CN208697972U - 一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，包括机器手及固定在机器手上的视觉定位系统；所述视觉定位系统下方设置有负压吸盘，负压吸盘底部设置有多轴加工中心；所述多轴加工中心在水平面沿X、Y、Z轴方向上往复移动，所述多轴加工中心上设置有用于放置样品的试样台；所述试样台正上方设置真空吸嘴，真空吸嘴位于负压吸盘底部，真空吸嘴上方通过密封管路与真空泵相连；装置通过多轴加工中心协调工作，结合视觉定位系统，可实现高精度地将样品贴装于试样台上准确的位置；且真空吸嘴可实现高真空。所以适于各种大小、形状的样品；结构合理，操作简单。
Description
技术领域
本实用新型属于涉及复合材料制备装置技术领域，尤其涉及一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置。
背景技术
增材制造是采用材料逐层累加的方法制造实体零件。在传统的工艺中，复杂部件常常是通过组装单个简单零件来形成的，这可能导致在材料接缝处发生早期结构失效。而增材制造技术可以直接制造复杂形状物件，不需要模具和众多复杂机加工工序，而且不需要把多个单一零件组合成整个复杂部件。增材制造工艺中，材料被准确放置在所需部位。剩余的材料通常可被立即回收复用以减少浪费。所有这些特点使得增材制造技术成为材料研发及生产中的诱人选择。
单纯的热塑性树脂具有加热变软、冷却固化的工艺特性，易于采用增材制造工艺来制备原型件或小批量成品件。目前市场上常见的热塑性增材制造工艺包括：熔融沉积成型FDM、选区激光烧结SLS等。常用的增材制造用热塑性材料包括ABS，PLA，PA， PC， PEI，PEEK等，其形态多为丝状或粉状以分别配合FDM和SLS工艺要求。 但受增材制造方法及所用原材料的限制，制备出来的部件力学性能普遍较低，不能满足工业应用对高性能部件的要求。
现有的纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置自动化程度不高，不能满足多轴运动对增强热塑性样品的抓取，不能满足实现多个部件的熔接装配。
针对以上问题，故，有必要对其进行改进。
实用新型内容
本实用新型是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置。
为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，包括机器手及固定在机器手上的视觉定位系统；所述视觉定位系统下方设置有负压吸盘，负压吸盘底部设置有多轴加工中心；所述多轴加工中心在水平面沿X、Y、Z轴方向上往复移动，所述多轴加工中心上设置有用于放置样品的试样台；所述试样台正上方设置真空吸嘴，真空吸嘴位于负压吸盘底部，真空吸嘴上方通过密封管路与真空泵相连。
作为本实用新型的一种优选方案，所述机器手上电连接计算机，计算机用于接收所述视觉定位系统所发出的信息，与机器手配合对样品抓取。
作为本实用新型的一种优选方案，所述计算机与真空泵相连，用于控制真空泵的吸收压力。
作为本实用新型的一种优选方案，还包括有IR加热板，该IR加热板通过机器手抓取，用于对样品表面进行加热。
作为本实用新型的一种优选方案，所述真空吸嘴将样品吸附于吸嘴表面，真空吸嘴真空度不小于500mmHg。
作为本实用新型的一种优选方案，所述真空吸嘴内部装有压力传感器，在释放样品的同时施加反向作用力，实现样品的软着陆。
作为本实用新型的一种优选方案，所述机器手固设于工作台上，工作台可下降、上升或旋转等方式运动。
本实用新型的有益效果是：
1.通过设置视觉定位系统、计算机准确检测出样品的准备位置，方便负压吸盘吸取样品，消除了人工检查的不确定性及疏忽导致的错误，使生产效率大大提高；
2.装置通过多轴加工中心协调工作，结合视觉定位系统，可实现高精度地将样品贴装于试样台上准确的位置；且真空吸嘴可实现高真空。所以适于各种大小、形状的样品；结构合理，操作简单。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图中附图标记：机器手1，视觉定位系统2，多轴加工中心3，密封管路4，真空泵5，负压吸盘6，试样台7，真空吸嘴8，计算机9，IR加热板10，样品N，工作台12。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例作详细说明。
实施例：如图1所示，一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，包括机器手1及固定在机器手1上的视觉定位系统2；所述视觉定位系统2下方设置有负压吸盘6，负压吸盘6底部设置有多轴加工中心3；所述多轴加工中心3在水平面沿X、Y、Z轴方向上往复移动，所述多轴加工中心3上设置有用于放置样品N的试样台7；所述试样台7正上方设置真空吸嘴8，真空吸嘴8位于负压吸盘6底部，真空吸嘴8上方通过密封管路4与真空泵5相连；装置通过多轴加工中心协调工作，结合视觉定位系统，可实现高精度地将样品贴装于试样台上准确的位置；且真空吸嘴可实现高真空。所以适于各种大小、形状的样品；结构合理，操作简单。
机器手1上电连接计算机9，计算机9用于接收所述视觉定位系统2所发出的信息，与机器手1配合对样品抓取；通过设置视觉定位系统2、计算机9准确检测出样品的准备位置，方便负压吸盘吸取样品，消除了人工检查的不确定性及疏忽导致的错误，使生产效率大大提高；同时，设置视觉定位系统2可观察多轴加工中心3在水平面沿X、Y、Z轴的移动过程，对样品N和试样台7进行精确定位。
