CN111546535A - 复合材料打印丝材成型装置及浸渍方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料打印丝材成型装置，包括浸渍模具和牵引机构，浸渍模具和牵引机构之间设置有纤维束牵引通道，浸渍模具与牵引机构之间设置有水平偏移检测机构和竖直偏移检测机构；牵引机构安装在位置调节机构上，该位置调节机构用于带动牵引机构水平移动和竖直移动；水平偏移检测机构、竖直偏移检测机构和位置调节机构均与一控制器电连接。还提供了一种复合材料打印丝材成型方法。本发明能够对纤维束的位置进行实时监测，当纤维束出现偏移时，能够及时地调整牵引机构的位置，使偏移的纤维束摆正，牵引机构对纤维束各部位的牵引力就能够始终保持均衡，避免纤维束损伤，保证产品质量，提高产品合格率。

Description

复合材料打印丝材成型装置及浸渍方法

技术领域

本发明属于热塑性复合材料加工技术领域，尤其是一种复合材料打印丝材成型装置及浸渍方法。

背景技术

热塑性树脂基复合材料是以热塑性树脂为基体的纤维增强材料，主要有长纤维增强粒料和连续纤维增强预浸带及短纤维增强热塑性树脂。连续纤维增强预浸带与普通的短纤维增强热塑性树脂相比，具有更加突出的机械性能、耐热性能、抗翘曲性能、尺寸稳定性等，可制造出机械性能卓越的产品，如汽车零部件、电子器件、化工部件等，因而广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业等。

中国专利公告号为CN101856872B的现有技术公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备，该方法包括以下步骤：(a)将连续纤维从纱架上引出并展开，再依次经过张力调节装置、静电消除装置后，送至预加热烘箱预热，然后经张力调节装置；(b)将预热后的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组进行预浸渍；(c)将预浸渍后的连续纤维带导入浸渍压延辊组进行浸渍，然后经冷却辊压装置冷却，最后导入牵引卷绕装置卷绕成型，即得到产品。与现有技术相比，该技术显著提高了纤维的分散性、可浸润性及可操作性，得到纤维分散均匀和浸渍完全的连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。但该技术在纤维束经牵引机构从浸渍模具引出时，经常会出现因纤维束偏心而导致纤维束受损的技术问题，因此迫切需要解决该技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料打印丝材成型装置及浸渍方法，当纤维束偏移时可及时对纤维束进行校正，从而保证纤维素各部位受力均匀，避免产生裂纹等损伤。

本发明的目的是这样实现的：复合材料打印丝材成型装置，包括浸渍模具和牵引机构，浸渍模具和牵引机构之间设置有纤维束牵引通道，所述浸渍模具与牵引机构之间设置有水平偏移检测机构和竖直偏移检测机构；所述牵引机构安装在位置调节机构上，该位置调节机构用于带动牵引机构水平移动和竖直移动，且牵引机构水平移动的方向垂直于纤维束的牵引方向；所述水平偏移检测机构、竖直偏移检测机构和位置调节机构均与一控制器电连接。

进一步地，所述水平偏移检测机构为两组且对称设置在纤维束牵引通道的两侧，每组水平偏移检测机构包括信号发送器和信号接收器，信号发送器和信号接收器分别设置在纤维束牵引通道的上方和下方，且信号接收器与控制器电连接。

进一步地，所述信号发送器为对射型光电传感器的发射端，信号接收器为对射型光电传感器的接收端。

进一步地，所述竖直偏移检测机构为距离传感器，所述距离传感器设置在纤维束牵引通道的上方或下方。

进一步地，所述安装座的上表面固定设置有水平的导轨，滑块的下表面设置有滑槽，所述导轨位于滑槽内并与滑槽滑动配合。

进一步地，所述浸渍模具的端部设置有出口通道，所述出口通道包括圆台段和圆柱段，所述圆台段内设置有中心定位筒，所述中心定位筒为圆筒形，且中心定位筒、圆台段和圆柱段同轴设置。

采用上述复合材料打印丝材成型装置的成型方法，纤维束经过浸渍模具后由牵引机构牵引出来，水平偏移检测机构实时检测纤维束的水平位置，当纤维束在水平方向上出现偏移时，水平偏移检测机构将一水平调整信号传输至控制器，控制器控制位置调节机构运行，带动牵引机构水平移动，移动方向与纤维束的偏移方向相反，直到水平调整信号终止；竖直偏移检测机构实时检测纤维束的竖直位置，当纤维束在竖直方向上出现偏移时，竖直偏移检测机构将一竖直调整信号传输至控制器，控制器控制位置调节机构运行，带动牵引机构竖直移动，移动方向与纤维束的偏移方向相反，直到竖直调整信号终止。

