RU178071U1 - Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала - Google Patents

Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала Download PDF

Info

Publication number
RU178071U1
RU178071U1 RU2017134167U RU2017134167U RU178071U1 RU 178071 U1 RU178071 U1 RU 178071U1 RU 2017134167 U RU2017134167 U RU 2017134167U RU 2017134167 U RU2017134167 U RU 2017134167U RU 178071 U1 RU178071 U1 RU 178071U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
thread
binder
substrate
supply
Prior art date
Application number
RU2017134167U
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Васильевич Холодников
Иван Александрович Волегжанин
Анна Евгеньевна Волегжанина
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль"
Priority to RU2017134167U priority Critical patent/RU178071U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU178071U1 publication Critical patent/RU178071U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive 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
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Полезная модель направлена на получение готового прочного многослойного армированного изделия сложной формы и объема из композиционного полимерного материала. Устройство содержит горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, установленное над подложкой средство послойной подачи материала, формирующее слой заданной конфигурации, соответствующий форме получаемого изделия, при этом в качестве средства послойной подачи материала устройство содержит средство послойной подачи гибкой армирующей нити, покрытой отверждаемым органическим связующим, оснащенное устройством для направления нити по заданной траектории посредством исполнительного механизма. Кроме того, устройство содержит средство для отверждения связующего, а также ролик для уплотнения нанесенного слоя нити.

