RU2738650C1 - Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass - Google Patents

Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass Download PDF

Info

Publication number
RU2738650C1
RU2738650C1 RU2020115946A RU2020115946A RU2738650C1 RU 2738650 C1 RU2738650 C1 RU 2738650C1 RU 2020115946 A RU2020115946 A RU 2020115946A RU 2020115946 A RU2020115946 A RU 2020115946A RU 2738650 C1 RU2738650 C1 RU 2738650C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermoplastic
mold
preform
continuous fiber
composite material
Prior art date
Application number
RU2020115946A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Игоревич Безукладников
Дмитрий Николаевич Трушников
Александр Андреевич Осколков
Евгений Владимирович Матвеев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Ф2 ИННОВАЦИИ"(ООО "Ф2 ИННОВАЦИИ")
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 "Ф2 ИННОВАЦИИ"(ООО "Ф2 ИННОВАЦИИ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Ф2 ИННОВАЦИИ"(ООО "Ф2 ИННОВАЦИИ")
Priority to RU2020115946A priority Critical patent/RU2738650C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738650C1 publication Critical patent/RU2738650C1/en

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
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • 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

Abstract

FIELD: foundry.
SUBSTANCE: invention relates to foundry. Method of moulding thermoplastic articles comprises preset arrangement, density and orientation of continuous fibre inside casting, wherein the continuous fibre frame and the thermoplastic preform are pre-synthesized by an additive method so that they form an integral whole. Surfaces and edges of the preforms serve as a fastener or a supporting element when the synthesized article is fixed in the working volume of the mould prior to the beginning of the moulding process. Then the entire working volume of the mould is filled with liquid thermoplastic or composite material injected into the mould. Thermoplastic material of the preform is combined with the matrix material of the thermoplastic composition or with a thermoplastic or composite material used in injection moulding. Besides, during moulding thermoplastic preform is sintered or completely alloyed with thermoplastic or composite material.
EFFECT: technical result is prevention of frame displacement during injection moulding by injection method.
1 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а точнее к литью пластмасс под давлением инжекционным методом. Данный метод формования пластмасс заключается в инжекции под давлением внутрь рабочего объема, формируемого стянутыми частями пресс-формы, жидкого полимерного материала, который заполняет весь рабочий объём, а после отвердевает, образует отливку и извлекается из машины.The invention relates to the field of foundry, and more precisely to injection molding of plastics. This method of molding plastics consists in injection under pressure into the working volume formed by the tightened parts of the mold, a liquid polymer material that fills the entire working volume, and then hardens, forms a casting and is removed from the machine.

Сырьё, представляющее собой полимерный материал загружается в бункер инжекционно-литьевой машины. При этом полимерный материал может быть представлен как в виде гранул термопластов, так и в виде термореактивных порошков или термоэластопластов. The raw material, which is a polymer material, is loaded into the hopper of the injection molding machine. In this case, the polymer material can be presented both in the form of thermoplastic granules and in the form of thermosetting powders or thermoplastic elastomers.

Сырьё поступает из бункера в нагреваемую зону, через которую транспортируется к литнику. Нагрев осуществляется до температуры, необходимой для плавления полимерного материала. Таким образом, в процессе транспортировки полимерный материал плавится и гомогенизируется.The raw material comes from the hopper to the heated zone, through which it is transported to the gate. Heating is carried out to the temperature required to melt the polymer material. Thus, during transportation, the polymer material melts and homogenizes.

По мере накопления требуемого объёма жидкого полимерного материала последний впрыскивается под высоким давлением (100-200 МПа) через литник в рабочий объём, заполняя его. As the required volume of liquid polymer material accumulates, the latter is injected under high pressure (100-200 MPa) through the gate into the working volume, filling it.

Заполнивший рабочий объём жидкий полимерный материал удерживается в нём какое-то время под давлением и отвердевает. Остывание материала происходит за счёт теплообмена с охлаждаемой пресс-формой.The liquid polymer material that has filled the working volume is held in it for some time under pressure and hardens. The material is cooled down by heat exchange with the cooled mold.

В результате образуется отливка, которая извлекается из рабочего объёма после размыкания пресс-формы.As a result, a casting is formed, which is removed from the working volume after opening the mold.