进一步地，水平偏移检测机构为两组且对称设置在纤维束的两侧，每组水平偏移检测机构包括信号发送器和信号接收器，信号发送器和信号接收器分别设置在纤维束的上方和下方，且信号接收器与控制器电连接；

信号发送器发射检测信号，信号接收器接收检测信号，当纤维束在水平方向上出现偏移时，纤维束将检测信号遮挡，信号接收器接收到的检测信号中断，则向控制器传输一水平调整信号，控制器控制位置调节机构运行，带动牵引机构水平移动，移动方向与纤维束的偏移方向相反，牵引机构带动纤维束复位，纤维束移开后，检测信号重新到达信号接收器，信号接收器停止向控制器传输水平调整信号，位置调节机构停止运行。

进一步地，竖直偏移检测机构为距离传感器，所述距离传感器设置在纤维束牵引通道的上方或下方；

距离传感器实时检测纤维束到距离传感器的距离，当纤维束在竖直方向上出现偏移时，纤维束到距离传感器的距离发生改变，当纤维束到距离传感器的距离超出设定范围时，距离传感器将一竖直调整信号传输至控制器，控制器控制位置调节机构运行，带动牵引机构竖直移动，移动方向与纤维束的偏移方向相反，当纤维束到距离传感器的距离回到设定范围之内时，距离传感器停止向控制器传输竖直调整信号，位置调节机构停止运行。

进一步地，所述浸渍模具的端部设置有出口通道，所述出口通道包括圆台段和圆柱段，所述圆台段内设置有中心定位筒，所述中心定位筒为圆筒形，且中心定位筒、圆台段和圆柱段同轴设置，所述纤维束穿过中心定位筒后从圆柱段排出。

本发明的有益效果是：本发明能够对纤维束的位置进行实时监测，当纤维束出现偏移时，能够及时地调整牵引机构的位置，使偏移的纤维束摆正，牵引机构对纤维束各部位的牵引力就能够始终保持均衡，避免纤维束损伤，保证产品质量，提高产品合格率。

附图说明

图1是本发明复合材料打印丝材成型装置的主视示意图。

图2是本发明复合材料打印丝材成型装置的俯视示意图。

图3是位置调节机构的示意图。

1、浸渍模具，2、牵引机构，3、控制器，4、纤维束，5、水平偏移检测机构，6、竖直偏移检测机构，9、中心定位筒，10、出口通道，11、安装座，12、定位块，13、螺杆，14、电机，15、滑块，16、导轨，17、底座，18、导杆，19、竖直驱动机构，20、一号声音报警器，21、二号声音报警器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的复合材料打印丝材成型装置，包括浸渍模具1和牵引机构2，浸渍模具1和牵引机构2之间设置有纤维束牵引通道，所述浸渍模具1与牵引机构2之间设置有水平偏移检测机构5和竖直偏移检测机构6；所述牵引机构2安装在位置调节机构上，该位置调节机构用于带动牵引机构2水平移动和竖直移动，且牵引机构2水平移动的方向垂直于纤维束4的牵引方向；所述水平偏移检测机构5、竖直偏移检测机构6和位置调节机构均与一控制器3电连接。

浸渍模具1用于对纤维束4进行浸渍，可采用现有的各种浸渍设备模具，作为优选的技术方案，所述浸渍模具1的端部设置有出口通道10，所述出口通道10包括圆台段和圆柱段，所述圆台段内设置有中心定位筒9，所述中心定位筒9为圆筒形，且中心定位筒9、圆台段和圆柱段同轴设置。中心定位筒9可以对纤维束4进行初步定位，工作时，穿过中心定位筒9后从出口通道10的圆柱段排出，保证纤维束4与出口通道10的同轴度，有利于防止纤维束4在纤维束牵引通道大幅度偏移。