计算机9与真空泵5相连，用于控制真空泵5的吸收压力，通过打开真空泵5，真空吸嘴8可将样品N吸附于真空吸嘴8表面，真空吸嘴8真空度不小于 500mmHg，可保证拾起不同尺寸和形状的样品N；真空吸嘴8为聚胺脂橡胶材质，可减小拾取和施压过程中对样品N表面的冲击力和磨损，且真空吸嘴8内部装有压力传感器，可在释放元器件的同时施加反向作用力，实现样品N的软着陆。
本实施例采用IR加热板10，该IR加热板10通过机器手1抓取，用于对样品表面进行加热，该IR加热板放10置于工作台12附近，机器手1可抓取的范围内；
采用IR加热板10加热，使得加热温度均一性更佳，加热时间不收其他器皿的平面影响。
本实施例的工作原理：1）.利用工业机器人识别实体样品N的物体特征，2）.通过视觉定位系统2预设样品N的定位基点，3）.机器手1将该实体样品N抓取并放置于试样台7上对应位置，4）.对该样品用IR加热板10，红外线或火焰、激光等方式加热，使样品N表面温度高于热塑性材料熔点，5）重复上述步骤1-4，将N+1层实体样品抓取定位，表面加热熔化后，放置于第N层实体样品上，6）采用热压或热等静压等方式在N+1样品表面施加压力并保持适宜时间，以保证N层与N+1层之间的完全致密熔。
本实施例的实施实施方式为:
1.利用工业机器人识别实体样品N的物理特征，并将该样品N抓取放置；这里对样品N的识别及准确定位包含了采用基于机器视觉的定位系统，或者基于光电传感器的局部定位系统等；机器手1将该实体样品N抓取并放置于试样台7上对应位置；该处所述试样台7可以是水平放置的固定金属或非金属平台，也可以是XYZ三轴运动平台，或者是可进一步围绕XYZ轴转动的多轴加工中心3；多轴运动平台或多轴加工中心3能赋予此快速增材制造方法更大的加工灵活性，并使得多方向纤维材料增强或局部补强成为可能。
2.对该样品N加热，使其表面温度高于热塑性材料熔点；包含了采用红外线热源无接触式加热，或者采用热空气加热，或热传导接触式加热，或火焰加热、激光辐照和感应式加热等方法；各种方法的选择依赖于所要制造的高性能热塑性复合材料的基材，以及增强纤维的不同。
3.将N+1层实体样品抓取定位，表面加热熔化后放置于第N层实体样品；工作台12此时可以采用下降、上升或旋转等方式，以更好配合N+1层实体样品的放置及随后熔接；或也可以采用固定工作台12，由机器手1对样品第N层的位置状态进行测量，提取跟踪特征，通过计算机9求解得到机器人下一位姿，最后控制末端执行机构，调整位姿及下一步动作。
4.在N+1样品表面施加压力并保持，以保证各层间完全致密熔接；施加压力的方法可以但不仅局限于采用平板热压，也可采用辊压、气压、多点按压、通过橡胶气囊热等静压等方式。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：机器手1，视觉定位系统2，多轴加工中心3，密封管路4，真空泵5，负压吸盘6，试样台7，真空吸嘴8，计算机9，IR加热板10，样品N，工作台12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (7)
1.一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：包括机器手（1）及固定在机器手（1）上的视觉定位系统（2）；所述视觉定位系统（2）下方设置有负压吸盘（6），负压吸盘（6）底部设置有多轴加工中心（3）；所述多轴加工中心（3）在水平面沿X、Y、Z轴方向上往复移动，所述多轴加工中心（3）上设置有用于放置样品（N）的试样台（7）；所述试样台（7）正上方设置真空吸嘴（8），真空吸嘴（8）位于负压吸盘（6）底部，真空吸嘴（8）上方通过密封管路（4）与真空泵（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：所述机器手（1）上电连接计算机（9），计算机（9）用于接收所述视觉定位系统（2）所发出的信息，与机器手（1）配合对样品抓取。
3.根据权利要求2所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：所述计算机（9）与真空泵（5）相连，用于控制真空泵（5）的吸收压力。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：还包括有IR加热板（10），该IR加热板（10）通过机器手（1）抓取，用于对样品表面进行加热。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：所述真空吸嘴（8）将样品吸附于吸嘴表面，真空吸嘴（8）真空度不小于500mmHg。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：所述真空吸嘴（8）内部装有压力传感器，在释放样品（N）的同时施加反向作用力，实现样品的软着陆。
7.根据权利要求5所述的一种纤维增强高性能热塑性复合材料的制备装置，其特征在于：所述机器手（1）固设于工作台（12）上，工作台可下降、上升或旋转等方式运动。
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| WO2021112097A1 (ja) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | フドー株式会社 | 繊維強化樹脂物の製造方法 |
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