动丝杆滑台II固定安装在支架V和支架VI上；所述的上下电动丝杆滑台II通过螺栓连接安装在所述的前后电动丝杆滑台II的滑块上，且左右各布置安装一个；所述的左右电动丝杆滑台通过螺栓连接安装在左右两侧的所述的上下电动丝杆滑台II的滑块上；所述的吸附机构由真空发生器和真空吸盘组成；所述的真空发生器固定安装在左右电动丝杆滑台的滑块顶部，真空吸盘固定安装在所述的左右电动丝杆滑台的滑块正前方；所述的自动涂胶机固定安装在左右电动丝杆滑台的背面，与真空发生器分别在左右电动丝杆滑台两侧；所述的气化模成片堆积放置在所述的装置底部上；所述的CO2激光器固定安装在装置顶部。
2.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的前后电动丝杆滑台I、II、上下电动丝杆滑台I、II、左右电动丝杆滑台属于同一类型，其结构均包括支撑座、电机、滚珠丝杆、直线导轨、滑块和基座；所述的滑块由电机带动滚珠丝杆转动，进而推动滑块移动，滑动移动速度在0.5～1m/s之间可调。
3.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的气化模的主要成分为聚苯乙烯，厚度为0.01～0.03mm，边长为50～100mm，气化温度不高于600℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的真空吸盘吸附力在0.005～0.01N/cm2可调。
5.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的碳纤维是绕成线圈放置在碳纤维放置台上，分为两列错落排布在碳纤维放置台上，直径在5～20μm之间。
6.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于所述的自动涂胶机功率不低于1500w。
7.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置，其特征在于CO2激光器，功率不低于30w，振镜系统的扫描速度不低于5m/s，激光功率控制系统为数字信号控制，对碳纤维进行直线切割。
8.一种用于碳纤维规则排布的气化模制备装置的实施方法，具体步骤如下：
(1)通过运送机构中三个方向电动丝杆滑台的协调运动，让真空吸盘贴紧气化模，往真空发生器通入空气，使真空吸盘吸住气化模，再通过运送机构使真空吸盘移动到L型工作台上方，停止空气通入真空发生器，真空吸盘失去吸附能力，气化模放在L型工作台，用自动涂胶机在上面涂满胶水；
(2)装置开始运行前，人工先把碳纤维放置台上的碳纤维一根一根按顺序用胶水固定在可移动夹板上，通过上下电动丝杆滑台I往上移动，与固定夹板贴紧，前后电动丝杆滑台I带动整个夹板从L型工作台上方移到L型工作台另一侧，重复(1)的步骤，在碳纤维上再加一块气化模，等30～60s，用胶水让两块气化模粘合在一起；
(3)用CO2激光器先把可移动夹板与固定夹板贴合处左侧的碳纤维切割，再让可移动夹板向下移回原始位置，前后电动丝杆滑台I带动整个夹板向另一侧移动，固定夹板从L型工作台上方移动，可移动夹板从L型工作台下方移动，回到原始位置以后，上下电动丝杆滑台I带动可移动夹板夹紧碳纤维，再用CO2激光器把可移动夹板与固定夹板贴合处右侧的碳纤维切割；
(4)把加工好的碳纤维气化模通过运送机构放置到L型工作台一侧；
(5)重复上述(1)(2)(3)(4)的步骤，直到加工完毕。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200619 |