CN112533744B - 用于连续纤维的原地螺旋浸渍和挤压的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为至少一个纤维元件(12)设置基质材料(14)的设备(10)，其中，所述设备具有：壳体(18)，所述基质材料能够被置入所述壳体内；螺旋输送器(26)，所述螺旋输送器至少部分地布置在所述壳体内并且至少在布置在所述壳体内的长度区域中锥形地延伸并且围绕旋转轴线(30)相对于所述壳体可旋转，在所述螺旋输送器旋转时，被置入所述壳体内的基质材料借助所述螺旋输送器沿输送方向(44)被输送并且能够被施加压力；至少一个由所述螺旋输送器和壳体限定边界的基质通道(46)，所述基质材料在所述基质通道内借助螺旋输送器被输送并且能够被施加压力；至少一个在所述螺旋输送器内延伸的浸渍通道(58)，所述纤维元件能够穿流所述浸渍通道；和至少一个在所述螺旋输送器内延伸的连接通道(64)，所述基质材料从所述基质通道通过所述连接通道被导入所述浸渍通道，由此所述纤维元件在所述浸渍通道内被设置基质材料。

Description

用于连续纤维的原地螺旋浸渍和挤压的设备和方法
本发明涉及一种用于为具有至少一个单纤维的至少一个纤维元件设置基质材料的设备和方法。
文献US 2005/0221085 A1公开了一种用于制造塑料覆层的纤维的方法。
文献DE 10 2012 220 520 A1已知描述了一种用于浸渍玻璃纤维粗纱的方法。在该方法中，提供了具有第一温度的玻璃纤维粗纱。在方法的第二步骤中，还称为纤维束的玻璃纤维粗纱被加热到定义的第二温度。在方法的第三步骤中，导入具有第三温度的基质混合物。此外，被加热的玻璃纤维粗纱被浸渍导入的基质混合物。
此外，由文献DE 10 2001 005 462 B3已知一种用于制造纤维复合材料的方法，纤维复合材料是具有聚合物浸渍的纤维带的形式。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种设备和方法，使得至少一个纤维元件以特别简单的且廉价的方式被设置、尤其浸渍基质材料，并且必要时最后直接可以挤压成构件，由此省去了半成品形式的中间步骤。
所述技术问题按照本发明通过独立权利要求的技术方案解决。本发明的具有适宜的改进方案的有利的设计方案在其余的权利要求中获得。
本发明的第一方面涉及用于为至少一个例如设计为增强纤维元件的纤维元件设置简单也称为基质的基质材料的设备，其中，所述纤维元件具有至少一个单纤维。所述单纤维可以作为任意长度的单个的纤维、尤其丝定义。所述单纤维自身可以是柔软的或形状不稳定的但或者是抗弯的或内在刚性的，也就是形状稳定的。单纤维可以是由塑料构成的丝，也就是塑料丝。在本发明中，如果没有另外的定义，“单纤维”理解为尤其任意长度的单个的纤维，其中，单纤维可以由任意的材料或每种材料构成。
纤维元件可以涉及精综丝、金属丝或其它纤维形状的材料。纤维元件尤其可以是绳、尤其组合的绳，其例如正好可以包括一个单纤维或多个单纤维。纤维元件尤其可以具有束、尤其纤维束，其可以包括多个、尤其相邻布置的且尤其单个的单纤维。纤维元件可以是增强纤维或增强纤维元件。
如果纤维元件正好或仅具有一个单纤维，则纤维元件自身构成单纤维或单丝，也就是增强单纤维。但尤其可以设想，纤维元件具有多个单纤维，也就是也简单地作为具有多个单纤维或纤维的称为束的单纤维束或纤维束。单纤维例如由Carbon或碳或由玻璃构成，使得纤维元件可以构成碳纤维或玻璃纤维。但是其他材料也是可设想的，使得纤维元件例如可以构造为芳纶纤维或其它增强纤维。此外备选或附加地可设想的是非增强纤维。纤维元件可以是导光的和/或导电的。纤维元件由此可以由导电的材料、尤其金属材料构成。备选或附加地，纤维元件可以由导光的材料、如玻璃构成。
纤维元件借助所述设备可以被设置或被设置基质材料，该技术特征尤其应理解为，纤维元件和由此单纤维例如被基质材料浸渍或者浸入或者渗透或涂覆。纤维元件尤其例如至少在外周侧被设置基质材料并且由此被涂覆基质材料。
所述设备具有壳体，基质材料可以被置入或被置入壳体。所述壳体还包括例如构成轴向输送螺杆的螺旋输送器，所述螺旋输送器至少部分地、尤其至少绝大部分地或完全布置在壳体中、尤其布置在被壳体限定边界的容纳部中。螺旋输送器在此至少在螺旋输送器的布置或容纳在壳体中的长度区域中是锥形延伸的，使得螺旋输送器至少在长度区域中具有锥形的延伸走向。此外，螺旋输送器可以围绕旋转轴线相对于壳体旋转。借助螺旋输送器在螺旋输送器旋转时，也就是说，螺旋输送器围绕旋转轴线相对于壳体旋转时，被置入壳体中的基质材料沿输送方向或顺着输送方向被输送。此外，借助螺旋输送器在螺旋输送器旋转时被置入壳体中的基质材料可以被施加压力。这意味着，被置入壳体中的基质材料借助螺旋输送器由于螺旋输送器旋转则被置于压力下或者可以被置于压力下。还换句话说，借助螺旋输送器由于螺旋输送器围绕旋转轴线相对于壳体旋转，则对基质材料施加或作用压力，使得被置入壳体中的基质材料具有压力，该压力优选大于或小于大气压力。例如，被置入壳体中的基质材料可以借助螺旋输送器在螺旋输送器旋转时被压缩。
所述设备还包括至少一个在螺旋输送器内延伸的浸渍通道，纤维元件尤其在与旋转轴线相一致的或者平行于旋转轴线延伸的运动方向可以输送穿过所述浸渍通道。浸渍通道优选至少基本上直线形地或沿直线地延伸，使得纤维元件特别有利地且少摩擦地输送穿过浸渍通道。
此外，所述设备具有至少一个在螺旋输送器内延伸的连接通道。因为例如浸渍通道和连接通道在螺旋输送器内延伸，所以一同称为通道的浸渍通道和连接通道是螺旋输送器的组成部件，或者说螺旋输送器具备多个通道。基质材料从基质通道通过连接通道可以尤其由于压力被导入浸渍通道。换句话说，基质通道通过连接通道与浸渍通道流体式或者说流动地连接。这意味着，连接通道将基质通道与浸渍通道流动地连接，因为连接通道在一端流动地与基质通道连接并且在另一端与浸渍通道流动地连接。例如基质材料从基质通道流入连接通道并且穿流连接通道。此外，穿流连接通道的基质材料由连接通道流出并且流入浸渍通道中。
在为纤维元件设置基质材料时，由于前述的且借助在基质通道中螺旋输送器所施加的基质材料的压力，基质材料例如从基质通道流入连接通道中，由此通过连接通道并且从连接通道流入浸渍通道。由此，纤维元件在浸渍通道中被设置、尤其浸渍基质材料。按照本发明的设备可以对纤维元件至少基本上持续地浸渍基质材料，因为纤维元件至少基本上持续地被输送通过浸渍通道，基质材料至少基本上持续地从基质通道通过连接通道被导入浸渍通道并且由此纤维元件可以被设置流入浸渍通道中的基质材料，尤其同时例如至少基本上持续地将基质材料置于壳体中。
按照本发明的设备尤其可以实现优选构造为连续纤维或连续增强纤维的纤维元件在原地浸渍基质材料。按照本发明的设备尤其可以实现为纤维元件在原地浸渍基质材料，并且挤压纤维元件，或者按照本发明的设备实现至少一个用于对设有基质材料的纤维元件的上述挤压的前提，使得按照本发明的设备特别有利地用于增材式或者说生成式的制造方法并且在此尤其用于增材式的挤压方法。
