CN115180063A - 一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋及其成型工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋及其成型工艺方法，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋包括帽型壳体及填充于帽型壳体的发泡泡沫，帽型壳体内顶部及两侧面每面设有至少一根轴向设置的加强筋，并且帽型壳体及加强筋为3D打印一体成型得到，在帽型壳体外表面贴合铺设有若干层碳纤维布，碳纤维布面积大于帽型壳体外表面，并且完全覆盖住帽型壳体。本发明提供的碳纤维复合夹芯结构帽型筋适用范围广，对于具有复杂船体型面、变截面也能够保证较高的安装精度和表面质量，能够有效提高船体等的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于塑料的成型连接技术领域，具体涉及一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋及其成型工艺方法。
背景技术
帽型筋相对于T型、工型、L型等结构形式来说，具有结构稳定性好，周向载荷传递效率高的优点，近年来越来越多的船舶结构采用了帽型筋形式以提高船体的刚度，减轻结构重量。
对于具有较高空间安装精度要求的工程产品，以往采用手工铺层成型工艺制造帽型筋，精度很难控制，同时会使成型产品树脂含量偏高，影响产品的力学性能和重量。采用泡沫作为帽型筋的填充物，通过真空辅助成型工艺制造时，可以减少产品树脂含量，保证产品力学性能，但制造效率低。因此，需要一种新的工艺方法，既能达成帽型筋制造精度要求，同时也能控制树脂含量以保证制品重量和力学性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的之一是提供一种可用于高精度装配需求的碳纤维复合夹芯结构帽型筋。
为实现上述发明目的，具体技术方案如下：
一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋包括帽型壳体及填充于帽型壳体的发泡泡沫，帽型壳体内顶部及两侧面每面设有至少一根轴向设置的加强筋，并且帽型壳体及加强筋为3D打印一体成型得到，在帽型壳体外表面贴合铺设有若干层碳纤维布，碳纤维布面积大于帽型壳体外表面，并且完全覆盖住帽型壳体。
按上述方案，所述帽型壳体及加强筋材质为光敏树脂。例如CREALITY 3D打印紫外光敏树脂、Formlabs系列光敏树脂等。
按上述方案，所述发泡泡沫材质为聚氨酯。
按上述方案，所述碳纤维布为T300或T700碳纤维。
优选的是，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋顶部宽度为50～70mm，高度为60～100mm，两侧折边宽度为40～60mm。
本发明的目的之二在于提供一种上述碳纤维复合夹芯结构帽型筋的成型工艺方法。
具体技术方案如下：
一种上述碳纤维复合夹芯结构帽型筋的成型工艺方法，具体步骤如下：
一、3D打印出带加强筋的帽型壳体：用计算机建立待打印的带加强筋的帽型壳体的三维模型，预先设定帽型壳体及加强筋的位置及尺寸，将三维模型保存为STL数据，通过切片软件对所述三维模型进行切片，使得帽型壳体及加强筋分别被划分为多层切片层，每层切片层厚度为0.1～0.5mm，得到SLC数据，再输入3D打印设备中，将3D打印线材装入3D打印设备中作为帽型壳体及加强筋的原料，利用熔融沉积3D打印成型工艺逐层打印所述切片层，直至完成所有切片层的打印，得到帽型壳体及加强筋一体成型结构；
五、对步骤一所得帽型壳体及加强筋一体成型结构进行打磨，然后将帽型壳体内部均匀填充发泡泡沫(帽型壳体内的加强筋能够起到固定发泡泡沫不脱落的作用)，填充过程中保持帽型壳体底部平整、光滑；
六、将步骤二所得填充有发泡泡沫的帽型壳体底部精确定位(通过拉线、定位工装等方式)于待安装工程件表面，并用树脂预粘接固定于待安装工程件表面；
七、在帽型壳体外表面及周边待安装工程件表面贴合铺设若干层碳纤维布，对于翘曲部分可喷胶固定，再敷设真空袋，通过真空辅助成型工艺将碳纤维布包裹固定于帽型壳体表面，得到碳纤维复合夹芯结构帽型筋。
按上述方案，步骤三所述待安装工程件为船壳。
按上述方案，步骤四待安装工程件表面铺设碳纤维布层数为3～8层。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的碳纤维复合夹芯结构帽型筋适用范围广，对于具有复杂船体型面、变截面也能够保证较高的安装精度(对于数以百计的安装定位孔，本发明能够保证帽型筋上安装定位精度达到±1.5mm，其中组孔间的安装精度更是达到±0.5mm)和表面质量，能够有效提高船体等的力学性能；2、本发明提供的制备方法操作较为简便，制造成本低，制造精度高，重复性好，适于规模化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的帽型壳体的截面示意图；
图2为实施例1所制备的帽型壳体填充发泡泡沫后的截面示意图；
图3为实施例1所制备的碳纤维复合夹芯结构帽型筋的截面示意图；
图4为实施例1所制备的碳纤维复合夹芯结构帽型筋的实物图；