牵引机构2用于将浸渍后的纤维束4牵引出来，牵引机构2的结构采用现有技术即可。将牵引机构2安装在位置调节机构上，可通过位置调节机构调整牵引机构2的位置。

水平偏移检测机构5能够实时地、连续地检测纤维束4的水平位置，并根据检测结果向控制器3传输信号，竖直偏移检测机构6能够实时地、连续地检测纤维束4的竖直位置，并根据检测结果向控制器3传输信号。当纤维束4出现左右偏移的情况时，水平偏移检测机构5能够将检测结果传输至控制器3，控制器3则控制位置调节机构运行，位置调节机构带动牵引机构2水平移动，改变纤维束4的偏移状态。当纤维束4出现上下偏移的情况时，竖直偏移检测机构6能够将检测结果传输至控制器3，控制器3则控制位置调节机构运行，位置调节机构带动牵引机构2上下移动，改变纤维束4的偏移状态。控制器3可采用PLC控制器、计算机等现有控制设备。

采用上述复合材料打印丝材成型装置的成型方法，具体为：纤维束4经过浸渍模具1后由牵引机构2牵引出来，水平偏移检测机构5实时检测纤维束4的水平位置，当纤维束4在水平方向上出现偏移时，水平偏移检测机构5将一水平调整信号传输至控制器3，控制器3控制位置调节机构运行，带动牵引机构2水平移动，移动方向与纤维束4的偏移方向相反，直到水平调整信号终止。当纤维束4重新摆正后，水平偏移检测机构5检测到纤维束4的位置恢复正常，停止向控制器3传输水平调整信号，因此水平调整信号终止后，表明牵引机构2的处于合适的水平位置，可以停止调整。

同时，竖直偏移检测机构6实时检测纤维束4的竖直位置，当纤维束4在竖直方向上出现偏移时，竖直偏移检测机构6将一竖直调整信号传输至控制器3，控制器3控制位置调节机构运行，带动牵引机构2竖直移动，移动方向与纤维束4的偏移方向相反，直到竖直调整信号终止。当纤维束4重新摆正后，竖直偏移检测机构6检测到纤维束4的位置恢复正常，停止向控制器3传输竖直调整信号，因此竖直调整信号终止后，表明牵引机构2的处于合适的竖直位置，可以停止调整。

水平偏移检测机构5和竖直偏移检测机构6可采用距离传感器、高清摄像头、触碰传感器等现有的各种位置检测元件或者组件，作为优选的技术方案：

所述水平偏移检测机构5为两组且对称设置在纤维束牵引通道的两侧，每组水平偏移检测机构5包括信号发送器和信号接收器，信号发送器和信号接收器分别设置在纤维束牵引通道的上方和下方，且信号接收器与控制器3电连接。信号发送器能够发送一检测信号，而信号接收器能够接收该检测信号，且该检测信号为无法穿透纤维束4的信号，当纤维束4将检测信号阻挡后，信号接收器则无法再接收该检测信号。两组水平偏移检测机构5之间的距离略大于纤维束4的宽度，这样当纤维束4出现水平偏移时能够有效地检测到。

这种水平偏移检测机构5具体的工作过程为：信号发送器发射检测信号，信号接收器接收检测信号，当纤维束4在水平方向上出现偏移时，纤维束4将检测信号遮挡，信号接收器接收到的检测信号中断，则向控制器3传输一水平调整信号，控制器3控制位置调节机构运行，带动牵引机构2水平移动，移动方向与纤维束4的偏移方向相反，牵引机构2带动纤维束4复位，纤维束4移开后，检测信号重新到达信号接收器，信号接收器停止向控制器3传输水平调整信号，位置调节机构停止运行。

上述信号发送器可采用激光发射器，信号接收器可采用激光接收器等现有元件，优选的，所述信号发送器为对射型光电传感器的发射端，信号接收器为对射型光电传感器的接收端。对射型光电传感器的发射端发射红光或者红外光，接收端接受红光或者红外光，当纤维束4水平偏移后，会挡住红光或者红外光，导致红光或者红外光不能到达接收端，此时接收端即可向向控制器3传输水平调整信号。

所述竖直偏移检测机构6为距离传感器，所述距离传感器设置在纤维束牵引通道的上方或下方，也可以在纤维束牵引通道的上方和下方各设置一个距离传感器。距离传感器具体可采用超声波测距器、激光测距传感器、红外线测距传感器等现有元件。