Для повышения прочностных характеристик отливки в качестве сырья могут использовать полимерные материалы, наполненные абразивами или короткими волокнами. Широкое распространение получили различные методы формования с использованием композиций на основе непрерывного волокна.To increase the strength characteristics of the castings, polymer materials filled with abrasives or short fibers can be used as raw materials. Various spinning techniques using continuous fiber composites have become widespread.

Из современного уровня техники известен способ формования изделий, усиленных рубленным волокном с помощью инжекции материала под давлением. Такой способ формования изделий описан в патентах US20080226892A1, опубл.18.09.2008. - "Fiber-filled molded articles" и US6558603B2 опубл.06.05.2003. - "Method of and apparatus for producing injection molded parts reinforced with long fibers".The state of the art discloses a method of forming chopped fiber-reinforced articles by means of injection of material under pressure. This method of molding products is described in patents US20080226892A1, publ. 18.09.2008. - "Fiber-filled molded articles" and US6558603B2 publ. 06.05.2003. - "Method of and apparatus for producing injection molded parts reinforced with long fibers".

Данный способ отличается тем, что в пресс-форму впрыскивается жидкий полимерный материал, содержащий в себе рубленное волокно. Рубленное волокно может добавляться в жидкий полимерный материал через дополнительный бункер в шнековой зоне. В другом случае в бункер инжекционно-литьевой машины загружается сырьё, наполненное рубленным волокном.This method is characterized in that a liquid polymeric material containing chopped fiber is injected into the mold. Chopped fiber can be added to the liquid polymer material through an additional hopper in the auger zone. In another case, raw material filled with chopped fiber is loaded into the hopper of the injection molding machine.

Недостатком такого способа являются более низкие механические свойства отливок по сравнению с методами, где для усиления конструкции используются каркасы на основе непрерывного волокна. The disadvantage of this method is the lower mechanical properties of castings in comparison with methods where frames based on continuous fibers are used to strengthen the structure.

Кроме того, недостатком такого способа является то, что распределение волокна в объёме изделия является случайным и неравномерным. Не представлена возможность целенаправленного усиления отдельных узлов изделия. In addition, the disadvantage of this method is that the distribution of fiber in the volume of the product is random and uneven. The possibility of purposeful strengthening of individual units of the product is not presented.

Известен также способ формования изделий, усиленных решёткой или листами из непрерывного волокна с помощью инжекции материала под давлением. Данный метод называется RTM (resin transfer moulding) и описан в патентах US4891176, опубл. 02.01.1990. - "Resin transfer molding process" и US5464337, опубл. 07.11.1995. - "Resin transfer molding system".There is also known a method of molding articles reinforced with a grating or sheets of continuous fiber by means of injection of material under pressure. This method is called RTM (resin transfer molding) and is described in patents US4891176, publ. 02.01.1990. - "Resin transfer molding process" and US5464337, publ. 11/07/1995. - "Resin transfer molding system".

Данный способ отличается тем, что на первом этапе подготавливается сухой армирующий наполнитель, представляющий из себя решётку или лист из непрерывного волокна, например, стеклоткань. Армирующий материал укладывается между матрицей и пуансоном, которые жёстко стягиваются между собой и придают листу (листам) необходимую форму. Необходимая форма может придаваться армирующему материалу до помещения в пресс-форму. Затем в закрытую пресс-форму под давлением и с заданной температурой инжектируется полиэфирная смола, выступающая в роли связующей матрицы. Процесс пропитки идёт до тех пор, пока связующее не заполнит пресс-форму. После отверждения готовое изделие извлекается из пресс-формы.This method differs in that at the first stage a dry reinforcing filler is prepared, which is a lattice or sheet of continuous fiber, for example, glass cloth. The reinforcing material is laid between the matrix and the punch, which are rigidly pulled together and give the sheet (s) the required shape. The required shape can be given to the reinforcing material before being placed in the mold. Then, a polyester resin is injected into the closed mold under pressure and at a predetermined temperature, which acts as a binder matrix. The impregnation process continues until the binder fills the mold. After curing, the finished product is removed from the mold.

Недостатком такого способа является ограниченность форм и размеров изделия ввиду использования листовых армирующих материалов.The disadvantage of this method is the limited shape and size of the product due to the use of sheet reinforcing materials.