Description

Полезная модель относится к устройствам для получения изделий из полимерного материала и может быть использована при изготовлении многослойных армированных изделий сложной формы и объема, таких, например, как лопатка вентилятора, крыло самолета, а также объемные пространственные изделия общего назначения и пр.
Широко известно изготовление слоистых изделий из полимерных материалов способом прессования с помощью пресс-форм, которые по техническим причинам далеко не всегда позволяют получать изделия сложной конфигурации, имеющие внутренние полости, переменные сечения, сложный рельеф поверхности и т.п.
Для того, чтобы изготовить многослойные изделия сложной конфигурации из полимерных, в том числе композиционных армированных материалов, вначале из этих материалов с помощью пресс-форм получают многослойные заготовки, форма которых максимально приближена к форме готового изделия. Так, например, известно устройство для получения многослойной армированной композиционной заготовки, из которой можно изготовить рабочую лопатку вентилятора авиационного двигателя (RU 2419541, публ. 27.05.2011) [1]. Данное устройство содержит две полуформы с рабочими поверхностями, имитирующими или моделирующими внешнюю форму сложного готового изделия. Полуформы имеют геометрические параметры, преимущественно аэродинамически профилированного внутреннего объема. Рабочие поверхности полуформ служат для получения многослойной заготовки путем последовательной выкладки в них монослоев. Каждый монослой раскроен по собственной расчетной форме и выполнен из композиционного материала, содержащего сухую ткань или ленту из стеклянных, органических, углеродных, борных, керамических волокон или препрега. По меньшей мере один из слоев композиционного материала может иметь армирующую составляющую.
Конструкция устройства направлена, в том числе на прецизионно точное расположение слоев в многослойной заготовке, поэтому она фиксирует положение каждого слоя и обеспечивает идентичность выкладки слоев во всех изделиях, в том числе при их промышленном производстве.
Для этого на рабочих поверхностях полуформ выполнены уступы под вкладываемый слой, начиная от уступа под внутренний слой и заканчивая уступом под наружный слой. Высота уступа равна толщине вкладываемого в него монослоя. В некоторых случаях высота уступа может быть равной высоте нескольких монослоев или высоте монослоя другой ткани или ленты, предусмотренной в конструкции лопатки. Целесообразно, чтобы уступы под вкладываемый слой были выполнены фрезерованием.
Каждый из уступов расположен в предназначенном ему месте и имеет геометрическую форму и высоту, идентичную форме и высоте вкладываемого в него слоя. На ограничивающей слой поверхности устройства наносятся риски, по которым должны быть направлены основа ленты или ткани, предусмотренные в конструкции лопатки, а также направление армирующего элемента.
Кроме того, каждая полуформа устройства имеет одинаково расположенные сквозные отверстия. Эти отверстия предназначены для того, чтобы предоставить, при необходимости, возможность прошить выложенные монослои ткани или ленты. Такая необходимость возникает чаще всего для изделий с большим числом (более 100) монослоев или для высоконагруженных изделий, для которых необходимо повысить характеристики межслоевой прочности. По крайней мере, прошивка является одной из технологических операций, обеспечивающих высокую точность выложенного материала в заготовке.
При получении многослойной заготовки предварительно раскроенные с помощью шаблонов слои ленты или ткани последовательно укладывают на отдельные составные части устройства. Монослои, собранные на первой составной части устройства, снимаются и устанавливаются в матрицу пресс-формы. Монослои, собранные на второй составной части устройства, снимаются и устанавливаются сверху установленного в матрице пакета слоев, и закрываются пуансоном пресс-формы. Из полученной в данном устройстве заготовки многослойной композитной армированной заготовки известными способами изготавливают многослойное композитное армированное изделие.
Помимо того, что необходимость применения пресс-форм снижает производительность процесса получения изделий и повышает их стоимость, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства, изготовление многослойной заготовки с помощью данного специального устройства сложной конструкции, обеспечивающего прецизионно точное расположение слоев в заготовке, является причиной для поиска более совершенных устройств, позволяющих непрерывно получать готовые многослойные изделия сложной конфигурации из полимерных, в том числе композиционных армированных материалов.
Такие устройства известны при изготовлении такого рода изделий из порошковых материалов. Так известно устройство для изготовления сложнофасонных трехмерных изделий из порошковых материалов (RU 2025218, публ. 30.12.1994) [2].
Устройство содержит вращающуюся горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, установленное над подложкой средство послойной подачи материала на подложку, выполненное в виде бункера с выходным донным отверстием, и источник концентрированного потока энергии, предназначенный для отверждения и спекания подаваемого на подложку слоя композиционного материала.
Подложку приводят во вращение, одновременно с помощью средства послойной подачи порошкового материала, наносят на подложку слой порошка, который подвергают избирательному спеканию под действием потока энергии с помощью источника концентрированного потока энергии, в частности лазера. Слой подаваемого на подложку порошка формируется в виде кольца, ширина которого зависит от размеров входного отверстия средства послойной подачи порошкового материала. Избирательное спекание осуществляется за счет запрограммированного перемещения потока энергии, что обеспечивает получаемому изделию заданную конфигурацию. Нанесение материала на подложку происходит непрерывно в течение всего технологического цикла изготовления изделия. Непрерывно идет и процесс спекания. При этом по мере подачи и спекания материала, т.е. по мере увеличения высоты получаемого изделия, подложку перемещают вниз, обеспечивая таким объем получаемого изделия заданной конфигурации. В результате данное устройство обеспечивает совмещение во времени операций подачи и спекания материала в процессе изготовления изделия и позволяет без использования пресс-форм непрерывно получать многослойные армированные изделия сложной формы и объема из порошковых материалов.