竖直偏移检测机构6具体工作过程为：距离传感器实时检测纤维束4到距离传感器的距离，当纤维束4在竖直方向上出现偏移时，纤维束4到距离传感器的距离发生改变，当纤维束4到距离传感器的距离超出设定范围时，距离传感器将一竖直调整信号传输至控制器3，控制器3控制位置调节机构运行，带动牵引机构2竖直移动，移动方向与纤维束4的偏移方向相反，当纤维束4到距离传感器的距离回到设定范围之内时，距离传感器停止向控制器3传输竖直调整信号，位置调节机构停止运行。

位置调节机构可以是现有的各种调节水平位置和竖直位置的机构，如应用在机床上的刀盘位置调节机构等，优选的，所述位置调节机构包括底座17，所述底座17上设置有竖直驱动机构19，所述竖直驱动机构19连接有安装座11，所述安装座11上设置有水平驱动机构和滑块15，所述滑块15与安装座11滑动配合，且滑块15与水平驱动机构相连，所述牵引机构2安装在滑块15上，所述竖直驱动机构19和水平驱动机构均与控制器3电连接。

需要调节牵引机构2的水平位置时，启动水平驱动机构即可，需要调节牵引机构2的竖直位置时，启动竖直驱动机构19即可。

此外，也可以在底座17上设置与底座17滑动配合的滑动块，该滑动块连接水平驱动机构，并将竖直驱动机构19安装在滑动块上，牵引机构2安装在竖直驱动机构19上。

竖直驱动机构19和水平驱动机构均可以采用液压缸、电机驱动的齿轮齿条机构、电机驱动的滚珠丝杆机构等，优选的，所述竖直驱动机构19为液压缸，所述底座17上设置有竖直的导杆18，所述导杆18与安装座11滑动配合。导杆18起到导向的作用，保证安装座11竖直移动，且移动时保持稳定。

所述水平驱动机构包括电机14、螺杆13以及定位块12，所述定位块12和电机14安装于安装座11，所述螺杆13通过轴承安装于定位块12，且螺杆13垂直于纤维束4的牵引方向，螺杆13贯穿滑块15并与滑块15螺纹配合，且螺杆13的一端与电机14相连，所述电机14与控制器3电连接。电机14带动螺杆13转动时，螺杆13上的螺纹即可驱动滑块15直线移动，螺杆13垂直于纤维束4的牵引方向，保证滑块15的移动方向垂直于纤维束4的牵引方向，可以快速将偏移的纤维束4回正。

安装座11与滑块15可采用各种形式的滑动配合结构，如在安装座11的上表面设置定位槽，滑块15底部位于定位槽内并与定位槽滑动配合，或者在安装座11上设置水平的滑杆，滑杆贯穿滑块15并与滑块15滑动配合。优选的，所述安装座11的上表面固定设置有水平的导轨16，滑块15的下表面设置有滑槽，所述导轨16位于滑槽内并与滑槽滑动配合。

所述控制器3连接有声音报警器。声音报警器可以是一个，当纤维束4偏移、位置调节机构开始工作时，控制器3控制声音报警器发出警报。声音报警器也可以包括一号声音报警器20和二号声音报警器21，当纤维束4水平偏移时，一号声音报警器20发出警报，当纤维束4竖直偏移时，二号声音报警器21发出警报。

综上，本发明能够实时监测纤维束4的位置，当纤维束4偏移时及时纠正，避免纤维束4偏移后各部位的受力不均而损伤，保证纤维束4的质量，提高产品合格率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.复合材料打印丝材成型装置，包括浸渍模具(1)和牵引机构(2)，浸渍模具(1)和牵引机构(2)之间设置有纤维束牵引通道，其特征在于：所述浸渍模具(1)与牵引机构(2)之间设置有水平偏移检测机构(5)和竖直偏移检测机构(6)；所述牵引机构(2)安装在位置调节机构上，该位置调节机构用于带动牵引机构(2)水平移动和竖直移动，且牵引机构(2)水平移动的方向垂直于纤维束的牵引方向；所述水平偏移检测机构(5)、竖直偏移检测机构(6)和位置调节机构均与一控制器(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料打印丝材成型装置，其特征在于：所述水平偏移检测机构(5)为两组且对称设置在纤维束牵引通道的两侧，每组水平偏移检测机构(5)包括信号发送器和信号接收器，信号发送器和信号接收器分别设置在纤维束牵引通道的上方和下方，且信号接收器与控制器(3)电连接。