按照本发明的设备在此可以提供用于增材式的制造方法的设有基质材料的纤维元件，从而例如可以制造出至少一个由设有基质材料的纤维元件构成的构件，所述纤维元件在设置了基质材料的状态下由设备提供或可提供。为此，例如由设有基质材料的纤维元件尤其在基板上制造出多个层，并且这些层彼此相邻地和或彼此相叠地或者彼此重叠地堆叠，由此所述构件分层地构建，尤其是设有基质材料的纤维元件在其从所述设备导出之后和在由设有基质材料的纤维元件构成所述构件前不被卷绕或者说不临时存放。由此，所述构件在时间上特别有利地并且成本特别有利地被制造。
此外，按照本发明的设备实现了对纤维元件、尤其纤维束至少基本上均匀地浸渍基质材料，从而可以避免局部的纤维累积以及没有设置基质材料的干燥位置。
基质材料例如以固态和/或以尤其固体的、颗粒材料的形式被置入壳体中并且随后例如尤其借助螺旋输送器和/或借助设备的至少一个加热元件被加热并且以此被熔化和/或熔融。换句话说，例如首先固体的、也就是以固态存在的基质材料被塑化，所述基质材料在固态下被置入壳体中和/或螺旋输送器的蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道中，并且以此转变为液态或者粘稠状态、高粘性状态，尤其方法是，基质材料受热或者被加热并且由此熔化或塑化。
在本发明的有利的设计方案中，通过螺旋输送器的所述长度区域的锥形的延伸走向，所述基质通道的沿螺旋输送器的径向延伸的宽度沿着输送方向减小。由此，基质材料可以在其输送时通过基质通道特别有利地被施加压力。换句话说，可以实现压力的特别高的值，使得基质材料以特别有利的方式能穿过连接通道流动并且由此从基质通道通过连接通道流入浸渍通道。尤其可以通过基质材料的减小的宽度借助螺旋输送器特别有利地被挤压或压缩，使得纤维元件在浸渍通道中可以特别有利地被设置基质材料。螺旋输送器的轴向与旋转轴线重合，螺旋输送器的径向垂直于旋转轴线延伸，使得所述宽度沿垂直于旋转轴线的延伸方向延伸。
例如也称为输送通道或蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道的基质通道沿螺旋输送器的径向例如在一侧通过螺旋输送器、尤其通过螺旋输送器的核心并且在另一侧通过壳体、尤其通过壳体的内周侧的周侧面限定边界，使得例如所述宽度沿螺旋输送器的径向从核心至内周侧的周侧面延伸或反之从内周侧的周侧面至核心延伸。
在本发明的有利的实施方式中，在所述螺旋输送器的两个彼此朝向的且也简单地也称为侧面的螺棱侧面之间的、尤其沿着平行于旋转轴线延伸的或与旋转轴线重合的方向延伸的间距、尤其螺旋输送器的相应的棱的间距沿着输送方向减小。前述的间距也称为侧面间距，其沿着输送方向或者在输送方向上减小。由此，可以实现螺旋输送器的特别有利的几何形状，使得基质材料特别有利地被输送并且可以被施加压力。由此可以确保，基质材料至少基本上持续地穿流连接通道并且由此流入浸渍通道。备选或附加地可以确保，基质材料以有利的且尤其足够高的压力流入浸渍通道中，由此纤维元件可以特别好地被设置、尤其浸渍基质材料。
另外实施方式的特征在于，所述设备具有多个在所述螺旋输送器内延伸的另外的连接通道，所述基质材料从所述基质通道通过所述另外的连接通道被导入所述浸渍通道。上文和下文中对第一连接通道的介绍可以容易地转变为对多个另外的连接通道或反之。优选地，这些连接通道彼此相间隔。备选或附加地，相应的连接通道自身可以至少基本上直线地延伸。通过将基质材材料从基质通道输入到浸渍通道，纤维元件可以被设置、尤其浸渍基质材料。优选使用多个连接通道、尤其至少一个、两个或三个或更多连接通道或相对更多的连接通道，由此纤维元件在其通过浸渍通道的行程中特别均匀地被浸渍基质材料。由此可以避免在纤维元件的核心中的干燥位置。
为了可以向纤维元件特别均匀地设置基质材料，尤其当纤维元件穿过浸渍通道被输送时，在本发明的另外的设计方案中规定，这些连接通道螺旋形地布置。这意味着例如，这些连接通道沿着设想的并且也称为转旋或盘绕的螺旋或螺旋线布置，从而实现纤维元件被基质材料特别均匀地浸渍。连接通道的螺旋形的布置方式例如理解为，连接通道通过第一开口与基质通道连通，相应的第一开口沿着设想的螺旋线布置，所述螺旋线例如尤其以不变的螺距围绕螺旋输送器的外周或围绕外周侧的周侧面卷绕。相应的连接通道自身不必一定螺旋形地延伸，而是优选直线形地设计或者优选直线形地延伸。备选或附加地可设想的是，连接通道通过第二开口与浸渍通道连通，连接通道的相应的第二开口沿着假想的螺旋或者转旋或螺旋线布置，其例如尤其以不变的螺距围绕螺旋输送器的外周、尤其围绕内周侧的周侧面卷绕。通过连接通道的螺旋式的或螺旋形的布置方式，基质材料可以特别有利地被导入浸渍通道，使得纤维元件可以尤其在穿过浸渍通道的行程中特别有利地被设置基质材料。
在此已表明特别有利的是，相应连接通道沿着穿流相应连接通道的基质材料的流动方向倾斜或者说倒棱或者斜切(德语:angefast)。由此，基质材料可以特别有利地被导入浸渍通道，使得纤维元件特别有利地可以被设置基质材料。
在本发明的特别有利的实施方式中，所述设备具有至少一个或者优选正好一个在所述螺旋输送器中延伸的、与浸渍通道相连的且朝浸渍通道的方向逐渐变细的输入漏斗，所述纤维元件能够被导入所述输入漏斗内。在此，所述纤维元件通过所述输入漏斗导入螺旋输送器。在此，纤维元件通过输入漏斗可以被导入或输入浸渍通道中。输入漏斗可以实现纤维元件的有利的、受保护的且精确的对中心，使得纤维元件少摩擦地并且无停顿地或者无卡止地输入到螺旋输送器中并且进一步地输入到浸渍通道中并且可以被输送穿过浸渍通道。
在此已表明特别有利的是，所述输入漏斗具有减小摩擦的覆层、例如特氟龙制成的覆层。由此可以确保少摩擦的且由此顺利的过程。
在本发明的另外的实施方式中，所述基质通道的至少一个或优选正好一个局部区域配设有加热装置，所述至少一个局部区域借助所述加热装置能够尤其电气地、也就是优选在使用电能的情况下被加热、尤其可被主动加热。可设想的是一种加热装置，介质、尤其流体和例如液体、如油可穿流或穿流该加热装置并且构成循环系统。但也可以设想一种被动的加热装置。其它的能量方式也是可设想的并且部分是现有技术。至少一个局部区域可以被主动地加热，应理解为，加热装置主动地提供热量，以便由此加热至少一个局部区域。例如，加热装置将输入加热装置的电能转变为热能并且由此转变为由加热装置提供的热量。至少一个局部区域在此沿输送方向的径向向外被加热装置遮盖。
为了在此可以确保基质材料特别有利地从基质通道通过连接通道并且由此流入浸渍通道中，优选地规定，沿输送方向在所述至少一个局部区域的前面设有所述基质通道的至少一个另外的局部区域，使得所述至少一个局部区域沿着输送方向与另外的局部区域相连。在此，所述另外的局部区域不能被加热或者没有被加热或者甚至被冷却。这意味着，另外的局部区域不设有加热装置。还换句话说，在局部区域方面仅仅所述至少一个局部区域是主动的，也就是说，可以借助加热装置加热。由此，可以例如在这些局部区域之间实现基质通道和由此基质材料的优选的温度降，使得基质材料以特别有利的方式通过连接通道从基质通道流出并且接下来流入浸渍通道中。
