CN109421188A - 用于输出成型纤维复合束的施用设备和方法 - Google Patents
用于输出成型纤维复合束的施用设备和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109421188A CN109421188A CN201810988557.9A CN201810988557A CN109421188A CN 109421188 A CN109421188 A CN 109421188A CN 201810988557 A CN201810988557 A CN 201810988557A CN 109421188 A CN109421188 A CN 109421188A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- section
- output
- cross
- fiber composite
- 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.)
- Pending
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
- B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
- B29C31/04—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
- B29C31/042—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity using dispensing heads, e.g. extruders, placed over or apart from the moulds
- B29C31/044—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity using dispensing heads, e.g. extruders, placed over or apart from the moulds with moving heads for distributing liquid or viscous material into the moulds
-
- 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
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
- B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
- B29B15/14—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length of filaments or wires
-
- 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
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
- B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
- B29C70/521—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die and impregnating the reinforcement before the die
-
- 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
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
-
- 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
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
- B29C64/209—Heads; Nozzles
-
- 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
- B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
- B29C70/384—Fiber placement heads, e.g. component parts, details or accessories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- 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
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
- B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
Abstract
本发明涉及一种用于输出成型纤维复合束(6)的可移动施用设备(2),具有:耦合单元(8);预成型单元(10);浸渍单元(12);以及具有驱动单元(16)和可设定的输出单元(18)的后成型单元(14);其中该输出单元(18)形成为,将穿过该输出单元(18)连续挤压的纤维复合束(28)连续成型为具有能够由该输出单元(18)设定的输出横截面(30)的成型纤维复合束(6)并将其输出;该预成型单元(10)和该输出单元(18)被设定为使该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。本发明还涉及一种具有此类使用设备(2)的系统及一种用于借助于该施用设备(2)来输出该成型纤维复合束(6)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于输出成型纤维复合束的施用设备。本发明还涉及一种用于输出成型纤维复合束的方法。
技术背景
通常使用段纤维增强或长纤维增强的热塑料来制造纤维复合部件。纤维例如可以为碳纤维、芳族聚酰胺纤维或玻璃纤维。如果将短纤维作为增强物引入热塑料中,则它们具有小于5mm的平均纤维长度。在此情况下,借助于喷射模制或挤出由短纤维增强的热塑料来制造纤维复合部件。如果相反使用具有5mm至50mm的平均纤维长度的长纤维,则可以由此借助于挤出来制造纤维复合部件。然而特别要注意待制造的纤维复合部件的呈现出具有底切部的复杂几何形状的区域。因为此类区域在实践中通常可能暴露于大的力和/或力矩。当至少基本上仅由仅具有少量短纤维或长纤维的热塑性基质材料来形成此类区域时,这对于相应的稳定性而言是特别不利的。
另外从现有技术已知用于印刷添加具有纤维的热塑性基质材料的印刷方法。基质材料在此添加有非常短的纤维,其中这些纤维具有最大5mm的平均纤维长度。即,用于该印刷方法的材料为添加具有短纤维的热塑性基质材料。然而在实践中已经确定,用此类材料制造的纤维复合部件具有很有限的稳定性。对于具有高几何复杂度的纤维复合部件的区段尤其如此,例如具有底切的区段或从部件的基础表面突起的区段。
发明内容
本发明的基本目的在于,提供一种设备和/或方法,该设备或方法能够借助于如下材料来增材制造具有复杂几何形状(尤其具有底切)的纤维复合部件,该材料为待制造的纤维复合部件提供了特别高的机械稳定性。
根据本发明的第一方面,所述的目的通过具有权利要求1所述特征的施用设备来实现。该施用设备的有利设计在相关的从属权利要求和/或以下的说明中再现。
即,建议了一种用于操作设备的施用设备。该施用设备用于输出成型纤维复合束。该施用设备具有耦合单元,借助于该耦合单元,该施用设备可松脱地可紧固在该操作设备处,使得该施用设备可以被该操作设备在空间中移动。该施用设备还具有预成型单元、浸渍单元和后成型单元。该后成型单元具有驱动单元和可设定的输出单元。该预成型单元形成为,将连续送入该预成型单元的具有多条环状纤维的粗纤维束连续成型为具有能够由该预成型单元设定的成型纤维横截面的成型纤维束。该浸渍单元形成为,从由该预成型单元连续送入的成型纤维束通过用不完全交联的基质材料浸渍而连续地形成纤维复合束。该后成型单元的驱动单元形成为,将由该浸渍单元连续送入的纤维复合束连续挤压到并穿过该输出单元。该输出单元形成为,将穿过输出单元连续挤压的纤维复合束连续成型为具有能够由该输出单元设定的输出横截面的成型纤维复合束并将其输出。该预成型单元和输出单元被设定为使该成型纤维横截面与该输出横截面至少70%重合。