Задача настоящей полезной модели заключается в разработке конструкции устройства, позволяющего без использования пресс-форм непрерывно получать готовые многослойные армированные изделия сложной формы и объема из композиционного полимерного материала.
Для этого предложено устройство, которое, как и прототип, содержит горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, установленное над подложкой средство послойной подачи материала, формирующее слой заданной конфигурации, соответствующий форме получаемого изделия. Устройство отличается тем, что в качестве средства послойной подачи материала устройство содержит средство послойной подачи гибкой армирующей нити, покрытой отверждаемым органическим связующим, оснащенное устройством для направления нити по заданной траектории посредством исполнительного механизма, при этом устройство содержит средство для отверждения связующего, а также ролик для уплотнения нанесенного слоя нити.
В отличие от прототипа, в котором изготавливаемое изделие получает подачей на подложку порошка из бункера с выходным донным отверстием, при этом каждый слой подаваемого на подложку материала формируется в виде кольца, ширина которого зависит от размеров входного отверстия бункера, а заданную конфигурацию получаемого изделия получают путем избирательного спекания порошкового материала за счет запрограммированного перемещения потока энергии, в заявленном устройстве изделие получают подачей гибкой нити из армирующего материала, покрытой органическим связующим, которое в процессе изготовления изделия отверждают, чем надежно фиксируют нить в требуемом положении, одновременно обеспечивая прочность изготавливаемого изделия. На повышение прочности конечного изделия направлено и использование уплотненного роликом слоя нити, т.к. уплотнение роликом устраняет полости в нанесенном слое и уплотняет получаемый композиционный слой. При этом форму изделия получают посредством исполнительного механизма направляющего устройства, обеспечивающего нити заданную траекторию движения. По мере слоевой подачи нити и полимеризации связующего, т.е. по мере увеличения высоты получаемого изделия, подложку перемещают вниз, обеспечивая таким объем получаемого изделия заданной конфигурации.
Новый технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в получении готового прочного многослойного армированного изделия сложной формы и объема из композиционного полимерного материала.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 изображено заявленное устройство, в котором армирующая нить покрывается отверждающим связующим, подаваемым на подложку и каждый предшествующий слой нити; на фиг. 2 - устройство, в котором армирующая нить покрывается отверждающим связующим, подаваемым в направляющее устройство.
Устройство для получения многослойных армированных изделий из композиционного материала содержит горизонтальную подложку в виде монтажного стола 1, установленного с возможностью вертикального перемещения. Над столом установлено средство послойной подачи гибкой армирующей нити 2, в качестве которой может быть использована прочная нить из натурального или искусственного волокна, стеклонить, углеродная или арамидная нить или нить из любого другого материала, например, тонкая проволока из пластичного металла. Средство послойной подачи содержит катушку 3, на которую намотана нить 2, покрытая отверждаемым связующим, но может быть выполнено иным образом. При этом средство послойной подачи оснащено устройством 4 для направления нити по заданной траектории (направляющее устройство) посредством исполнительного механизма 5. Заявленное устройство содержит ролик 6 для уплотнения нанесенного слоя нити, а также средство для отверждения связующего 7, которым покрыта нить 2.
Органическое связующее, которым покрыта нить 2, отверждают в процессе изготовления изделия, при этом для обеспечения надежности фиксации нити в требуемом положении и повышения прочности изготавливаемого изделия необходимо, чтобы органическое связующее обладало определенной вязкостью, которую можно регулировать введением наполнителя, например аэросила или мелкодисперсного кварца. В качестве средства для отверждения связующего можно использовать источник света, тепла, ультрафиолетового излучения и другие источники концентрированного потока энергии. В этом случае средство для отверждения связующего 7 может быть расположено на одной платформе с исполнительным механизмом, направляющем нить по заданной траектории. В качестве средства для отверждения связующего может использоваться также компаунд, содержащий отверждаемую смолу холодного отверждения, полимеризация которой происходит при комнатной температуре.
При необходимости возможно использование сочетания разных по структуре нитей, например стеклянной и углеродной, или натуральной + стеклянной + углеродной и т.д. Кроме того, можно предусмотреть установку чоппера (не показан), предназначенного для резки армирующей нити, например при резком изменении направления движения направляющего устройства 4, или при нанесении параллельных, перпендикулярных или пересекающихся слоев нити 2 на поверхность стола 1, а также при завершении работы по формированию изделия и т.п.
Для отверждения смолы холодного отверждения, находящейся в компаунде, устройство содержит также емкость для связующего 8 и насос 9 для его подачи в зону направляющего устройства (фиг. 2).
Гибкую нить 2, покрытую органическим связующим, с катушки 3 через направляющее устройство 4 подают на стол 1, к которому ее прижимают роликом 6, что устраняет полости и уплотняет композитный слой. Связующее, покрывающее нить, отверждают направленным на нее химическим, тепловым или ультрафиолетовым воздействием, задавая траекторию движения нити исполнительным механизмом направляющего устройства. Команду на исполнительный механизм направляющего устройства 2 выдает компьютер. После нанесения одного слоя нити 2, стол 1 опускают вниз на расстояние, равное толщине нанесенного слоя, и процесс повторяется до формирования готового изделия полного, заданного компьютером, профиля. Таким образом, заявленное устройство позволяет без использования пресс-форм непрерывно получать прочные готовые многослойные армированные изделия сложной формы и объема из композиционного полимерного материала.