最后已表明特别有利地的是，所述加热装置固持在所述壳体上，使得所述至少一个局部区域沿螺旋输送器的径向向外被加热装置遮盖。由此，至少一个局部区域和基质材料可以特别有利地被主动地加热。
本发明尤其基于的知识是：通常，纤维增强的构件或者结构元件相当于非增强的构件从机械方面看具有更高的抗拉强度、弹性和刚性。结合这种构件的非常有利的振荡疲劳性能、耐腐蚀性、极低的热膨胀性和相对好的减震性能同时密度非常低，纤维复合材料、也就是纤维增强的构件在很多的技术应用下是特别有利的。
为了例如可以利用生成式的制造方法、尤其FLM过程、尤其在3D的几何自由度方面的优点和利用连续纤维增强的优点，或者必须研发完全新的半成品，其在随后的独立的增材过程中加工，或者实现组合的混合过程，在该过程中至少一个例如设计为连续纤维的纤维元件或者由纤维、尤其增强纤维构成的纤维束(其中，纤维元件或纤维束首先不是浸渍的并且由此是干燥的)设置、尤其浸渍也称为基质料的基质材料，并且随后尤其作为单丝挤出。由此，例如第一变型方案规定，设有基质材料的纤维元件从浸渍通道、尤其从设备整体上被输出并且随后例如尤其卷绕成线圈并且尤其存放。在输出之后并且在卷绕之前，设有基质材料的纤维元件例如尤其在水槽中被浸冷。由此，设有基质材料的纤维元件例如形成半成品，该半成品例如可以被卷绕和存储。在这之后，半成品可以导入尤其生成式的制造过程，以便在生成式制造过程中由半成品增材地制造出至少一个构件。第一变型方案可以借助按照本发明的设备以特别简单且有利的方式实现。
第二变型方案规定，设有基质材料的纤维元件从浸渍通道、尤其从设备输出，并且在设有基质材料的纤维元件没有被卷绕或暂存和/或浸冷的情况下，马上尤其如此施加到基板上，使得用设有基质材料的纤维元件制造出多个层，这些层在基板上相叠地布置。由此，至少一个构件可以通过生成式制造方法、尤其通过3D打印分层地、也就是一层一层地制造。借助所述设备，例如设有基质材料的纤维元件在基板上打印，由此在基板上打印构件。在第二变型方案中由此实现设有基质材料的纤维元件的浸渍和挤压。
在浸渍和挤出时，难度在于实现纤维元件用也称为基质料的基质材料的至少基本上均匀的浸渍以及纤维元件的例如商业上常见的连续纤维在基质材料中的均匀分布。基质材料在此构成基质，纤维元件或者例如纤维元件的相应的单纤维被置入基质中。相应单纤维自身可以构成连续纤维。例如在纤维元件被设置基质材料的后挤出设有基质材料的纤维元件，所述纤维元件随后构成浸渍的纤维，所述挤出可以同样借助按照本发明的设备以特别有利的方式实现，其中，通过浸渍纤维的挤出可以实现构成纤维复合构件的构件的直接的、增材的制造或生产。由此，所述设备尤其可以实施FLM、FFF或FDM方法形式的生成式制造工艺。换句话说，按照本发明的设备在纤维元件浸渍之后直接实施设有基质材料的纤维元件的挤出，以便通过挤出以所述的方式制造出构件。
商业的单纤维设备通常是不可用的。例如在第一变型方案中作为半成品制造的、设有基质材料的增强纤维元件尤其设计为连续纤维增强的单纤维，所述增强纤维元件例如作为连续纤维增强的单纤维，所述设有基质材料的增强纤维元件在单独的过程中尤其通过特殊的3D打印机被进一步加工。研究发现，在传统的设有基质材料的增强纤维元件中、尤其在传统的浸渍玻璃纤维粗纱中在基质中存在回环，这些回环例如可以如此产生，即平面的、预浸渍的玻璃纤维粗纱在温度下并且在输入基质材料、例如聚酰胺的情况下事后地通过窄小的喷嘴拉伸。这对之后的处理和构件的质量是非常不利的。这些问题和缺点可以借助按照本发明的设备避免。当在喷嘴端部上没有压力的情况下仅注塑包覆玻璃纤维粗纱时，在玻璃纤维粗纱的核心中保持干燥的纤维，这些纤维没有被基质材料包裹并且因此不提供结构粘结。结合非均匀的纤维分布，这种漏涂点最终导致整个复合物的薄弱处，这因此极大地失去了强度。这些问题和缺点也可以通过按照本发明的设备避免。
本发明解决的实际上的技术问题是，增强纤维元件的浸渍和挤出以至少几乎相同的质量实现，集合在一个过程中并且同时紧凑地保持也称为反应器的设备，从而也称为单元的设备可设在数控机械中。由此在例如增强纤维元件的已经设有基质材料的第一长度区域挤出期间、尤其借助所述设备，增强纤维元件的与第一长度区域相连的第二长度区域借助所述设备并且尤其在所述设备中设置基质材料。
按照本发明的设备包含作为输入物的例如构成具有玻璃纤维的粗纱的增强纤维元件和例如由聚酰胺构成的基质材料。增强纤维元件通过对中的、锥形的和也称为输入装置的输入漏斗沿着也称为喷嘴方向的输送方向输送。所述设备例如具有至少一个或者正好一个排出口，设有基质材料的增强纤维元件通过所述排出口可以从所述设备排出。所述排出口例如构成喷嘴或者是喷嘴的一部分，所述喷嘴不必一定要在排出方向上变细，设有基质材料的增强纤维元件沿排出方向从设备或从浸渍通道中排出。所述排出方向例如与前述的运动方向重合和/或与旋转轴线重合或者平行于旋转轴线地延伸。
尤其在增强纤维元件通过浸渍通道输送期间和/或穿过排出口输送期间，并且由此从所述设备输出时，基质材料、尤其通过至少一个开口被引入设备的支承盖中、基质通道中或壳体中。所述基质通道是转动的、简单地也称为蜗杆的螺旋输送器和壳体、尤其前述的壳体的在内周侧的周侧面之间的自由空间。壳体的内周侧的周侧面也称为罩壁。
优选地规定，基质通道或者罩壁在另外的局部区域中不加热，所述另外的局部区域例如是上部区域，由此基质材料尤其在所述另外的局部区域中可保持尽可能的高粘性。但是至少一个局部区域可以是下部的局部区域，在所述至少一个局部区域中罩壁或基质通道例如借助至少一个加热套圈被加热。由此，基质材料被加热并且尤其被熔化。通过向整个反应器导入热量，增强纤维元件也可被预加热。通过转动的、锥形的螺旋输送器，基质材料尤其朝喷嘴方向被压实、被排气、熔化、混匀和输送。通过螺旋输送器的相应的螺棱侧面的相应的侧面几何形状并且通过变小的侧面间距，尤其向下地或者朝排出口的方向或者朝相应的连接通道的方向构建基质材料的高压，其中，这种压力通过持续地补充送料基质材料几乎保持静态。持续地补充送料基质材料理解为，至少基本上持续地给壳体中并且由此给基质通道中置入新的基质材料。
针对基质材料来说将借助螺旋输送器施加的基质材料的压力降低的唯一可能性通过例如设计为孔的连接通道提供，所述连接通道以定义的角度在也称为纤维通道的浸渍通道上螺旋形式地布置，所述浸渍通道例如扩宽，竖立并且沿着希望的流动方向或流过方向倒棱或者斜切。通过首先固体的或高粘性的基质材料的所述加热或升温，从首先固体的或液态的并且在此高粘性的基质材料转变出相对更有流动性的或低粘性的基质材料团，其尤其借助压力通过连接通道被挤压到浸渍通道中并且接下来在压力下浸渍增强纤维元件。通过较高压力确保对增强纤维元件的较好的浸渍和浸透、尤其是对增强纤维元件的单纤维或单丝的浸渍和浸透。通过基质材料输入将基质材料引入壳体中并且尤其基质通道中，基质材料的压力可以不通过所述基质材料输入降低，因为基质材料在反应器的上部区域中由于缺少加热而缺少热量输入而相应地是高粘性的，也就是粘稠或固态的。最后，被浸渍的增强纤维元件在其被浸渍基质材料的状态下可以包括正好一个或至少一个被浸渍的连续纤维或者更多的被浸渍的连续纤维，其通过排出口挤出或者从设备排出。优选地，排出口直线地或者沿着直线延伸，所述直线例如与旋转轴线重合或者平行于旋转轴线延伸。