即该施用设备可以借助于耦合单元可松脱地紧固到该操作设备。该施用设备因此优选形成为可移动的施用设备。如果施用设备借助于耦合单元紧固在操作设备处,则操作设备可以在空间中移动施用设备。因此施用设备可以借助于操作设备例如如下被引导地在空间中移动,使得从输出单元输出的成型纤维复合束沿着所希望的输出路径输出。这个输出路径优选可以选择为,由此建立待制造的纤维复合部件的区段的复杂的几何形状。如果纤维复合部件例如应具有钩状的区段,则用于纤维复合部件的这个区段的施用设备借助于操作设备被如下地引导,使得施用设备的成型纤维复合束沿着输出路径输出,该输出路径由纤维复合部件的钩状区段的横截面形状来确定。该输出路径可以例如形成为弧形和/或根据另一种几何形状形成,使得对应地输出的成型纤维复合束形成纤维复合部件的钩状区段。此外,可以选择输出路径,使得该输出路径沿着纤维复合部件的钩状区段的预期的负载路径延伸。通过使纤维复合部件的由成型纤维复合束构成的区段沿着负载路径延伸,类似的内容也适用于环状纤维。即,它们沿着负载路径不中断地延伸。这提供了以下优点:稍后作用在钩状区段上的可能的力能够特别好地转移到其余的纤维复合部件。因为与非常短的纤维相反,力不需要沿着负载路径从纤维到纤维反复地传递。纤维复合部件的由成型纤维复合束制造的区段或者完全由其制造的纤维复合部件因此可以是特别节省重量的并且同时特别稳定的。使用该施用设备的其他优点从以下解说中得出。
借助于预成型单元,具有多个环状纤维的粗纤维束可以连续成型为成型纤维束。环状纤维为具有大于80mm的平均纤维长度、优选大于200mm的平均纤维长度的纤维。环状纤维优选由纤维卷上连续地解下并且然后作为粗纤维束引导到预成型单元。粗纤维束还可以形成为粗纱和/或称为粗纱。通过对该多个环状纤维的量的匹配和/或通过预成型单元的通过横截面方面的几何分布,可以将该预成型单元形成为将成型纤维横截面成型。通过预成型单元的对应的匹配可能性,可以设定成型纤维横截面。换言之,可以从预成型单元输出具有能够设定的或经设定的成型纤维横截面的成型纤维束。这提供了以下优点:环状纤维在成型纤维束的情况下已经在成型纤维束的横截面上如此分布地安排,使得在横截面中由环状纤维构成了成型纤维横截面。成型纤维横截面在此例如可以具有与稍后在输出时通过施用设备为成型纤维复合束提供的形状至少近似的形状。通过预成型单元因此优选可以保证,成型纤维复合束在其中包含的纤维方面具有特别有利的分布。
由预成型单元提供的成型纤维束可以连续引导和/或输送到浸渍单元。为此可以对应地形成该施用设备。
浸渍单元用于以不完全交联的基质材料来浸渍成型纤维束。浸渍连续地进行。因此,可以从浸渍单元连续地输出纤维复合束。即,由浸渍单元通过用不完全交联的基质材料浸渍纤维复合束来构成纤维复合束。基质材料例如是硬质塑料型的基质材料或热塑性的基质材料。对于浸渍还有利的是,该基质材料是流态的或粘流态的。因为连续地送入成型纤维束并且从浸渍单元连续地构成和/或提供纤维复合束,所以提出,浸渍单元也形成为用于连续的浸渍。
纤维复合束具有纤维复合物横截面。优选纤维复合物横截面至少基本上对应于成型纤维横截面。已经证实有利的是,纤维复合物横截面与成型纤维横截面至少70%重合。通过成型纤维束与纤维复合束之间的高横截面相似性,可以保持在纤维分布方面成型纤维束所提供的优点。
纤维复合束可以连续地引导到和/或输送到后成型单元、尤其到相关联的驱动单元。施用设备可以与此对应地形成。
借助于驱动单元可以将纤维复合束连续地挤压到并穿过输出单元。驱动单元和输出单元可以为此直接彼此相继地安排。借助于输出单元,将连续挤压穿过输出单元的纤维复合束成型为成型纤维复合束并将其输出。此外可以由输出单元提供引导通道,将纤维复合束挤压穿过该引导通道并且在此基于引导通道的通过横截面将其成型为具有相关联的输出横截面的成型纤维复合束。该预成型单元和输出单元被设定为使该成型纤维横截面与该输出横截面至少70%重合。这保证了输出单元不需要将纤维复合束完全变形,而是很小的横截面匹配就足以保证用于成型纤维复合束的输出横截面。输出单元和成型单元分别是可设定的,从而可以实现所希望的重合度。在实践中可以提出,输出横截面是预先确定的和/或被预先确定。在此情况下,该预成型单元可以被设定为使该成型纤维横截面与该输出横截面至少70%重合。
参照先前阐述的关于具有钩状区段的待制造的纤维复合部件的例子,例如可以提出,钩状区段具有一定的厚度和/或一定的宽度。借助于这些数值可以选择输出单元的有利的输出横截面。这可以通过对输出单元进行设定来确保。对应的设定还可以在预成型单元处进行,以便实现所希望的重合度。如果成型纤维复合束借助于施用设备沿着先前阐述的输出路径输出,则这提供了如下优点:所输出的成型纤维复合束的纤维至少基本上沿着输出路径或平行于输出路径安排。因为纤维是环状纤维,它们可以将作用在纤维复合部件的钩状区段上的力特别好地转移到纤维复合部件的其他区段。这尤其在输出路径至少基本上沿着纤维复合部件的钩状区段之内的可预测路径(沿着该可预测路径能够实现力的特别有利的转移)来选择。
因为可以借助于输出单元并且至少间接通过操作设备沿着预定的路径引导纤维复合束,施用设备还可以称为施用器或印刷设备。这样,输出单元也可以称为喷嘴单元。
为了将耦合单元可松脱地紧固到操作设备处,耦合单元例如可以形成为紧固板或紧固框架。与耦合单元相对应地形成的接收单元可以被设置为用于该操作设备。因此,在耦合单元与操作设备的接收单元之间可以实现可松脱的紧固和/或可松脱的机械连接。操作设备例如可以形成为机器人、尤其工业机器人,或者形成为门式机器人,例如借助于线性驱动器可移动的门式机器人。
在成型纤维横截面和输出横截面方面要注意的是,术语“重合”优选涉及这两个横截面的比较。这两个横截面不需要实际上直接放置在彼此之上。而是,这种比较可以看作是理论上的、技术上的比较。实际的“重叠摆放”不是必需的。根据一个例子,重合度由输出横截面的在理论上将成型纤维横截面与具有成型纤维横截面的输出横截面放置在彼此之上时处于重叠的部分与整个输出横截面或整个成型纤维横截面的比率来确定。相反的确定同样是可设想的。即,根据另一个例子,重合度由成型纤维横截面的在理论上将成型纤维横截面与具有输出横截面的输出横截面放置在彼此之上时处于重叠的部分与整个输出横截面或整个成型纤维横截面的比率来确定。例如当成型纤维横截面的外轮廓与输出横截面的外轮廓一致时存在完全的重合度。如果不是这种情况,则成型纤维横截面和输出横截面例如可以彼此部分一致。在此情况下例如存在小于100%的重合度。对于该施用设备提出,预成型单元和输出单元被设定为使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%或更多重合。于是,预程序单元和输出单元例如被设定为,使得成型纤维横截面与输出横截面至少75%、至少80%、至少85%或至少90%重合。
这两个横截面的高重合度提供了如下优点:可以实现在待制造的纤维复合部件或成型纤维复合束中的纤维的有利的分布和/或密度。这些横截面的高重合度还提供了以下优点:环状纤维可以沿着待制造的纤维复合部件的负载路径放置。
在可用于借助于浸渍单元来浸渍的基质材料的情况下,该基质材料优选为不完全交联的基质材料。这种基质材料例如可以是不完全交联的硬质塑料或硬质塑料型的基质材料。然而还可以特别优选地提出,该基质材料为不完全交联的热塑料或者热塑性材料。
对于后成型单元和/或总体上对于施用设备可以设置调温单元,该调温单元形成为用于固化或硬化所输出的成型纤维复合束。调温单元可以形成为借助于热量、冷量和/或光来实施固化。
此外已经证实为有利的是,该施用设备的耦合单元、预成型单元、浸渍单元和输出单元彼此机械地连接和/或耦合。这例如还可以借助于该施用设备的框架来进行。于是耦合单元、预成型单元、浸渍单元和/或后成型单元可以与该施用设备的框架机械地相连。这提供了如下优点:该施用设备借助于操作设备可以在空间中自由移动。
已经证实为有利的是,环状纤维形成为碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或玻璃纤维。此外可能有利的是,环状纤维形成为混合纤维。在此情况下,环状纤维可以由至少两种不同的纤维(例如碳纤维和玻璃纤维)构成。
对于浸渍已经证实为有利的是,通过注射尚未完全交联的基质材料来进行浸渍。于是可以借助于浸渍单元将尚未完全交联的基质材料注射到成型纤维束上或其中,以便构成纤维复合束。然而还已经证实为有利的是,借助于浸渍单元通过基质浴来进行浸渍。于是浸渍单元可以具有容器、尤其浴,尚未完全交联的基质材料可以引入其中。此外浸渍单元可以形成为,将连续送入的成型纤维束引导穿过容器中的尚未完全交联的基质材料,以便然后由其构成纤维复合束。