Кроме того, недостатками такого способа являются сложность и многоступенчатость его реализации, высокая длительность процесса, необходимость в специальном связующем материале, необходимость в дополнительной механической обработке поверхности.In addition, the disadvantages of this method are the complexity and multistage of its implementation, the high duration of the process, the need for a special binding material, the need for additional mechanical surface treatment.

Кроме того, недостатком такого способа является невозможность целенаправленного задания плотности и ориентации армирующих волокон в отдельных узлах готового изделия. In addition, the disadvantage of this method is the impossibility of purposefully setting the density and orientation of the reinforcing fibers in individual nodes of the finished product.

Известен также способ формования изделий, усиленных решёткой или листами из непрерывного волокна с помощью прессования. Данный метод известен из патента US20100239856A1, опубл. 23.10.2010. - "Continuous fiber reinforced thermoplastic parts with in-situ molded features".There is also known a method of forming articles reinforced with a lattice or sheets of continuous fibers by pressing. This method is known from patent US20100239856A1, publ. 23.10.2010. - "Continuous fiber reinforced thermoplastic parts with in-situ molded features".

Данный способ отличается тем, что на первом этапе подготавливается термопластичный композиционный материал, представляющий из себя решётку или лист из непрерывного волокна с термопластичной матрицей. Композиционный материал укладывается в пресс-форму. С помощью пуансона, который жёстко стягивается с формообразующей частью, к композиционному материалу прикладывается высокое давление. Одновременно с этим происходит нагрев материала. Таким образом, с помощью температурного воздействия и прикладываемого давления отливке придаётся необходимая форма. После отверждения готовое изделие извлекается из пресс-формы.This method differs in that at the first stage a thermoplastic composite material is prepared, which is a lattice or sheet of continuous fiber with a thermoplastic matrix. The composite material is placed in the mold. With the help of a punch, which is rigidly pulled together with the forming part, high pressure is applied to the composite material. At the same time, the material is heated. Thus, with the help of the temperature effect and the applied pressure, the casting is given the required shape. After curing, the finished product is removed from the mold.

Недостатком такого способа является ограниченность форм и размеров изделия ввиду использования листовых композиционных материалов.The disadvantage of this method is the limited shape and size of the product due to the use of sheet composite materials.

Кроме того, недостатком такого способа является необходимость в дополнительной механической обработке готового изделия.In addition, the disadvantage of this method is the need for additional machining of the finished product.

Кроме того, недостатком такого способа является невозможность задания ориентации и плотности армирующих волокон в отдельных узлах готового изделия.In addition, the disadvantage of this method is the impossibility of setting the orientation and density of the reinforcing fibers in separate nodes of the finished product.

Известен также способ формования изделий, усиленных каркасом из непрерывного волокна с помощью прессования. Данный метод известен из патента US20180345605A1, опубл. 6.11.2018. - "Aligned fiber reinforced molding".There is also known a method of forming articles reinforced with a continuous fiber frame by pressing. This method is known from patent US20180345605A1, publ. 6.11.2018. - "Aligned fiber reinforced molding".

Данный способ отличается тем, что каркас из непрерывного волокна формируется до процесса формования в виде жёстких элементов заданной формы. Каркас, таким образом, может состоять как из множества отдельных элементов, так и из одного элемента. Данные элементы формируются из термопластичных композиций на основе непрерывного волокна, полученных, например, методом пултрузии. Полученная заранее жёсткая нить термопластичной композиции, нагревается до температуры стеклования и подвергается гибке. Элементы заданной формы, полученные таким методом, в количестве одного или нескольких штук устанавливаются в пресс-форму. После этого осуществляется формование изделия методом прессования при заданной температуре. Далее отливка с каркасом из непрерывного волокна извлекается из пресс-формы.This method differs in that the continuous fiber carcass is formed before the forming process in the form of rigid elements of a given shape. The frame, therefore, can consist of a plurality of individual elements, and of one element. These elements are formed from continuous fiber-based thermoplastic compositions obtained, for example, by pultrusion. The previously obtained rigid thread of the thermoplastic composition is heated to the glass transition temperature and is bent. Elements of a given shape, obtained by this method, in the amount of one or several pieces are installed in a mold. After that, the product is molded by pressing at a given temperature. The casting with the continuous fiber skeleton is then removed from the mold.