在从设备输出被浸渍的增强纤维元件之后，例如根据变型方案1水槽用于对作为新产生的半成品的被浸渍的增强纤维元件进行冷却，并且接下来被卷绕或卷起。随后，被浸渍的增强纤维元件作为半成品用于任意的、下游的过程、尤其任意的、下游的制造工艺。备选地，被浸渍的增强纤维元件可以根据第二变型方案直接加工为构件，而被浸渍的增强纤维元件没有在从设备排出后被卷绕和/或主动地或有目的地被冷却。
所述排出口例如穿过部件延伸，所述部件可以相对于螺旋输送器独立地构造并且相对于壳体独立地构造。由此，螺旋输送器可以围绕旋转轴线相对于所述部件旋转。在此例如规定迷宫式密封装置，所述部件借助所述迷宫式密封装置相对于螺旋输送器或者相对于壳体密封。这种迷宫式密封装置用于对整个反应器实施足够的密封性。
如前所述，通过按照本发明的设备实现原位浸渍和挤出。通过这种原位浸渍和挤出，两个过程组合成一个并且整体上改进。设备的连接尺寸例如总计为170mmx 115mm，这可以实现所述设备紧凑地直接安装到数控设备中。由此，也可以以简单且廉价的方式保证构件的特别复杂的几何形状。
本发明的优点尤其是基于创建的过程(如纤维复合技术、注塑喷注技术和增材制造技术)的不同的方法和元素的组合，由此可以提供针对连续复合纤维合成物的新的制造过程，所述连续复合纤维合成物特点是从原料直至制成构件的单个步骤。本发明实现的是，不仅在所述过程本身中制造半成品而且已浸渍的纤维元件的形式的刚刚制造好的半成品直接成形为或加工成构件。两个过程步骤(浸渍和挤出)组合成一个并且商业常见的原料的使用、尤其在传统的玻璃纤维粗纱和基质材料方面的使用完全首次实现直接的制造过程并且由此至此的过程变得更短和更稳定、更廉价、更透明和更为有效。
通过本发明尤其首先实现，连续纤维增强的构件在唯一的过程步骤中制造。通过在价值创造链中的更早的进入，通过实际上的发明相应地更深入地创造价值。通过在螺旋输送器的上部区域尤其在浸渍方面的半成品制造和刚刚制造好的半成品的同时挤出的并行化不仅节省了单独的机械和生产线，而且除了透明的质量控制也实现了时间的巨大节省和由此成本的巨大节省。通过过程并行化既在时间上节省也在价值创造上更深入，由此整个过程的效率提高多倍。
通过借助按照本发明的设备将半成品制造和构件制造组合在唯一的增材制造过程中尤其实现技术优点。用于这种直接过程的原料、也就是纤维元件和基质材料可以是标准材料，所述标准材料可以以工业用量买卖并且相应地在价格方面具有很好的竞争力。为此尤其包括通过可包括多个加热元件的加热装置的温度输入。所述加热装置、尤其加热元件可以在至少几乎反应器的每个位置上使基质材料实现希望的温度并且由此提供粘性并且还附加地对例如作为玻璃纤维粗纱、也就是构造为纤维束的纤维元件实施预加热，由此在纤维元件和基质材料结合时、也就是在浸渍时相应的温度至少几乎是相同的。
特别有利的是可被驱动的或被驱动的并且由此相对于壳体可转动的或自身转动的且简单地也称为蜗杆的螺旋输送器和螺旋输送器的几何形状。通过锥形的延伸走向，下降的或减小的侧面间距和螺旋形、尤其围绕浸渍通道布置的、沿流动方向倒棱或者说斜切的连接通道可以提高或构成基质材料的相应的压力，其中，这种压力针对纤维元件的浸渍是决定性的且有利的。输入漏斗可以实现锥形的纤维输入装置并且为此相应地成形并且有利地被覆层，由此纤维元件顺利地可被拉入设备中。
排出口例如是至少基本上平直的通道、尤其喷嘴通道，所述通道例如直接或者径直地连接到浸渍通道上。在此，浸渍通道和喷嘴通道优选地具有相同的、可被纤维元件穿流的横截面。浸渍通道优选直线形地构造。直线形的喷嘴通道阻止纤维元件在从浸渍通道到喷嘴通道的过渡部处在输送元件和所述部件之间鼓起。
本发明的第二方面涉及一种用于为具有至少一个单纤维的至少一个纤维元件设置基质材料的方法。在所述方法的第一步骤中，将基质材料置入设备的壳体内，其中，所述设备的螺旋输送器至少部分地、尤其至少绝大部分地或完全地布置在所述壳体内。所述螺旋输送器至少在布置在所述壳体内的长度区域中是锥形的并且围绕旋转轴线相对于所述壳体可旋转。在所述方法的第二步骤中，所述螺旋输送器围绕旋转轴线相对于所述壳体旋转，被置入所述壳体内的基质材料由此沿输送方向穿过至少一个由所述螺旋输送器和壳体限定边界的基质通道被输送。此外，通过螺旋输送器的旋转能够在所述基质通道内对基质材料施加压力。这意味着，借助螺旋输送器通过螺旋输送器的旋转，对基质材料造成压力，也就是说向基质材料施加压力。
在本方法的第三步骤中，通过至少一个在所述螺旋输送器内延伸的浸渍通道输送所述纤维元件，其中，所述基质材料通过至少一个在所述螺旋输送器内延伸的连接通道从所述基质通道被导入所述浸渍通道。这意味着，在按照本发明的方法中，基质材料通过连接通道基于所施加的压力从基质通道流入浸渍通道内。由此，所述纤维元件在所述浸渍通道内被设置、尤其浸渍基质材料。本发明的第一方面的优点和有利的设计方案也是本发明的第二方面的优点和有利的设计方案并且反之亦然。
为了可以例如从被浸渍的纤维元件特别有利地制造半成品，所述半成品例如在下游的、单独的生成式的制造工艺可以被进一步加工，在本发明的有利的实施方式中规定，被设有基质材料的或由此被浸渍的纤维元件从所述设备导出、尤其在水槽中被冷却、尤其被急冷。由此，例如直接在纤维元件从设备输出之后还是液态的或膏状的基质材料被硬化，使得被浸渍的纤维元件例如是内在刚性的或者形状稳定的。
另外的实施方式的特征在于，被设有基质材料的纤维元件在导出之后、尤其在急冷之后被卷绕或者被卷起。由此，被浸渍的纤维元件构成半成品，该半成品有利地可以被处理和存储。
但是为了至少一个构件可以以时间特别有利且成本特别有利的方式增材地制造，在本发明的另外的设计方案中规定，被设有基质材料的纤维元件从所述设备被导出，并且紧接着之后，也就是在没有进一步加工步骤地并且当其导出期间，纤维元件被这样施加到基板上，使得由设有基质材料的纤维元件构成的相应的层被制造并且彼此相叠地布置，以便由此增材地、也就是通过生成式的制造工艺制造出所述构件。
本发明的其他优点、特征和细节以下根据优选实施例的说明并且参照附图得出。在说明书中前述特征和特征组合还有在附图说明中提及和/或仅在附图中单独示出的特征和特征组合，不仅可以按相应给出的组合使用，而且还可以按其他的组合或单独地使用，只要不偏离本发明的框架。
在附图中：
图1示出按照本发明的用于为至少一个纤维元件设置基质材料的设备的剖视示意图；
图2示出所述设备的螺旋输送器局部立体示意图；
图3示出螺旋输送器的局部立体示意图；和
图4示出所述设备的局部剖视立体示意图。
在附图中相同的或功能相同的元件设有相同的标记。
图1示出设备10的剖视示意图，所述设备用于为至少一个在附图中特别示意地示出的且构造为增强纤维元件12的纤维元件设置在图1中特别示意地示出的基质材料14。
增强纤维元件12自身可以具有正好一个单纤维16并且由此自身构造为单纤维、尤其单丝。备选地可设想到，增强纤维元件12包括至少一个或者正好一个也称为玻璃纤维粗纱的纤维束，所述纤维束还具有多个单纤维。相应单纤维或增强纤维元件12优选设计为连续纤维，从而借助增强纤维元件12实现连续纤维增强。在为增强纤维元件12设置基质材料14的范畴中，在基质材料14和由此在通过基质材料14构成的基质中嵌入增强纤维元件12，由此例如可以构造纤维增强的塑料。