施用设备的一个有利设计的特征在于,预成型单元具有第一模具接收件和由第一模具接收件可更换地固持的第一成型模具,其中该成型纤维横截面由第一成型模具确定。第一模具接收件可以形成为可松脱地固持和/或紧固第一成型模具,使得第一成型模具是可更换的。即,第一成型模具可以更换成另一个第一成型模具,使得能够实现对应的另一个所希望的成型纤维横截面。优选第一成型模具形成为模块成型模具。第一成型模具因此还可以称为第一成型模具模块。第一成型模具可以构成用于粗纤维束的引导通道,使得从其中将成型纤维束成型。由于可以由第一模具接收件可更换地固持第一成型模具,预成型单元是可设定的。通过选择被第一模具接收件固持的第一成型模具,可以确定并因此设定成型纤维横截面。即,预成型单元是可设定的,以便实现所希望的成型纤维横截面。
施用设备的另一个有利设计的特征在于,输出单元具有第二模具接收件和由第二模具接收件可更换地固持的第二成型模具,其中该输出横截面由第二成型模具确定。第二模具接收件可以形成为可松脱地固持和/或紧固第二成型模具,使得第二成型模具是可更换的。即,第二成型模具可以更换成另一个第二成型模具,使得能够实现对应的另一个所希望的输出横截面。优选第二成型模具形成为模块成型模具。第二成型模具因此还可以称为第二成型模具模块。第二成型模具可以构成用于纤维复合束的引导通道,使得从其中将成型纤维复合束成型。由于可以由第二模具接收件可更换地固持第二成型模具,输出单元是可设定的。通过选择被第二模具接收件固持的第二成型模具,可以确定并因此设定输出横截面。即,输出单元是可设定的,以便实现所希望的输出横截面。
该施用设备的另一个有利设计的特征在于,第一成型模具和第二成型模具相对彼此确定和/或形成为,使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。于是,预成型单元的引导通道的通过横截面例如确定和/或形成为,使得这个通过横截面相对于输出单元的引导通道的通过横截面形成为,使得这两个引导通道的通过横截面至少70%重合。由此得出,成型纤维横截面同样与输出横截面至少70%重合。即,通过适当选择第一成型模具和第二成型模具,可以实现所希望的重合度。高重合度的优点已经在上文中阐述。在这里以类似的方式参照对应的解说。
在实践中可以提出,选择第一成型模具使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。即,如果希望用于输出成型纤维复合束的某一输出横截面,例如以便实现待制造的纤维复合部件的突起部的尽可能有利的设计,则可以通过选择第二成型模具首先设定输出横截面并且通过适当选择第一成型模具来设定纤维成型横截面,从而保证所希望的重合度。
为了将第一成型模具的机械复杂度保持得尽可能小,已经证实为有利的是,第一成型模具形成为确定正好一个成型纤维横截面。第一成型模具例如可以一体式形成。对应的内容也可以适用于第二成型模具。即,为了将第二成型模具的机械复杂度保持得尽可能小,已经证实为有利的是,第二成型模具形成为确定正好一个成型纤维横截面。第二成型模具例如可以一体式形成。
该施用设备的一个有利设计的特征在于,预成型单元具有多个可调整的用于将成型纤维束成型的预成型模具零件,其中该预成型单元可以被控制为调整这些预成型模具零件,以便以受控地设定的成型纤维横截面来将成型纤维束成型。为了设定所希望的成型纤维横截面,控制预成型模具零件,使得这些预成型模具零件被调整为,可以通过预成型模具零件来成型具有所希望的、因此所设定的成型纤维横截面的成型纤维束。优选预成型模具零件可以被控制为设定预成型单元的通过横截面。由于可调整的预成型模具零件,预成型单元不需要具有可更换的成型模具。而是,所希望的成型纤维横截面可以通过预成型模具零件的调整来实现。预成型模具的可调整性此外提供了如下优点:可以特别简单且快速地设定所希望的成型纤维横截面。另外还可以提出,预成型单元形成为用于在该施用设备工作期间受控地调整预成型模具。
该施用设备的另一个有利设计的特征在于,输出单元具有多个可调整的用于将成型纤维复合束成型的输出模具零件,其中该输出单元能够被控制为调整这些输出模具零件,以便以受控地设定的输出横截面来将该成型纤维复合束成型。为了设定所希望的输出横截面,控制后成型模具零件,使得这些后成型模具零件被调整为,可以通过后成型模具零件来成型具有所希望的、因此所设定的输出横截面的成型纤维复合束。优选后成型模具零件可以被控制为设定输出单元的通过横截面。通过可调整的后成型模具零件,输出单元不需要具有可更换的成型模具。而是,所希望的输出横截面可以通过后成型模具零件的调整来实现。后成型模具的可调整性此外提供了如下优点:可以特别简单且快速地设定所希望的输出横截面。另外还可以提出,输出单元形成为用于在该施用设备工作期间受控地调整后成型模具。
该施用设备的另一个有利设计的特征在于,该施用设备具有施用器控制单元,该施用器控制单元形成为用于控制该预成型单元和/或该输出单元,使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。借助于施用器控制单元,例如可以如下控制预成型单元的预成型模具零件,使得成型纤维束具有与输出横截面至少70%重合的成型纤维横截面。替代地或补充地,施用器控制单元可以形成为用于控制输出成型模具的调整,使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。
优选地提出,施用器控制单元取决于输出单元的设定来控制预成型单元。即,如果例如预先给定了输出横截面,则施用器控制单元可以首先被形成为用于受控地调整输出模具零件,使得成型纤维复合束具有所希望的输出横截面。另外,施用器控制单元形成为,尤其随后,可以控制预成型单元以调整预成型模具,使得成型纤维束成型有与输出横截面至少70%重合的成型纤维横截面。
该施用设备的另外的有利设计的特征在于,施用设备具有用于将成型纤维复合束固化的固化单元。固化单元优选与该施用设备的后成型单元相关联。即,固化单元例如可以构成后成型单元的一部分、尤其整体部分。此外,已经证实有利的是,固化单元形成为用于加热成型纤维复合束的加热单元。这尤其适用于将硬质塑料型的基质材料用于浸渍时。因为硬质塑料型基质材料可以通过供应热量来固化。替代地或补充地,固化单元可以具有光照单元,该光照单元形成为用于将光输出到成型纤维复合束上,从而固化成型纤维复合束。光可以为来自紫外光谱的光。优选光线的光谱如此确定,使得该光谱适合于和/或预定用于硬质塑料型的基质材料的固化。
该施用设备的另外的有利设计的特征在于,施用设备具有用于将成型纤维复合束硬化的硬化单元。硬化单元优选与该施用设备的后成型单元相关联。即,硬化单元例如可以构成后成型单元的一部分、尤其整体部分。此外,已经证实有利的是,固化单元形成为用于冷却成型纤维复合束的冷却单元。这尤其适用于将热塑性的基质材料用于浸渍时。因为热塑性基质材料可以通过冷却来硬化。冷却可以例如通过空气进行。冷却单元由此可以例如具有鼓风机,从而可以借助于冷却单元来冷却成型纤维复合束。然而冷却也可以通过热交换器进行。于是冷却单元可以具有用于冷却成型纤维复合束的热交换器。作为冷却剂可以例如使用水、油或其他液态冷却剂。
根据本发明的第二方面,开篇所述的目的通过具有权利要求9所述特征的系统来实现。该系统的有利设计可以从相关联的从属权利要求和/或下文的说明中得出。关于根据本发明第二方面的系统,还以类似的方式参照上文的解说、优选设计、优选特征、优点和/或效果,如已经对于根据本发明第一方面的施用设备或相关联的设计解说的。
即,设置了一种用于输出成型纤维复合束的系统。该系统具有如先前已经根据本发明第一方面且优选根据有利设计解说的施用设备。此外,该系统具有操作设备,该操作设备形成为用于受控地在空间中移动相关联的接收单元。另外,该系统具有用于控制该操作设备的系统控制单元。该施用设备的耦合单元紧固在该操作设备的接收单元处,使得该施用设备与该操作设备相连并且完全由该操作设备承载。优选该系统控制单元被配置为如下控制该操作设备,使得该操作设备的接收单元沿着预定的轨迹运动。于是,系统控制单元例如可以被配置为沿着预定的轨迹移动该接收单元,使得施用设备的对应的路径被确定为,借助于施用设备将成型纤维复合束沿着用于待制造的纤维复合部件的轨迹引导。该轨迹在此可以对应于待制造的纤维复合部件的负载路径。
操作设备优选形成为机器人,尤其工业机器人。还可以提出,操作设备形成为门式机器人、尤其借助于线性驱动器可移动的门式机器人。操作设备还可以由机械手构成或者具有机械手。操作设备因此还可以称为机械手。另外,已经证实有利的是,操作设备具有线性动力学特性,这尤其在与门式机器人相关的情况下适用。系统控制单元可以被配置为,控制机器人或门式机器人,从而移动机器人或门式机器人的接收单元,以便沿着该轨迹引导施用设备的输出单元。在机器人的情况下,接收单元例如可以安排在手臂的末端处。其余情况下,以已经与该施用设备相关地解说的类似方式产生了优点和/或效果。因此以与对于该系统的类似方式对其进行参考。