Недостатком данного способа является то, что возможности по закреплению элементов каркаса ограничены, а поддерживающие элементы из термопласта изготавливаются отдельно. Отсутствие связи между поддерживающими элементами и элементами каркаса не обеспечивает надёжного закрепления последних. В результате расположение каркаса в конкретном сегменте изделия представляется затруднительным, а также возможно смещение элементов каркаса в процессе формования.The disadvantage of this method is that the possibilities for fixing the frame elements are limited, and the supporting elements made of thermoplastic are manufactured separately. The lack of connection between the supporting elements and the frame elements does not ensure reliable fastening of the latter. As a result, the arrangement of the framework in a specific segment of the product is difficult, and it is also possible for the elements of the framework to be displaced during the molding process.

Кроме того, недостатком такого способа является узкая вариативность формы каркаса из непрерывного волокна, ограниченная возможностями гибки заранее подготовленной жёсткой нити термопластичной композиции.In addition, the disadvantage of this method is the narrow variation in the shape of the continuous fiber carcass, limited by the possibilities of bending the previously prepared rigid filament of the thermoplastic composition.

Кроме того, недостатком такого способа является использование в качестве материала каркаса заранее подготовленной однородной жёсткой нити термопластичной композиции, что не позволяет в полной мере задавать плотность и ориентацию непрерывных волокон в отдельных узлах отливки.In addition, the disadvantage of this method is the use of a previously prepared homogeneous rigid thread of a thermoplastic composition as a frame material, which does not allow to fully set the density and orientation of continuous fibers in individual casting nodes.

Кроме того, недостатком такого способа является раздельное производство каркаса и поддерживающего элемента, что значительно ограничивает возможности их сопряжения между собой, что приводит к сужению возможностей закрепления каркаса внутри пресс-формы.In addition, the disadvantage of this method is the separate production of the frame and the supporting element, which significantly limits the possibilities of their pairing with each other, which leads to a narrowing of the possibilities of fixing the frame inside the mold.

Кроме того, недостатком такого способа являются сложность и многоступенчатость его реализации.In addition, the disadvantage of this method is the complexity and multi-stage implementation.

Известен также способ формования изделий, усиленных непрерывным волокном с помощью инжекции материала под давлением или прессованием. Данный метод известен из патента US8617336, опубл. 31.11.2013. - "Method for molding continuous fiber prepreg part". There is also known a method of molding products reinforced with continuous fiber by means of material injection under pressure or pressing. This method is known from patent US8617336, publ. 11/31/2013. - "Method for molding continuous fiber prepreg part".

Данный способ отличается тем, что для усиления формованного изделия используются ленты из непрерывного волокна и термопластичной матрицы, которые наматывают вокруг множества стержней. С помощью стержней волокно натягивают, а затем фиксируют с помощью зажимных приспособлений и ультразвуковой сварки. Далее полученную заготовку помещают в пресс-форму. Методом прессования или инжекции материала под давлением осуществляется этап формования.This method is characterized in that continuous fiber and thermoplastic matrix strips are used to reinforce the molded article and are wound around a plurality of rods. The rods are used to stretch the fiber and then fix it with clamping devices and ultrasonic welding. Next, the resulting blank is placed in a mold. The molding step is carried out by pressing or injection of material under pressure.

Недостатком такого способа является узкая вариативность формы каркаса из непрерывного волокна, ограниченная необходимостью намотки ленты на стержни.The disadvantage of this method is the narrow variation in the shape of the continuous fiber carcass, limited by the need to wind the tape on the rods.

Кроме того, недостатком такого способа является то, что после скрепления и сваривания лент у них сохраняется подвижность, что оказывает негативное воздействие на механические свойства отливки. В целом сохраняется подвижность всей конструкции внутри пресс-формы.In addition, the disadvantage of this method is that after bonding and welding of the strips, they retain their mobility, which has a negative effect on the mechanical properties of the casting. In general, the mobility of the entire structure is maintained within the mold.