也称为反应器的设备10具有壳体18，所述壳体优选设计为一件式的。在所述壳体18中可以置基质材料14。在用于为增强纤维元件12设置基质材料14的方法的范畴中，基质材料14尤其在固态下引入壳体18中。为此也设有称为支承盖的盖子20，其中，所述壳体18和盖子20可以设计为彼此单独构造的且相互连接的部件。所述壳体18和盖子20分别部分地限定容纳腔22的边界，在所述容纳腔中布置有尤其在固态下的基质材料14。为此，盖子20具有至少或正好一个贯穿孔24，基质材料14通过贯穿孔尤其在首先在固态下置、尤其输送到容纳腔22内。尤其规定，基质材料14作为颗粒材料、也就是颗粒被引入壳体18中。
此外，所述设备10还包括简单地也称为蜗杆的螺旋输送器26，所述螺旋输送器在图1所示的实施例中绝大部分布置在壳体18内并且在此布置在容纳腔22内。在此，所述螺旋输送器26具有布置在壳体18中的长度区域L，其中，布置在壳体18内的长度区域L整体上锥形地延伸。所述设备10在此具有也称为喷嘴的排出口28，设有基质材料14的增强纤维元件12通过所述排出口可以从设备10输出或者被输出。在此，长度区域L朝排出口28的方向如此锥形地延伸，使得长度区域L或螺旋输送器26朝排出口28的方向锥形地扩宽并且朝相反的方向、也就是朝盖子20的方向锥形地逐渐变细。
螺旋输送器26围绕旋转轴线30相对于壳体18和相对于盖子20可旋转，其中，螺旋输送器26在方法的范畴中围绕旋转轴线30相对于壳体18并且相对于盖子20旋转。在此，盖子20用作轴承盖或者说支承盖，螺旋输送器26可旋转地支承在支承盖上。由此，螺旋输送器26借助盖子20在壳体18上可转动地支承。为了支承螺旋输送器26例如设有支承元件32和34。通过支承元件32将螺旋输送器26例如沿其轴向支承在盖子20上。通过支承元件34例如将螺旋输送器26沿其径向支承在盖子20上。
此外，螺旋输送器26导引穿过盖子20的贯穿孔36并且由此从容纳腔22被导引到设备10的周围环境38上，其中，设有基质材料38的增强纤维元件12通过排出口28可以被导出到环境38中。为了密封贯穿孔36，螺旋输送器26相对于盖子20密封。
在环境38中，螺旋输送器26至少抗扭地与齿轮40相连。如果齿轮40被驱动并且由此围绕旋转轴线30相对于壳体18旋转，则由此螺旋输送器26围绕旋转轴线30相对于壳体18旋转。这意味着，齿轮40例如可以通过在图中未示出的、尤其电气的驱动装置被驱动并且由此围绕旋转轴线30相对于壳体18能够转动。由此，螺旋输送器26围绕旋转轴线30相对于壳体18能够转动。为了例如避免在齿轮40和螺旋输送器26之间出现不希望的、沿螺旋输送器26的轴向延伸的相对位移，在螺旋输送器26上旋拧有保险螺母42。借助保险螺母42，齿轮40沿其轴向并且沿螺旋输送器26的轴向相对于螺旋输送器26或者在螺旋输送器26上被固定。
借助螺旋输送器26，通过螺旋输送器26的转动，引入壳体18中或容纳腔22中的基质材料14沿着图1中由箭头44示出的输送方向被输送并且由此可以被施加压力。这意味着，引入容纳腔22中的基质材料14借助螺旋输送器26被输送并且被施加压力，方法是，螺旋输送器26旋转。给基质材料14施加所谓的压力理解为，借助螺旋输送器26对壳体18中的基质材料14产生压力。在此，所述设备10具有至少一个或正好一个部分由螺旋输送器26并且部分由壳体18限定边界的基质通道46，所述基质通道例如是在螺旋输送器26的螺棱48之间延伸的并且通过螺棱48构成的或限定边界的螺旋输送器26的蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道。基质通道46沿螺旋输送器26的径向向内通过也称为核心的螺旋输送器26的螺杆茎50、尤其通过螺杆茎50的外周侧的周侧面52限定边界。基质通道46沿螺旋输送器26的径向向外通过壳体18、尤其通过壳体18的内周侧的、朝向螺旋输送器26的周侧面54限定边界。基质通道46例如沿螺旋输送器26的轴向通过相应的、沿螺旋输送器26的轴向相互朝向的且也称为螺杆侧面的螺旋输送器26的侧面56、尤其被螺旋输送器26的相应的螺棱48限定边界。
例如构成螺旋输送器26的蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道的基质通道46例如螺旋形式地延伸或卷绕，也就是说，根据螺旋的形式围绕螺杆茎50、尤其围绕外周侧的周侧面52。以这种方式通过螺旋输送器26的旋转将基质材料14沿着基质通道46并且在此沿着输送方向输送，基质材料通过引入容纳腔22中而引入基质通道46中。以这种方式，基质材料14朝着排出口28(喷嘴)的方向被输送。锥形的螺旋输送器26由此例如构造用于对首先固态的基质材料14的压缩、升压、熔融和输送。通过首先固态的基质材料14的熔融，首先固态的基质材料14变为液态或膏状，使得首先固态的且例如颗粒物质形态存在的基质材料14在其通过基质通道46的行程中被熔化并且由此变为膏状或液态并且接下来成为熔融物或者膏状或液态的基质团。
所述设备10此外具有至少一个或正好一个在螺旋输送器26的内部延伸的浸渍通道58，增强纤维元件12通过浸渍通道、尤其沿着与旋转轴线30一致的并且在图1中由箭头60示出的运动方向可以输送或者被输送通过浸渍通道。浸渍通道58自身优选具有至少基本上直线形的并且沿旋转轴线30延伸的延伸段。此外，浸渍通道58自身还具有例如在其整个延伸段上的至少基本上不变的横截面，增强纤维元件12通过该横截面被输送。
沿着运动方向在浸渍通道58前面是所谓的纤维通道62，所述纤维通道与浸渍通道58相连。这意味着，增强纤维元件12首先穿过纤维通道62被输送并且随后从纤维通道62输送到浸渍通道58。纤维通道62也具有沿着旋转轴线30延伸的、直线形的延伸段。浸渍通道58的前述的横截面也称为第一横截面。在此，纤维通道62例如在其完整的延伸段上具有至少基本上不变的第二横截面，增强纤维元件12穿过第二横截面被输送。所述第二横截面在此小于第一横截面。
此外，所述设备10还具有多个在螺旋输送器26内部延伸的连接通道64，所述连接通道例如设计为孔。基质材料46通过这些连接通道64与浸渍通道58流动地连接，使得基质材料14、尤其在液态或膏状状态或塑化状态下通过连接通道64从基质通道46可流入或流入到浸渍通道58中。由此，增强纤维元件12尤其在其通过浸渍通道58沿着浸渍通道58被输送期间被设置、也就是浸渍液态的、膏状的或塑化的基质材料14。基质材料14例如通过熔融或加热被塑化。
由图1可以特别还地看到，通过长度区域L的锥形的延伸走向，基质通道46的沿着螺旋输送器26的径向延伸的宽度B沿着输送方向或者在输送方向上减小。由此，基质材料14可以特别有利地被压缩并且由此被置于特别有利的且尤其高的压力下。
此外，相应地也称为螺旋螺棱的螺棱48的相应的沿螺旋输送器26的轴向彼此朝向的并且也称为螺棱侧面的侧面56之间的尤其沿螺旋输送器26的轴向延伸的间距A沿着输送方向或者在输送方向上减小。