该系统的一个有利设计的特征在于,该施用器控制单元与该系统控制单元相关。该系统控制单元可以具有多个子单元,其中这些子单元之一由施用器控制单元构成。由此,该系统控制单元例如还可以形成为用于控制预成型单元和/或输出单元,使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。
该系统的另一个有利设计的特征在于,该施用器控制单元由该系统控制单元控制。为此,可以借助于信号控制连接、尤其与传导相关的(leitungsgebundenen)信号控制连接来连接施用器控制单元和系统控制单元。系统控制单元例如可以被配置为向施用器控制单元发送控制信号,使得该施用器控制单元控制预成型单元和/或输出单元,使得成型纤维横截面与输出横截面至少70%重合。
该系统的另一个有利设计的特征在于,该施用器控制单元由该系统控制单元构成。在这种情况下可以提出,施用器控制单元不直接安排在施用设备处。此外还可以提出,施用器控制单元构成系统控制单元的整体部分。
此外要指出,已经与施用器控制单元相关地解说的优点、效果和/或有利设计能够以类似方式适用于系统控制单元。优选以类似方式参考对应的说明。
该系统的一个有利设计的特征在于,该系统单元被配置为,借助于施用器控制单元来控制驱动单元和/或输出单元。这尤其当系统控制单元还用于控制操作设备时是有利的。于是可以借助于施用单元通过系统控制单元依赖于操作设备借助于系统控制元件的运动来控制驱动单元和/或输出单元。
该系统的另一个有利设计的特征在于,该系统具有固化单元和/或硬化单元,该固化单元和/或硬化单元形成为用于固化或硬化成型纤维复合束。以类似方式参考已经参考施用设备的固化单元和/或硬化单元解说的对应的、有利的说明、优选的特征、优点和/或效果,然而其中设置固化单元和/或硬化单元对该系统的关联。即,固化单元和/或硬化单元可以形成为与施用设备断开联接。
根据本发明的第三方面,开篇所述的目的通过具有权利要求13所述特征的方法来实现。该方法的有利设计在相关的从属权利要求和/或以下的说明中再现。
即,建议了一种用于借助于施用设备来输出成型纤维复合束的方法,该施用设备能够用相关联的耦合单元可松脱地紧固在操作设备处,使得该施用设备能够被该操作设备在空间中移动。根据该方法的步骤a)提出,将连续送入该施用设备的预成型单元的具有多条环状纤维的粗纤维束连续成型为具有能够由该预成型单元设定的成型纤维横截面的成型纤维束。该方法的步骤b)的特征在于,借助于该施用设备的浸渍单元用不完全交联的基质材料连续浸渍该成型纤维束以形成纤维复合束,其中该成型纤维束被连续地送入该浸渍单元。该方法的步骤b)的特征在于,将由该浸渍单元连续送入该施用设备的驱动单元的纤维复合束借助于该驱动单元连续挤压到并穿过该施用设备的输出单元。根据该方法的步骤a)提出,将穿过该输出单元连续挤压的纤维复合束借助于该输出单元连续成型为具有能够由该输出单元设定的输出横截面的成型纤维复合束并将其输出。其中该预成型单元和该输出单元被设定为使该成型纤维横截面与该输出横截面至少70%重合。
关于该方法,以类似的方式参照上文的解说、优选设计、有利特征、优点和/或效果,如已经对于根据本发明第一方面的施用设备或根据本发明第二方面的系统以及对应的有利的设计描述的。
此外再次指出,先前描述的方法的步骤是借助于施用设备实施的,该施用设备可松脱地紧固在操作设备处并且可以在空间中被操作设备移动。即,具有成型纤维横截面的成型纤维束的连续成型、随后的浸渍以及具有输出横截面的成型纤维复合束的连续成型和输出是借助于施用设备进行的。该施用设备例如可以形成为可移动的施用设备。这尤其在操作设备形成为机器人并且施用设备可松脱地安排在机器人的臂末端处时是有利的。即,成型纤维横截面和输出横截面的设定借助于施用设备而分布式进行。此外,浸渍借助于施用设备来进行。最后,先前提及的这两个横截面优选相对彼此设定为,能够保证成型纤维复合束中的纤维的有利的分布和/或密度。
该方法的一个有利设计的特征在于,预成型单元具有多个可调整的用于将成型纤维束成型的预成型模具零件,该预成型单元能够被控制为调整这些预成型模具,以便以受控地设定的成型纤维横截面来将该成型纤维束成型,该输出单元具有用于使该成型纤维复合束成型的多个可调整的输出模具零件,该输出单元能够被控制为调整这些输出模具,以便以受控地设定的输出横截面来将该成型纤维复合束成型,并且该预成型单元和/或该输出单元被控制为,使得该成型纤维横截面与该输出横截面至少70%重合。关于调整预成型模具零件和输出模具零件以及在对应的可设定的横截面方面以类型的方式参照并参考上文的相关联的解说、优选的设计、有利的特征、优点和/或效果,如已经与施用设备相关地有利地解说的。
该方法的另一个有利设计的特征在于,该施用设备用该耦合单元紧固在该接收单元处,使得该施用设备与该操作设备相连并且完全由该操作设备承载,并且其中该施用设备借助于该操作设备如下地被引导穿过该空间,使得该输出单元沿着(尤其预定的)输出路径被引导,在此过程中,该施用设备连续地输出该成型纤维复合束,使得该成型纤维复合束中的纤维至少基本上无弯折和/或无环绕地沿着该输出路径延伸。优选输出路径代表沿着待制造的纤维复合部件的区段的横截面轮廓的路径。这个区段可以例如是指待制造的纤维复合部件的几何形状复杂的区段。如果连续地输出纤维复合部件,使得纤维复合束中的纤维至少基本上无弯折和/或无环绕地沿着输出路径延伸,则可以保证反作用力同样与输出路径相对应地分布。如果输出路径此外还对应于沿着待制造的纤维复合部件的区段的横截面轮廓的路径,则对应的力可以特别有利地在纤维复合部件之内分布。这提高了待制造的纤维复合部件的稳定性。
附图说明
本发明的其他特征、优点和/或应用可能性由以下对实施例和/或附图的说明得出。在此,所有所描述的和/或图示的特征自身和/或以任意组合构成本发明的主题,而与其在单独权利要求中和/或其所引用的权利要求中的关系无关。在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。
图1示出施用设备2的第一有利设计的示意结构。
图2以示意图示出操作设备4的有利设计,该操作设备具有可松脱地紧固到其上的施用设备2。
图3a、3b分别示出预成型单元的有利设计的通过横截面5a、5b的有利设计。
图4a、4b分别示出通过横截面的有利设计。
图6a、6b示出输出单元的有利设计。
图7以示意图示出施用设备的有利的第二设计。
图8以示意图示出施用设备的有利的第三设计。
图9以示意图示出施用设备的有利的第四设计。
图10示出该方法的示意性流程图的有利设计。
具体实施方式
图1中以示意图展示了施用设备2的有利的第一设计。该施用设备2具有耦合单元8、预成型单元10、浸渍单元12和后成型单元14。先前提及的单元直接或间接地彼此机械耦合或连接,使得施用设备2优选形成为可移动的施用设备2。通过虚线有利地画出了施用设备2的范围。
预成型单元10、浸渍单元12和后成型单元14有利地直接彼此相继安排并且分别彼此前后地机械连接。另外,先前提及的单元可以借助于共同的框架(未示出)相连。
施用设备2具有耦合单元8。耦合单元同样可以与其他单元和/或框架相连。借助于耦合单元8,施用设备2可松脱地紧固或可紧固在操作设备4处,例如在图2中示意性展示的。只要施用设备2借助于耦合单元8紧固在操作设备4处,施用设备2可以被操作设备4在空间中移动。施用设备尤其可以在空间中自由移动。
施用设备2用于输出成型纤维复合束6。成型纤维复合束6具有基质材料,纤维嵌入其中。此类成型纤维复合束6用于构成纤维复合部件58的至少一部分。纤维复合部件58在实践中被施加大的力和/或在其几何形状和/或尽可能小的重量方面经受高要求并不少见。如果成型纤维复合束6用于制造具有复杂几何形状的纤维复合部件58,其中待制造的纤维复合部件58应暴露于特别大的力,则非常有意义的是,成型纤维复合束6中的纤维以可预测的分布和/或量来安排。
为了特别有利地保证先前提及的要求,施用设备2具有预成型单元10、浸渍单元12和后成型单元14,其中后成型单元14进而具有驱动单元16和可设定的输出单元18。
在此预成型单元10形成为,将连续送入该预成型单元10的具有多条环状纤维22的粗纤维束20连续成型为具有能够由该预成型单元10设定的成型纤维横截面26的成型纤维束24。预成型单元10因此优选形成为可设定的预成型单元10。环形纤维22可以从纤维卷32解下。这个纤维卷32可以被施用设备2固持。然而还可行的是,纤维卷32与施用设备2不相关。在此情况下,纤维卷32例如是固定的或者安排在操作设备4处。在此情况下,将环状纤维22从操作设备4引导到施用设备2或相关联的预成型单元10。