其中：10-帽型壳体；11-帽型壳体内顶部加强筋；12-帽型壳体内侧面中间的加强筋；13-帽型壳体内侧面底部的加强筋；20-聚氨酯发泡泡沫；30-碳纤维布；31-船壳。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其截面结构示意图如图3所示，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋包括帽型壳体10及填充于帽型壳体10的聚氨酯发泡泡沫20，碳纤维复合夹芯结构帽型筋顶部宽度为50mm，高度为70mm，两侧折边宽度为40mm，帽型壳体截面示意图如图1所示，帽型壳体填充发泡泡沫后的截面示意图如图2所示，帽型壳体内顶部设有一根轴向设置的加强筋11，帽型壳体内两侧面每面中间位置设有一根轴向设置的加强筋12，帽型壳体内两侧面每面底部位置设有一根轴向设置的加强筋13，并且帽型壳体10及加强筋(11，12)为3D打印一体成型得到，材质为CREALITY 3D打印紫外光敏树脂，在帽型壳体外表面贴合铺设有5层T700碳纤维布，碳纤维布面积大于帽型壳体外表面，并且完全覆盖住帽型壳体。
上述碳纤维复合夹芯结构帽型筋的成型工艺方法如下：
一、3D打印出带加强筋的帽型壳体：用计算机建立待打印的带加强筋的帽型壳体的三维模型，预先设定帽型壳体及加强筋的位置及尺寸，将三维模型保存为STL数据，通过切片软件对所述三维模型进行切片，使得帽型壳体及加强筋分别被划分为多层切片层，每层切片层厚度为0.1mm，得到SLC数据，再输入3D打印设备中，将3D打印线材(CREALITY 3D打印紫外光敏树脂)装入3D打印设备中作为帽型壳体及加强筋的原料，利用熔融沉积3D打印成型工艺逐层打印所述切片层，直至完成所有切片层的打印，得到帽型壳体及加强筋一体成型结构；
八、对步骤一所得帽型壳体及加强筋一体成型结构进行打磨，然后将帽型壳体内部均匀填充聚氨酯发泡泡沫，填充过程中保持帽型壳体底部平整、光滑；
九、将步骤二所得填充有发泡泡沫的帽型壳体底部通过定位工装的方式精确定位于船壳表面，并用树脂预粘接固定于船壳31表面；
十、在帽型壳体外表面及周边船壳表面贴合铺设5层T700碳纤维布30，碳纤维布完全覆盖住帽型壳体，对于翘曲部分可喷胶固定，再敷设真空袋，通过真空辅助成型工艺将碳纤维布包裹固定于帽型壳体表面，得到碳纤维复合夹芯结构帽型筋。
本实施例制备的碳纤维复合夹芯结构帽型筋实物照片如图4所示。
本实施例的碳纤维复合夹芯结构帽型筋安装精度高，能够保证帽型筋上安装定位精度达到±1.5mm，其中组孔间的安装精度达到±0.5mm，有助于提高船壳的力学性能。
参考《GB/T 1040.2-2006塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的实验条件》、《GB/T 9341-2008塑料弯曲性能的测定》、《GB/T 1041-2008塑料压缩性能的测定》测试本实施例帽型壳体及加强筋一体成型结构的力学性能，测得其抗拉强度为64.8MPa，压缩强度为204MPa，在规定挠度时的弯曲应力为73.1MPa。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋包括帽型壳体及填充于帽型壳体的发泡泡沫，帽型壳体内顶部及两侧面每面设有至少一根轴向设置的加强筋，并且帽型壳体及加强筋为3D打印一体成型得到，在帽型壳体外表面贴合铺设有若干层碳纤维布，碳纤维布面积大于帽型壳体外表面，并且完全覆盖住帽型壳体。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，所述帽型壳体及加强筋材质为光敏树脂。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，所述发泡泡沫材质为聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，所述碳纤维布为T300或T700碳纤维。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，所述碳纤维复合夹芯结构帽型筋顶部宽度为50～70mm，高度为60～100mm，两侧折边宽度为40～60mm。
6.一种权利要求1-5任一所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋的成型工艺方法，其特征在于，具体步骤如下：
一、3D打印出带加强筋的帽型壳体：用计算机建立待打印的带加强筋的帽型壳体的三维模型，预先设定帽型壳体及加强筋的位置及尺寸，将三维模型保存为STL数据，通过切片软件对所述三维模型进行切片，使得帽型壳体及加强筋分别被划分为多层切片层，每层切片层厚度为0.1～0.5mm，得到SLC数据，再输入3D打印设备中，将3D打印线材装入3D打印设备中作为帽型壳体及加强筋的原料，利用熔融沉积3D打印成型工艺逐层打印所述切片层，直至完成所有切片层的打印，得到帽型壳体及加强筋一体成型结构；
二、对步骤一所得帽型壳体及加强筋一体成型结构进行打磨，然后将帽型壳体内部均匀填充发泡泡沫，填充过程中保持帽型壳体底部平整、光滑；
三、将步骤二所得填充有发泡泡沫的帽型壳体底部精确定位于待安装工程件表面，并用树脂预粘接固定于待安装工程件表面；
四、在帽型壳体外表面及周边待安装工程件表面贴合铺设若干层碳纤维布，对于翘曲部分可喷胶固定，再敷设真空袋，通过真空辅助成型工艺将碳纤维布包裹固定于帽型壳体表面，得到碳纤维复合夹芯结构帽型筋。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，步骤三所述待安装工程件为船壳。
8.根据权利要求1所述的碳纤维复合夹芯结构帽型筋，其特征在于，步骤四待安装工程件表面铺设碳纤维布层数为3～8层。
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