此外由图2和3可以特别好地看到，连接通道64螺旋形地、也就是例如沿着设想的围绕在外周侧的周侧面52卷绕的螺纹线布置。在此，在例如直线形延伸的连接通道64上的相应的中点尤其位于所谓的设想的螺纹线上。由此，基质材料14、尤其以液态或膏状或塑化状态可以特别有利地被导入浸渍通道58中，由此增强纤维元件12可以特别均匀地用基质材料14设置、尤其浸透。
因为基质材料14例如首先是固态或高粘性的并且在其穿过基质通道46的行程中被加热并且由此转变为膏状或液态或者变为低粘性的，基质通道46也称为熔融通道或者基质熔化通道。此外规定，连接通道64沿着在连接通道中穿流的基质材料14的流动方向倒棱或者说斜切。由此，基质材料14可以特别有利地被导入浸渍通道58中。
此外，所述设备10具有在螺旋输送器26的内部布置的并且与纤维通道62相连的并且通过纤维通道62与浸渍通道58相连的输入漏斗66，所述输入漏斗朝浸渍通道58的方向或者沿运动方向逐渐变细。增强纤维元件12在此被导入输入漏斗66中并且通过输入漏斗66整体被导入螺旋输送器26中。由此，纤维通道62和浸渍通道58通过输入漏斗66可以被供应增强纤维元件12。输入漏斗66可以实现锥形的纤维输入部或者是锥形的纤维输入部，使得增强纤维元件12以特别简单且精准的方式可以整体被导入螺旋输送器26中。优选地，输入漏斗66具有在图1中特别示意地示出的且减小摩擦的覆层68，所述覆层例如被布置在螺旋输送器26上或者在螺旋输送器26的基体70上。
此外规定，基质材料46的第一局部区域T1配有尤其电气的加热装置72。所述第一局部区域T1沿螺旋输送器26的径向向外被壳体18的第一部分T2遮盖，其中，所述第一部分T2设有加热装置72。由此，借助加热装置72可以主动地加热所述局部区域T1和所述部分T2，并且由此被如此加热，使得基质材料14在其通过基质通道46的行程中在局部区域T1中被主动加热并且由此可以被熔融或塑化。
但是，基质通道46的沿着输送方向在第一局部区域T1前面的第二局部区域T3没有被加热或者是被冷却的，使得在所述方法范畴中抑制局部区域T3的主动加热。第二局部区域T3沿着螺旋输送器26的径向向外被壳体18的第二部分T4遮盖。在此，所述部分T4没有加热装置，使得所述局部区域T3和所述部分T4不能被主动地加热。由此可以确保，处于基质通道46中的基质材料14在局部区域T1中与在上方的局部区域T3中相比更为液态或者具有较低的粘性。由此可以避免基质材料14如此降低所述的压力，使得基质材料14通过贯穿孔24流动并且再次流动返回到环境38中。基质材料14只能由此降低前述的压力，即基质材料14在液态下穿流连接通道64并且流入浸渍通道58中。
加热装置72例如设计为加热套圈。在图1所示的实施例中，加热装置72布置在壳体18的外周侧的周侧面74上，其中，外周侧的周侧面74沿螺旋输送器26的径向背离内周侧的周侧面54。
此外图1中可看到，例如设计为排出通道的并且在此直线地延伸的排出口28在部件76中构造，所述部件76例如设计为盖子。在此，所述部件76相对于螺旋输送器26独立地且相对于壳体18独立地构造并且与壳体18相连或者固持在壳体上。由此在方法实施过程中，螺旋输送器26围绕旋转轴线30相对于部件76旋转。在此，设有迷宫式密封装置78，所述部件76借助迷宫式密封装置相对于螺旋输送器26密封。迷宫式密封装置78例如集成在所述部件76中。在此，排出口28具有第三横截面，所述第三横截面沿着排出口28的整个延伸段不变。所述横截面被设有基质材料14的增强纤维元件12穿流。在此，第三横截面优选与第一横截面相应。
此外，所述部件76具有例如设计为孔的容纳部80，例如至少一个热电偶可以布置在所述容纳部中。借助热电偶可以测取尤其螺旋输送器26的至少一个温度。
由图2尤其可看到，基质通道46设计为螺旋输送器26的蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道，其中，也称为侧面间距的间距A沿输送方向减小。蜗杆导程或者说蜗杆螺旋通道的或基质通道46的例如也称为螺纹深度的宽度B沿着输送方向由此减小，使得螺旋输送器26锥形地延伸。此外，由图2可特别好地看到连接通道64的螺旋形的布置方式。在此，连接通道64的相应开口82布置在基质通道46中并且在沿着设想的螺旋线布置，所述连接通道通过所述开口82与基质通道46连通并且由此流动地与基质通道46相连。
由图3可特别好地看到，连接通道64自身直线形地设计并且沿流动方向或流淌方向倒棱或者斜切。这也可特别好地由图4看到，在图4中显示设备10的局部剖切立体图。
附图标记列表
10 设备
12 增强纤维元件
14 基质材料
16 单纤维
18 壳体
20 盖子
22 容纳腔
24 贯穿孔
26 螺旋输送器
28 排出口
30 旋转轴线
32 支承元件
34 支承元件
36 贯穿孔
38 环境
40 齿轮
42 保险螺母
44 箭头
46 基质通道
48 螺棱
50 螺杆茎
52 外周侧的周侧面
54 内周侧的周侧面
56 侧面
58 浸渍通道
60 箭头
62 纤维通道
64 连接通道
66 输入漏斗
68 覆层
70 基体
72 加热装置
74 外周侧的周侧面
76 部件
78 迷宫式密封装置
80 容纳部
A 间距
B 宽度
L 长度区域
T1 局部区域
T2 部分
T3 局部区域
T4 部分

Claims (18)

1.一种用于为具有至少一个单纤维(16)的至少一个纤维元件(12)设置基质材料(14)的设备(10)，其中，所述设备(10)具有：
-壳体(18)，所述基质材料(14)能够被置入所述壳体内；
-螺旋输送器(26)，所述螺旋输送器至少部分地布置在所述壳体(18)内并且至少在布置在所述壳体(18)内的长度区域(L)中锥形地延伸并且围绕旋转轴线(30)相对于所述壳体(18)可旋转，在所述螺旋输送器(26)旋转时，被引入所述壳体(18)内的基质材料(14)借助所述螺旋输送器(26)沿输送方向(44)被输送并且能够被施加压力；
-至少一个由所述螺旋输送器(26)和壳体(18)限定边界的基质通道(46)，所述基质材料(14)在所述基质通道内借助螺旋输送器(26)被输送并且能够被施加压力；
-至少一个在所述螺旋输送器(26)内延伸的浸渍通道(58)，所述纤维元件(12)能够被输送穿过所述浸渍通道；和
-至少一个在所述螺旋输送器(26)内延伸的连接通道(64)，所述基质材料(14)从所述基质通道(46)通过所述连接通道被导入所述浸渍通道(58)，由此所述纤维元件(12)在所述浸渍通道(58)内被设置基质材料(14)。
2.按照权利要求1所述的设备(10)，其中，所述基质通道(46)的沿螺旋输送器(26)的径向延伸的宽度(B)借助所述长度区域(L)的锥形的延伸走向沿着输送方向(44)减小。
3.按照权利要求1或2所述的设备(10)，其中，在所述螺旋输送器(26)的两个彼此朝向的螺棱侧面(56)之间的间距(A)沿着输送方向(44)减小。