环状纤维22优选为碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。然而对于环状相位22还可以设想的是混合纤维,该混合纤维具有多种不同的纤维,例如碳纤维和玻璃纤维。此外,环状纤维22的特征在于大于80mm、大于120mm或大于200mm的平均纤维长度。在施用设备2工作时,由多条环状纤维22形成的粗纤维束20不间断地或连续地送入预成型单元10。在此可以提出,粗纤维束20被拉动穿过预成型单元10。
预成型单元10还被形成为从粗纤维束20来成型成型纤维束24,使得成型纤维束24具有成型纤维横截面26。预成型单元10为此可以具有通过横截面34,如在图3a或5a中示意性展示的。如果具有多条环状22的粗纤维束20被引导穿过预成型单元10,则预成型单元10(例如通过对环状纤维22的径向挤压和/或转向)将粗纤维束成型,从而使得对应的成型纤维束24(例如在图3b或5b中示意性展示的)具有成型纤维横截面26。即,成型纤维束24同样具有多条环状纤维22,但是这些环状纤维现在被加压和/或以在径向方向上相对彼此改变的方式安排,从而实现所希望的成型纤维横截面26。
另外,预成型单元10被设计为可设定的,使得预成型单元10形成为用于成型具有可以由预成型单元10设定的成型纤维横截面26的成型纤维束24。为此预成型单元10可以使用可更换的第一成型模具。通过选择第一成型模具可以设定所希望的成型纤维横截面26。通过选择第一成型模具可以例如设定通过横截面34。在图5a中展示了例如与图3a不同的用于预成型单元10的通过横截面34。即,可以由预成型单元10的不同的第一成型模具来提供不同的通过横截面34。如果例如应使用具有在图5a中所示的通过横截面34的第一成型模具,则在施用设备2的工作中有利的是,使用更大数量的环状纤维22,使得从对应的粗纤维束20可以成型具有所希望的成型纤维横截面26的成型纤维束24,如在图5b中示意性展示的。
替代于使用预成型单元10的第一成型模具来设定成型纤维横截面26,可以提出,预成型单元10具有多个可调整的预成型模具零件,用于将成型纤维束24成型。成型模具零件优选可以是可调制的,使得依据设定不同可以实现不同的通过横截面34。因此,成型模具零件例如被调整为,使得它们将通过横截面34成型,如在图3a或在图5a中所示的。此外,预成型单元10优选能够被控制为调整这些预成型模具零件,以便以受控地设定的成型纤维横截面26来将成型纤维束24成型。
在施用设备2工作期间,将成型纤维束24从预成型单元10连续引导至浸渍单元12。浸渍单元12形成为用不完全交联的基质材料来浸渍连续送入的成型纤维束24,从而连续形成纤维复合束28。在图1中展示的施用设备2的设计变体中提出,成型纤维束24通过用不完全交联的基质材料注射浸渍而连续形成为纤维复合束28。在此,不完全交联的基质材料可以喷射或注射到成型纤维束24上。这提供了如下优点:所构成的纤维复合束28至少基本上具有与成型纤维束24类似的纤维复合横截面。
替代于如在图1中示意性展示的浸渍单元12,还可以不同地设计浸渍单元12。在图7中例如示意性展示了至少基本上相同的施用设备2,但是其中浸渍单元12形成为用于将成型纤维束24连续地引导穿过具有不完全交联的基质材料的槽状容器,以便实现浸渍并且因此形成纤维复合束28。
不仅对于在图1中示意性展示的注射浸渍单元12,而且对于在图7中示意性展示的浸渍单元12的设计变体,都使用流态的、不完全交联的基质材料。在此,该基质材料例如为尚未完全交联的硬质塑料型基质材料。
例如在图1中展示的施用设备2还具有后成型单元14。后成型单元14包括驱动单元16和可设定的输出单元18。驱动单元16形成为,将由该浸渍单元12连续送入的纤维复合束28连续挤压到并穿过输出单元18。另外,驱动单元16优选形成为用于将纤维复合束28从浸渍单元12拉至驱动单元16。因此,对应的拉力在向回的工艺方向上也作用于粗纤维束20和环状纤维22。换言之,驱动单元16可以形成为用于输送不同的子区段或束20、24、28。
输出单元18形成为用于将通过输出单元18连续挤压的纤维复合束28连续成型为成型纤维复合束6并将其输出。输出单元18在此优选具有通过横截面36。该通过横截面在图4a或6a中示意性展示。在一个示例性设计中,输出单元18的通过横截面36至少基本上对应于预成型单元10的通过横截面34。
另外,输出单元18被设计为可设定的,使得输出单元18形成为用于成型具有可以由输出单元18设定的输出横截面30的成型纤维复合束6。为此输出单元18可以使用可更换的第一成型模具。通过选择第一成型模具可以设定所希望的输出横截面30。替代于使用输出单元18的第一成型模具来设定输出横截面30,可以提出,输出单元18具有多个可调整的输出成型模具零件,用于将成型纤维复合束6成型。输出成型模具零件优选可以是可调制的,使得依据设定不同可以实现不同的通过横截面36。
如果纤维复合束28现在连续地通过输出单元28被挤压,则在此产生的成型纤维复合束6具有如在图4b或6b中所示的输出横截面30。纤维复合束6具有环状纤维22和基质材料38。它们完全填充了通过横截面36。因为环形纤维22先前已经借助于预成型单元10成型为粗纤维束20,其中预成型单元10具有通过横截面34,该通过横截面与输出单元18的通过横截面36相似或甚至相同,所以实现了如下有利的效果:环形纤维22在输出横截面30上的分布与环形纤维22相对于粗纤维束20的分布相同或相似。因此提出,预成型单元10和输出单元18被设定为使成型纤维横截面26与输出横截面30至少70%重合。这提供了如下优点,即环状纤维22在成型纤维横截面26上的排列相对于在输出横截面30中的环状纤维22的对应分布仅经受少量的变化。
借助于施用设备2可以保证提供成型纤维复合束6,该成型纤维复合束具有有利的和/或至少基本上可预先确定的在相关横截面上的纤维分布。如果此类成型纤维复合束6用于制造纤维复合部件58,则纤维复合部件58可以具有复杂几何形状的成型区段,这些成型区段同时使形状特别稳定的和/或特别耐受负载的。基于在成型纤维复合束6中的纤维22的有利分布,对应的内容也可以适用于待制造的纤维复合部件58,使得在其中以特别有利地分布方式安排的纤维特别有利地保证了作用力的转移。
对于施用设备2可以进一步提出,其具有固化单元。固化单元可以用于固化成型纤维复合束6。在有利的设计中,施用设备2为此具有加热单元,该加热单元构成固化单元的至少一部分。加热单元还可以构成完整的固化单元。加热单元形成为用于加热成型纤维复合束6。于是例如可以将加热单元与后成型单元14相关联。如果成型纤维复合束6离开施用单元2,则成型纤维复合束6先前可以已经借助于加热单元加热,这然后(尤其在成型纤维复合束6的放置过程中)导致成型纤维复合束6的固化。这尤其适用于当用于制造纤维复合束28的不完全交联的基质材料形成为硬质塑料型基质材料的情况。
替代地或补充地,施用设备2的固化单元可以具有光照单元40。光照单元40形成为用于将具有波长谱的光偏转到成型纤维复合束6,使得成型纤维复合束6固化。优选该光谱选择为使得成型纤维复合束6的基质材料固化。特别有利地,该光为来自紫外光谱的光。于是可以将输出UV光的UV激光器44用于光照单元。然后这种UV光可以被偏转到成型纤维复合束6上。在此光的偏转可以如下进行,使得该光针对性地指向所输出的成型纤维复合束6。这可以优选地借助于光照单元40的转向镜42来进行。用于生成UV光的UV激光器44同样可以与光照单元40相关联。对应的激光束46从UV激光器44首先指向到镜子42上然后指向到成型纤维复合束6上。
理论上还可行的是,将光照单元40与施用设备2耦合。然而并不必须是这种情况。于是光照单元40可以固定地安排或者与操作设备4相关联。然后,先前解说的、优选的设计、优选的特征和/或效果也以类似的方式适用。
先前已经解说,优选可以将不完全交联的硬质塑料型的基质材料用于浸渍。然而使用硬质塑料基质材料不应理解为限制性的。特别优选地,不完全交联的基质材料可以形成为热塑性基质材料,也称为热塑料基质材料。在图8中展示了先前解说是施用设备2,如已经与图1相关地解说的,然而其中浸渍单元12形成为用于以不完全交联的热塑性基质材料来浸渍纤维。浸渍单元12为此可以具有加热单元48和冷却单元50。加热单元48可以形成为用于加热热塑性基质材料,使得该基质材料是流态的并且因此可以用于以该热塑性基质材料浸渍成型纤维束。如果这样进行,则可以冷却用热塑性基质材料浸渍的成型纤维束,从而然后构成纤维复合束28。
浸渍单元12的同样形成为用于以热塑性基质材料的浸渍成型纤维束24的另一个设计变体在图9中示意性展示。在此,该浸渍单元为槽状容器52,热塑性基质材料38加入其中。此外,浸渍单元12形成为用于加热槽状容器52中的热塑性基质材料38,使其为流态。如先前与图7相关地解说的,成型纤维束24被引导穿过具有基质材料38的槽状容器52,从而在此发生浸渍。
此外可以设置另外的加热单元54用于输出单元14。该另外的加热单元54可以与后成型单元14一体形成。该另外的加热单元54优选形成为用于加热通过输出单元18挤压的纤维复合束,使得该纤维复合束可以实现所希望的成型纤维横截面26并且由此构成成型纤维复合束6并将其输出。