Claims (1)

  1. Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала, содержащее горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, установленное над подложкой средство послойной подачи материала, формирующее слой заданной конфигурации, соответствующий форме получаемого изделия, отличающееся тем, что в качестве средства послойной подачи материала устройство содержит средство послойной подачи гибкой армирующей нити, покрытой отверждаемым органическим связующим, оснащенное устройством для направления нити по заданной траектории посредством исполнительного механизма, при этом устройство содержит средство для отверждения связующего, а также ролик для уплотнения нанесенного слоя нити.
RU2017134167U 2017-10-02 2017-10-02 Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала RU178071U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017134167U RU178071U1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017134167U RU178071U1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178071U1 true RU178071U1 (ru) 2018-03-22

Family

ID=61703763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017134167U RU178071U1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178071U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776061C2 (ru) * 2020-12-11 2022-07-13 Общество с ограниченной ответственностью "СТЕРЕОТЕК" Способ изготовления изделий, армированных непрерывным волокном, с помощью аддитивных технологий и печатающая головка 3D-принтера для его осуществления

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025218C1 (ru) * 1992-09-28 1994-12-30 Николай Константинович Толочко Устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов
RU2412813C1 (ru) * 2009-08-28 2011-02-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Бийский Завод Стеклопластиков" Установка для непрерывного изготовления стержня из композиционного материала
RU2419541C1 (ru) * 2009-10-13 2011-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Устройство для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий
WO2015164954A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Magna International Inc. Apparatus and process for forming three-dimensional objects
WO2016011252A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025218C1 (ru) * 1992-09-28 1994-12-30 Николай Константинович Толочко Устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов
RU2412813C1 (ru) * 2009-08-28 2011-02-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Бийский Завод Стеклопластиков" Установка для непрерывного изготовления стержня из композиционного материала
RU2419541C1 (ru) * 2009-10-13 2011-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Устройство для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий
WO2015164954A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Magna International Inc. Apparatus and process for forming three-dimensional objects
WO2016011252A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776061C2 (ru) * 2020-12-11 2022-07-13 Общество с ограниченной ответственностью "СТЕРЕОТЕК" Способ изготовления изделий, армированных непрерывным волокном, с помощью аддитивных технологий и печатающая головка 3D-принтера для его осуществления
RU2807685C1 (ru) * 2023-06-16 2023-11-21 Игорь Николаевич Костусев Способ изготовления изделия с использованием аддитивно-компаундной технологии

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106255584B (zh) 用于形成三维物体的装置及方法
US20210162732A1 (en) Apparatus and methods for fabricating components
US10065361B2 (en) Apparatus and method for printing long composite thermoplastic parts on a dual gantry machine during additive manufacturing
CN109906136B (zh) 用于控制增材制造的系统和方法
Frketic et al. Automated manufacturing and processing of fiber-reinforced polymer (FRP) composites: An additive review of contemporary and modern techniques for advanced materials manufacturing
US20160303798A1 (en) Method and device for manufacturing of three dimensional objects utilizing direct plasma arc
Lunetto et al. Sustainability in the manufacturing of composite materials: A literature review and directions for future research
CN105829046A (zh) 被覆纤维增强树脂成型品及其制造方法
CN106862570A (zh) 一种多喷头协同控制金属粉末3d成型方法
JP6683809B2 (ja) 物体を付加的に製造する方法及び設備
CN106182772B (zh) 多种材料快速原型成型装置及方法
RU2013112546A (ru) Способ изготовления плоской заготовки из препрега
US10889058B2 (en) Apparatus and methods for additive manufacturing at ambient temperature
Novakova-Marcincinova et al. Applications of rapid prototyping fused deposition modeling materials
JP2018149805A (ja) 3d形状に成形するためのレイアップ特異部を有するフラットな複合材
RU178071U1 (ru) Устройство для изготовления многослойных армированных изделий из композиционного материала
Pandey Rapid prototyping technologies, applications and part deposition planning
US20210178680A1 (en) Moveable Molding Assembly for Use with Additive Manufacturing
US8075719B2 (en) Manufacture of complex composite parts
RU2419541C1 (ru) Устройство для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий
JP7312609B2 (ja) 圧縮式マッチドダイ装置
Wygoda et al. EFFECTIVE MANAGEMENT OF KEY VARIABLES IN THE 3D PRINTING PROCESS OF PULLEY-WHEEL.
Prashar et al. Review of Rapid Prototyping Methodologies and Future Scope
GR20170200139U (el) Συσκευη κατασκευης τρισδιαστατων αντικειμενων