3.根据权利要求2所述的复合材料打印丝材成型装置，其特征在于：所述信号发送器为对射型光电传感器的发射端，信号接收器为对射型光电传感器的接收端。

4.根据权利要求1所述的复合材料打印丝材成型装置，其特征在于：所述竖直偏移检测机构(6)为距离传感器，所述距离传感器设置在纤维束牵引通道的上方或下方。

5.根据权利要求1所述的复合材料打印丝材成型装置，其特征在于：所述位置调节机构包括底座(17)，所述底座(17)上设置有竖直驱动机构(19)，所述竖直驱动机构(19)连接有安装座(11)，所述安装座(11)上设置有水平驱动机构和滑块(15)，所述滑块(15)与安装座(11)滑动配合，且滑块(15)与水平驱动机构相连，所述牵引机构(2)安装在滑块(15)上，所述竖直驱动机构(19)和水平驱动机构均与控制器(3)电连接。

6.根据权利要求1所述的复合材料打印丝材成型装置，其特征在于：所述浸渍模具(1)的端部设置有出口通道(10)，所述出口通道(10)包括圆台段和圆柱段，所述圆台段内设置有中心定位筒(9)，所述中心定位筒(9)为圆筒形，且中心定位筒(9)、圆台段和圆柱段同轴设置。

7.采用如权利要求1所述复合材料打印丝材成型装置的成型方法，其特征在于，纤维束(4)经过浸渍模具(1)后由牵引机构(2)牵引出来，水平偏移检测机构(5)实时检测纤维束(4)的水平位置，当纤维束(4)在水平方向上出现偏移时，水平偏移检测机构(5)将一水平调整信号传输至控制器(3)，控制器(3)控制位置调节机构运行，带动牵引机构(2)水平移动，移动方向与纤维束(4)的偏移方向相反，直到水平调整信号终止；竖直偏移检测机构(6)实时检测纤维束(4)的竖直位置，当纤维束(4)在竖直方向上出现偏移时，竖直偏移检测机构(6)将一竖直调整信号传输至控制器(3)，控制器(3)控制位置调节机构运行，带动牵引机构(2)竖直移动，移动方向与纤维束(4)的偏移方向相反，直到竖直调整信号终止。

8.根据权利要求7所述的复合材料打印丝材成型方法，其特征在于：水平偏移检测机构(5)为两组且对称设置在纤维束(4)的两侧，每组水平偏移检测机构(5)包括信号发送器和信号接收器，信号发送器和信号接收器分别设置在纤维束(4)的上方和下方，且信号接收器与控制器(3)电连接；

信号发送器发射检测信号，信号接收器接收检测信号，当纤维束(4)在水平方向上出现偏移时，纤维束(4)将检测信号遮挡，信号接收器接收到的检测信号中断，则向控制器(3)传输一水平调整信号，控制器(3)控制位置调节机构运行，带动牵引机构(2)水平移动，移动方向与纤维束(4)的偏移方向相反，牵引机构(2)带动纤维束(4)复位，纤维束(4)移开后，检测信号重新到达信号接收器，信号接收器停止向控制器(3)传输水平调整信号，位置调节机构停止运行。

9.根据权利要求7所述的复合材料打印丝材成型方法，其特征在于：竖直偏移检测机构(6)为距离传感器，所述距离传感器设置在纤维束牵引通道的上方或下方；

距离传感器实时检测纤维束(4)到距离传感器的距离，当纤维束(4)在竖直方向上出现偏移时，纤维束(4)到距离传感器的距离发生改变，当纤维束(4)到距离传感器的距离超出设定范围时，距离传感器将一竖直调整信号传输至控制器(3)，控制器(3)控制位置调节机构运行，带动牵引机构(2)竖直移动，移动方向与纤维束(4)的偏移方向相反，当纤维束(4)到距离传感器的距离回到设定范围之内时，距离传感器停止向控制器(3)传输竖直调整信号，位置调节机构停止运行。

10.根据权利要求7所述的复合材料打印丝材成型方法，其特征在于：所述浸渍模具(1)的端部设置有出口通道(10)，所述出口通道(10)包括圆台段和圆柱段，所述圆台段内设置有中心定位筒(9)，所述中心定位筒(9)为圆筒形，且中心定位筒(9)、圆台段和圆柱段同轴设置，所述纤维束(4)穿过中心定位筒(9)后从圆柱段排出。

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