此外,施用设备2可以与另外的冷却单元相关联,以便冷却来自浸渍单元12的纤维复合束28。此外,施用设备2可以与另外的冷却单元相关联,以便冷却成型纤维复合束6。这个或每个冷却单元可以形成为鼓风单元,该鼓风单元形成为用于将冷却空气指向成型纤维复合束6或纤维复合束28上。然而例如用液态冷却剂如油驱动的其他冷却单元理论上也是可设想的。于是,每个冷却单元可以具有热交换器,该热交换器连接到冷却回路。因此,冷却单元之一可以形成为用于冷却纤维复合束28,尤其使得相关联的热塑性基质材料硬化。此外,该另外的冷却单元可以形成为用于冷却成型纤维复合束6,尤其使得相关联的热塑性基质材料硬化。
最后再次参考图2,其中展示了系统56的有利设计。系统56用于制造纤维复合部件58。系统56具有操作设备4。操作设备4例如可以形成为机器人。此外,系统56具有施用设备2。这个施用设备2可以对应于先前解说的设计之一而形成。因此优选参考前文的解说。施用设备2以其相关联的耦合单元8紧固在操作设备4的接收单元60处。接收单元60优选形成为操作设备4的手臂侧的末端区段。即,只要操作设备4形成为机器人臂,接收单元60就可以形成在机器人臂的臂末端。操作设备4形成为用于受控地在空间中移动相关联的接收单元60。此外,施用设备2完全由操作设备4承载。因此,在系统56工作时,可以由施用设备2输出成型纤维复合束6,该成型纤维复合束然后构成待制造的纤维复合部件58的区段。因为施用设备2能够借助于操作设备4在空间中自由移动,所以可以借助于施用设备2彼此相继地制造待制造的纤维复合部件58的多个区段,使得最终构成整个纤维复合部件58。系统56可以形成为用于这一目的和/或相关联的系统控制单元可以配置为用于这一目的。由于施用设备2可以在空间中自由移动,纤维复合部件58还可以制造有复杂几何结构。
在图10中展示了用于借助于施用设备2来输出成型纤维复合束6的方法的示例性设计,其中施用设备2通过相关联的耦合单元8能够可松脱地紧固在操作设备4处,使得施用设备2能够被操作设备4在空间中移动。
根据该方法的第一步骤a)提出,将连续送入施用设备2的预成型单元10的具有多条环状纤维22的粗纤维束20连续成型为具有能够由该预成型单元10设定的成型纤维横截面26的成型纤维束24。根据该方法的第二步骤b)提出,借助于施用设备2的浸渍单元12用不完全交联的基质材料38连续浸渍成型纤维束24以形成纤维复合束28,其中该成型纤维束24连续地送入该浸渍单元12。根据该方法的第三步骤c)提出,将由浸渍单元12连续送入施用设备2的驱动单元14的纤维复合束28借助于驱动单元16连续挤压到并穿过施用设备2的输出单元18。根据该方法的第四步骤d)提出,将穿过输出单元18连续挤压的纤维复合束28借助于输出单元18连续成型为具有能够由输出单元18设定的输出横截面30的成型纤维复合束6并将其输出,其中预成型单元10和输出单元18可被设定为使成型纤维横截面26与输出横截面30至少70%重合。
补充性地可以指出,“具有”并不排除其他的元件或步骤,并且“一个”或者“一种”不排除多数。此外还可以指出,可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的参考数字不应视为限制。
Claims (15)
1.一种用于操作设备(4)并用于输出成型纤维复合束(6)的施用设备(2),该施用设备具有:
耦合单元(8),借助于该耦合单元,该施用设备(2)能够可松脱地紧固在该操作设备(4)处,使得该施用设备(2)能够被该操作设备(4)在空间中移动;
预成型单元(10);
浸渍单元(12);以及
具有驱动单元(16)和可设定的输出单元(18)的后成型单元(14);
其中该预成型单元(10)形成为,将连续送入该预成型单元(10)的具有多条环状纤维(22)的粗纤维束(20)连续成型为具有能够由该预成型单元(10)设定的成型纤维横截面(26)的成型纤维束(24);
其中该浸渍单元(12)形成为,从由该预成型单元(10)连续送入的成型纤维束(24)通过用不完全交联的基质材料(38)浸渍而连续地形成纤维复合束(28);
其中该后成型单元(14)的驱动单元(16)形成为,将由该浸渍单元(12)连续送入的纤维复合束(28)连续挤压到并穿过该输出单元(18);
其中该输出单元(18)形成为,将穿过该输出单元(18)连续挤压的纤维复合束(28)连续成型为具有能够由该输出单元(18)设定的输出横截面(30)的成型纤维复合束(6)并将其输出;并且
其中该预成型单元(10)和该输出单元(18)被设定为使该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。
2.根据前一权利要求所述的施用设备(2),其特征在于,该预成型单元(10)具有第一模具接收件和由该第一模具接收件可更换地固持的第一成型模具,其中该成型纤维横截面(26)由该第一成型模具确定。
3.根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),其特征在于,该输出单元(18)具有第二模具接收件和由该第二模具接收件可更换地固持的第二成型模具,其中该输出横截面(30)由该第二成型模具确定。
4.根据权利要求3所述的施用设备(2),其特征在于,该第一成型模具和该第二成型模具相对彼此确定和/或形成为,使得该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。
5.根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),其特征在于,该预成型单元(10)具有用于使该成型纤维束(24)成型的多个可调整的预成型模具零件,其中该预成型单元(10)能够被控制为调整这些预成型模具零件,以便以受控地设定的成型纤维横截面(26)来将该成型纤维束(24)成型。
6.根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),其特征在于,该输出单元(18)具有用于使该成型纤维复合束(6)成型的多个可调整的输出模具零件,其中该输出单元(18)能够被控制为调整这些输出模具零件,以便以受控地设定的输出横截面(30)来将该成型纤维复合束(6)成型。
7.根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),其特征在于,该施用设备(2)具有施用器控制单元,该施用器控制单元形成为用于如下控制该预成型单元(10)和/或该输出单元(18),使得该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。
8.根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),其特征在于,该施用设备(2)具有用于固化该成型纤维复合束(6)的固化单元、尤其用于加热该成型纤维复合束的加热单元(48)或者用于硬化该成型纤维复合束(6)的硬化单元(50)。
9.一种用于输出成型纤维复合束(6)的系统,具有:
根据以上权利要求之一所述的施用设备(2),
操作设备(4),该操作设备形成为用于受控地在空间中移动相关联的接收单元(60),以及
用于控制该操作设备(4)的系统控制单元(62);
其中该耦合单元(8)紧固在该接收单元(60)处,使得该施用设备(2)与该操作设备(4)相连并且完全由该操作设备(4)承载。
10.根据前一权利要求所述的系统,其特征在于,该施用器控制单元与该系统控制单元(62)相关联、被该系统控制单元(62)控制和/或由该系统控制单元(62)构成。
11.根据前述权利要求9至10之一所述的系统,其特征在于,该系统控制单元(62)被配置为借助于该施用器控制单元来控制该驱动单元(16)和/或该输出单元(18)。
12.根据前述权利要求9至11之一所述的系统,其特征在于,该系统具有光照单元(40),该光照单元形成为将光指向该成型纤维复合束(6),从而固化该成型纤维复合束(6)。
13.一种用于借助于施用设备(2)来输出成型纤维复合束(6)的方法,该施用设备能够用相关联的耦合单元(8)可松脱地紧固在操作设备(4)处,使得该施用设备(2)能够被该操作设备(4)在空间中移动,其中该方法具有以下步骤:
a)将连续送入该施用设备(2)的预成型单元(10)的具有多条环状纤维(22)的粗纤维束(20)连续成型为具有能够由该预成型单元(10)设定的成型纤维横截面(26)的成型纤维束(24);
b)借助于该施用设备(2)的浸渍单元(12)用不完全交联的基质材料(38)连续浸渍该成型纤维束(24)以形成纤维复合束(28),其中该成型纤维束(24)连续地送入该浸渍单元(12);