4.按照权利要求1或2所述的设备(10)，其中，所述设备(10)具有多个在所述螺旋输送器(26)内延伸的另外的连接通道(64)，所述基质材料(14)从所述基质通道(46)通过所述另外的连接通道被导入所述浸渍通道(58)，由此所述纤维元件(12)在所述浸渍通道(58)内被设置基质材料(14)。
5.按照权利要求4所述的设备(10)，其中，所述连接通道(64)和所述另外的连接通道螺旋形地布置。
6.按照权利要求1或2所述的设备(10)，其中，所述连接通道(64)沿着流动穿过连接通道(64)的基质材料(14)的流动方向倒棱。
7.按照权利要求1或2所述的设备(10)，其中，在所述螺旋输送器(26)中布置有与浸渍通道(58)相连的且朝浸渍通道(58)的方向逐渐变细的输入漏斗(66)，所述纤维元件(12)能够被导入所述输入漏斗内，其中，所述浸渍通道(58)通过所述输入漏斗(66)被供应纤维元件(12)。
8.按照权利要求7所述的设备(10)，其中，所述输入漏斗(66)具有减小摩擦的覆层(68)。
9.按照权利要求1或2所述的设备(10)，其中，所述基质通道(46)的至少一个局部区域(T1)配设有加热装置(72)，所述至少一个局部区域(T1)借助所述加热装置能够被加热。
10.按照权利要求9所述的设备(10)，其中，沿输送方向(44)在所述至少一个局部区域(T1)的前面设有所述基质通道(46)的至少一个另外的局部区域(T3)，其中，所述另外的局部区域(T3)是不被加热的。
11.按照权利要求9所述的设备(10)，其中，所述加热装置(72)固持在所述壳体(18)上，使得所述至少一个局部区域(T1)沿螺旋输送器(26)的径向向外被加热装置遮盖。
12.一种用于为具有至少一个单纤维(16)的至少一个纤维元件(12)设置基质材料(14)的方法，所述方法具有以下步骤：
-将基质材料(14)置入壳体(18)内，螺旋输送器(26)至少部分地布置在所述壳体(18)内，所述螺旋输送器至少在布置在所述壳体(18)内的长度区域(L)中锥形地延伸并且围绕旋转轴线(30)相对于所述壳体(18)可旋转，
-所述螺旋输送器(26)围绕旋转轴线(30)相对于所述壳体(18)旋转，由此被置入所述壳体(18)内的基质材料(14)沿输送方向穿过至少一个由所述螺旋输送器(26)和壳体(18)限定边界的基质通道(46)被输送并且在所述基质通道(46)内能够被施加压力，
-通过至少一个在所述螺旋输送器(26)内延伸的浸渍通道(58)输送所述纤维元件(12)，其中，所述基质材料(14)通过至少一个在所述螺旋输送器(26)内延伸的连接通道(64)从所述基质通道(46)被导入所述浸渍通道(58)，由此所述纤维元件(12)在所述浸渍通道(58)内被设置基质材料(14)。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)从所述浸渍通道(58)被导出，并且被冷却。
14.按照权利要求12所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)从所述浸渍通道(58)被导出并且在水池中被冷却。
15.按照权利要求13或14所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)在导出之后被卷绕。
16.按照权利要求13或14所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)并且在急冷之后被卷绕。
17.按照权利要求12所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)从所述浸渍通道(58)被导出，并且被施加到基板上，使得由设有基质材料(14)的纤维元件(12)构成的相应的层彼此相叠地布置，以便由此增材地制造出至少一个构件。
18.按照权利要求12所述的方法，其中，被设有基质材料(14)的纤维元件(12)从所述浸渍通道(58)被导出并且紧接着之后被施加到基板上，使得由设有基质材料(14)的纤维元件(12)构成的相应的层彼此相叠地布置，以便由此增材地制造出至少一个构件。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6550253B2 (ja) * 2014-04-24 2019-07-24 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6527742B2 (ja) 2014-04-24 2019-06-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6639798B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6639799B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 混練装置および混練方法
JP6639800B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6446235B2 (ja) * 2014-10-27 2018-12-26 東芝機械株式会社 押出機および混練装置
JP6746278B2 (ja) * 2015-04-28 2020-08-26 芝浦機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6464025B2 (ja) * 2015-04-28 2019-02-06 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
EP4126499A1 (en) * 2020-03-25 2023-02-08 3M Innovative Properties Co. Apparatus for dispensing a composition
CN111716720B (zh) * 2020-06-29 2022-10-18 哈尔滨坤程科技有限公司 一种碳纤维3d打印耗材及其制备系统与制备方法
CN114311401B (zh) * 2022-01-11 2023-07-07 北京航空航天大学宁波创新研究院 一种树脂基长纤维复合材料预浸丝的制作装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1207702A (zh) * 1995-11-30 1999-02-10 智索股份有限公司 制造连续纤维加强的树脂浸渍结构的方法,生产柱状产品的方法,及装置
WO2001076846A1 (en) * 2000-04-12 2001-10-18 Ferioli Filippo S.P.A. Machine for pressure-injecting synthetic resin mixed with reinforcing fibres into a user means
CN102260389A (zh) * 2010-05-25 2011-11-30 上海晋飞复合材料科技有限公司 制备长纤维增强热塑性树脂复合材料的方法和装置