c)将由该浸渍单元(12)连续送入该施用设备(2)的驱动单元(16)的纤维复合束(28)借助于该驱动单元(16)连续挤压到并穿过该施用设备(2)的输出单元(18);
d)将穿过该输出单元(18)连续挤压的纤维复合束(28)借助于该输出单元(18)连续成型为具有能够由该输出单元(18)设定的输出横截面(30)的成型纤维复合束(6)并将其输出,其中该预成型单元(10)和该输出单元(18)被设定为使该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。
14.根据前一权利要求所述的方法,其特征在于,该预成型单元(10)具有用于使该成型纤维束(24)成型的多个可调整的预成型模具零件,该预成型单元(10)能够被控制为调整这些预成型模具,以便以受控地设定的成型纤维横截面(26)来将该成型纤维束(24)成型,该输出单元(18)具有用于使该成型纤维复合束(6)成型的多个可调整的输出模具零件,该输出单元(18)能够被控制为调整这些输出模具,以便以受控地设定的输出横截面(30)来将该成型纤维复合束(6)成型,并且该预成型单元(10)和/或该输出单元(18)被控制为,使得该成型纤维横截面(26)与该输出横截面(30)至少70%重合。
15.根据前述权利要求13至14之一所述的系统,其特征在于,该施用设备(2)用该耦合单元(8)紧固在该接收单元(60)处,使得该施用设备(2)与该操作设备(4)相连并且完全由该操作设备(4)承载,并且其中该施用设备(2)借助于该操作设备(4)如下地被引导穿过该空间,使得该输出单元(18)沿着输出路径被引导,在此过程中,该施用设备(2)连续地输出该成型纤维复合束(6),使得该成型纤维复合束(6)中的纤维至少基本上无弯折和/或无环绕地沿着该输出路径延伸。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017119936.5 | 2017-08-30 | ||
DE102017119936.5A DE102017119936A1 (de) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Applikationsvorrichtung und Verfahren zum Ausgeben eines Formfaserverbundstrangs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109421188A true CN109421188A (zh) | 2019-03-05 |
Family
ID=63363909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810988557.9A Pending CN109421188A (zh) | 2017-08-30 | 2018-08-28 | 用于输出成型纤维复合束的施用设备和方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190061288A1 (zh) |
EP (1) | EP3450146B1 (zh) |
CN (1) | CN109421188A (zh) |
DE (1) | DE102017119936A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202019102097U1 (de) * | 2019-04-11 | 2020-07-14 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Faserlegekopf und Faserlegeanlage zum Ablegen von Fasermaterial |
EP3983207A4 (en) | 2019-06-14 | 2024-01-10 | Fives Machining Systems, Inc. | MODULAR FIBER PLACEMENT HEAD |
DE102019127568A1 (de) * | 2019-10-14 | 2021-04-15 | Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) | Verfahren und Werkzeuganordnung zum Herstellen einer Faser-Matrix-Verbund-Profil-Struktur und Faser-Matrix-Verbund-Profil-Struktur |
JP2023512719A (ja) | 2020-02-06 | 2023-03-28 | フィブ・マシニング・システムズ,インコーポレーテッド | テープ張力制御システムを備えるテープ積層ヘッド |
US11260640B2 (en) | 2020-02-06 | 2022-03-01 | Fives Machining Systems, Inc. | Tape lamination machine scrap collection assembly |
US11498324B2 (en) | 2020-02-06 | 2022-11-15 | Fives Machining Systems, Inc. | Tape lamination machine cutting assembly |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5936861A (en) * | 1997-08-15 | 1999-08-10 | Nanotek Instruments, Inc. | Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects |
US6558146B1 (en) * | 2000-10-10 | 2003-05-06 | Delphi Technologies, Inc. | Extrusion deposition molding with in-line compounding of reinforcing fibers |
CN1730270A (zh) * | 2005-08-02 | 2006-02-08 | 中材科技股份有限公司 | 一种热塑性复合材料的拉挤成型方法及其成型模 |
CN104760304A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-07-08 | 南京航空航天大学 | 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 |
EP3062994A1 (de) * | 2013-10-30 | 2016-09-07 | Evonik Röhm GmbH | Kontinuierliche herstellung von profilen in sandwichbauweise mit schaumkernen und hartschaum gefülltes profil |
WO2017053251A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | Dow Global Technologies Llc | Closed impregnation process and apparatus therefor |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MC1573A1 (fr) * | 1983-11-21 | 1985-02-04 | Silvatrim | Procede pour la fabrication d'objets composites |
US6387179B1 (en) * | 1997-06-24 | 2002-05-14 | Hydril Company | Method and device for impregnating fiber bundles with resin |
DE102007012608B4 (de) * | 2007-03-13 | 2009-12-24 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Preform für eine kraftflussgerechte Faserverbundstruktur |
US20120040106A1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-16 | Stefan Simmerer | Apparatus for impregnating a fiber material with a resin and methods for forming a fiber-reinforced plastic part |
US9511543B2 (en) * | 2012-08-29 | 2016-12-06 | Cc3D Llc | Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing |
US10201941B2 (en) * | 2015-07-31 | 2019-02-12 | The Boeing Company | Systems for additively manufacturing composite parts |
DE102016202053B4 (de) * | 2016-02-11 | 2021-02-11 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms |
KR101822269B1 (ko) * | 2016-04-05 | 2018-01-26 | 현대자동차주식회사 | 섬유토우 적층장치 및 이를 이용한 제품의 제조방법 |
-
2017
- 2017-08-30 DE DE102017119936.5A patent/DE102017119936A1/de active Pending
-
2018
- 2018-08-22 EP EP18190122.4A patent/EP3450146B1/de active Active
- 2018-08-27 US US16/113,369 patent/US20190061288A1/en not_active Abandoned
- 2018-08-28 CN CN201810988557.9A patent/CN109421188A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5936861A (en) * | 1997-08-15 | 1999-08-10 | Nanotek Instruments, Inc. | Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects |
US6558146B1 (en) * | 2000-10-10 | 2003-05-06 | Delphi Technologies, Inc. | Extrusion deposition molding with in-line compounding of reinforcing fibers |
CN1730270A (zh) * | 2005-08-02 | 2006-02-08 | 中材科技股份有限公司 | 一种热塑性复合材料的拉挤成型方法及其成型模 |
EP3062994A1 (de) * | 2013-10-30 | 2016-09-07 | Evonik Röhm GmbH | Kontinuierliche herstellung von profilen in sandwichbauweise mit schaumkernen und hartschaum gefülltes profil |
CN104760304A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-07-08 | 南京航空航天大学 | 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 |
WO2017053251A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | Dow Global Technologies Llc | Closed impregnation process and apparatus therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102017119936A1 (de) | 2019-02-28 |
EP3450146B1 (de) | 2021-02-24 |
US20190061288A1 (en) | 2019-02-28 |
EP3450146A1 (de) | 2019-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109421188A (zh) | 用于输出成型纤维复合束的施用设备和方法 | |
US6589377B2 (en) | Manufacture of sections of fiber-plastic compound materials | |
EP2176059B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines verstärkten composite-produktes | |
CN101855058B (zh) | 用于由能固化的成型物料在模具中生产纵向伸展的型材或板条的方法以及模具 | |
EP2189264B1 (en) | Ultrasonic device for moulding micro plastic parts | |
CN103260843A (zh) | 具有高的天然纤维份额和整合的固定元件的、完成表面终处理的轻型构件的制造方法 | |
US7320582B2 (en) | Encapsulating fibrous inserts with molding material | |
US20130048213A1 (en) | Method and device for producing a fiber-reinforced thermoplastic composite component | |
US11766816B2 (en) | Molded article manufacturing method, molded article, and molded article manufacturing apparatus | |
CN103128981A (zh) | 稳定的干预型件和方法 | |
CN101898401A (zh) | 用于制造复合或混杂结构的方法 | |
SG174625A1 (en) | Thermoplastic molding process and apparatus | |
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 | |
JPS5843012B2 (ja) | ダイレクトオ−トチヤ−ジによる樹脂プレス成形法 | |
JP4410317B2 (ja) | 合成樹脂製射出成形品の製造方法および装置 | |
US6638047B2 (en) | Molding machine | |
JP2003516242A (ja) | プラスチック部品の成形方法と該方法実施のための装置 | |
KR101790976B1 (ko) | 복합소재의 프리폼 성형을 위한 바인더 도포장치 | |
CN101636259A (zh) | 塑料透镜成型方法 | |
CN101754841A (zh) | 用于成型产品的设备和方法 | |
CN109333859B (zh) | 3d打印构件的制备方法及3d打印空间构件 | |
JP7049753B2 (ja) | コンポーネントまたはプロファイルを製造するための方法および装置 | |
EP1250993A1 (en) | Method and apparatus for manufacturing a vehicle cross car beam or other structural, functional articles out of multiple materials with optimum material utilization | |
CN105014864A (zh) | 成形品的制造装置、成形品的制造方法以及成形品 | |
US11667068B2 (en) | Device and method for continuously blow molding fiber-reinforced thermoplastic hollow profiles having a constant or changing cross-section |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190305 |