CN102975379A (zh) * 2011-04-29 2013-03-20 提克纳有限责任公司 带有上游表面的浸渍部件以及用于浸渍粗纱纤维的方法
WO2018065326A1 (de) * 2016-10-07 2018-04-12 ThyssenKrupp Carbon Components GmbH Pultrusionsverfahren und anordnung zur kontinuierlichen herstellung von rohlingen aus einem faser-kunststoff-verbundwerkstoff

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD71195A (zh) *
US1393860A (en) * 1920-08-12 1921-10-18 Weeks Edward Chester Machine for coating or covering material
GB811581A (en) * 1956-08-30 1959-04-08 Standard Machinery Co Extrusion apparatus for coating wires and the like
US3689182A (en) * 1970-03-27 1972-09-05 Midland Ross Corp Extruder providing radial and axial melt removal
DE3121006A1 (de) * 1981-05-27 1982-12-16 Scientific Process & Research, Inc., 08873 Somerset, N.J. Plastifiziervorrichtung
JPS59169924U (ja) * 1983-04-28 1984-11-14 タキロン株式会社 単軸押出機
DE3615098C2 (de) * 1985-05-08 1994-04-07 Barmag Barmer Maschf Entgasungsschneckenstrangpresse
DE4137298A1 (de) * 1991-11-10 1993-05-13 Siebert Martin Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen filtern und trennen thermoplastischer kunststoffe
DE4401026C2 (de) * 1994-01-15 1996-11-28 Ckt Kunststoffverarbeitungstec Vorrichtung zur Plastifizierung von Kunststoffen
FI965182A (fi) * 1996-04-04 1997-10-05 Conenor Oy Menetelmä ja laite puristetun muovituotteen tekemiseksi ja muovituote
WO2001089802A1 (en) * 2000-05-26 2001-11-29 Gma Co., Ltd. Hardness taper tube and production method and device therefor
US7547361B2 (en) 2004-03-31 2009-06-16 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources Method and apparatus for fabrication of polymer-coated fibers
US7993122B2 (en) * 2007-09-07 2011-08-09 Plasticomp, Llc Device for improved reinforcing element with a continuous center core member with very long fiber reinforced thermoplastic wrapping
DE102008026892B4 (de) * 2008-06-05 2014-01-30 Ulrich Büttel Extrudermischteil, Verfahren zum Mischen von Kunststoffschmelze unter Einsatz eines Extrudermischteils
JP5709614B2 (ja) * 2011-03-31 2015-04-30 キヤノン株式会社 ゴムローラの押出成形装置および製造方法
DE102012220520A1 (de) 2012-11-12 2014-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Imprägnieren eines Faserverbund-Rovings
WO2017096107A1 (en) * 2015-12-04 2017-06-08 University Of Massachusetts Extrusion apparatus and methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1207702A (zh) * 1995-11-30 1999-02-10 智索股份有限公司 制造连续纤维加强的树脂浸渍结构的方法,生产柱状产品的方法,及装置
WO2001076846A1 (en) * 2000-04-12 2001-10-18 Ferioli Filippo S.P.A. Machine for pressure-injecting synthetic resin mixed with reinforcing fibres into a user means
CN102260389A (zh) * 2010-05-25 2011-11-30 上海晋飞复合材料科技有限公司 制备长纤维增强热塑性树脂复合材料的方法和装置
CN102975379A (zh) * 2011-04-29 2013-03-20 提克纳有限责任公司 带有上游表面的浸渍部件以及用于浸渍粗纱纤维的方法
WO2018065326A1 (de) * 2016-10-07 2018-04-12 ThyssenKrupp Carbon Components GmbH Pultrusionsverfahren und anordnung zur kontinuierlichen herstellung von rohlingen aus einem faser-kunststoff-verbundwerkstoff

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