Кроме того, недостатком такого способа является то, что возможность задания ориентации и плотности непрерывных волокон в отдельных узлах готового изделия ограничена особенностями процесса намотки.In addition, the disadvantage of this method is that the ability to set the orientation and density of continuous fibers in individual nodes of the finished product is limited by the features of the winding process.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ формования изделий из термопластов, усиленных каркасом из непрерывного волокна с помощью заливки при нормальном давлении, прессовки или инжекции под высоким давлением. При этом каркас из непрерывного волокна изготавливается аддитивным методом. Такой способ формования изделий из термопластов, усиленных каркасом из непрерывного волокна известен из патента WO2017123726A1, опубл.20.07.2017. - "Embedding 3d printed fiber reinforcement in molded articles".The closest analogue to the claimed invention is a method of molding articles from thermoplastics reinforced with a continuous fiber carcass by means of casting at normal pressure, pressing or injection under high pressure. In this case, a continuous fiber frame is made by an additive method. Such a method for forming articles from thermoplastics reinforced with a continuous fiber frame is known from patent WO2017123726A1, publ. 20.07.2017. - "Embedding 3d printed fiber reinforcement in molded articles".

Данный способ отличается тем, что каркас из непрерывного волокна изготавливается на 3D-принтере. Печать осуществляется с использованием термопластичной композиции на основе непрерывного волокна. После завершения процесса печати деталь из композиционного материала помещают в пресс-форму. В пресс-форме могут также размещаться несколько таких деталей, объединённых заранее. После этого в пресс-форму подаётся жидкий полимерный материал. При этом полимерный материал может быть наполнен короткими волокнами, либо в пресс-форме вместе с деталью из композиционного материала могут размещаться дополнительные композиционные листы. Процесс формования может быть осуществлён путём прессования или инжекции под давлением, либо литьём при нормальном давлении. При этом деталь из непрерывного волокна может размещаться в пресс-форме на полимерной заготовке, изготавливающейся отдельно и представляющей собой отдельную деталь, выполняющую роль крепежа или поддерживающего элемента. This method differs in that the continuous fiber frame is made on a 3D printer. Printing is carried out using a continuous fiber-based thermoplastic composition. After the printing process is completed, the composite material part is placed in a mold. The mold can also contain several of these parts, combined in advance. After that, the liquid polymer material is fed into the mold. In this case, the polymer material can be filled with short fibers, or additional composite sheets can be placed in the mold together with the part made of the composite material. The molding process can be carried out by pressing or injection under pressure, or casting at normal pressure. In this case, a piece of continuous fiber can be placed in a mold on a polymer blank, which is manufactured separately and is a separate piece that acts as a fastener or a supporting element.

Недостатком данного способа является то, что отсутствие связи между каркасом из непрерывного волокна и поддерживающими элементами не позволяет обеспечить жёсткого и надёжного закрепления каркаса из непрерывного волокна во время процесса формования. Это может привести к смещению каркаса во время процесса формования вне зависимости от того при нормальном давлении осуществляется формование или при высоком. Возможность смещения каркаса не только снижает повторяемость данной технологии, но также негативно сказывается на механических свойствах изделия.The disadvantage of this method is that the lack of connection between the continuous fiber framework and the supporting elements does not allow for a rigid and reliable fastening of the continuous fiber framework during the forming process. This can lead to displacement of the carcass during the forming process, regardless of whether forming at normal pressure or at high pressure. The possibility of displacement of the frame not only reduces the repeatability of this technology, but also negatively affects the mechanical properties of the product.

Кроме того, недостатком такого способа является раздельное производство каркаса и поддерживающего элемента, что значительно ограничивает возможности их сопряжения между собой, что приводит к сужению возможностей закрепления каркаса внутри пресс-формы.In addition, the disadvantage of this method is the separate production of the frame and the supporting element, which significantly limits the possibilities of their pairing with each other, which leads to a narrowing of the possibilities of fixing the frame inside the mold.

Кроме того, недостатком такого способа являются сложность и многоступенчатость его реализации ввиду раздельного производства каркаса и поддерживающих элементов.In addition, the disadvantage of this method is the complexity and multistage of its implementation due to the separate production of the frame and supporting elements.

Технический результат заявляемого решения заключается в способе формования инжекционным методом термопластичных изделий, усиленных каркасом заданной формы и плотности из непрерывного волокна (углеволокна, стекловолокна, капронового волокна, металлической проволоки и т.д.), который жёстко закрепляется внутри рабочего объёма пресс-формы до начала работы, что исключает смещение каркаса во время литья под давлением инжекционным методом и позволяет не учитывать крепёжные элементы, в качестве которых выступает автоматически создаваемая преформа из термопластичного материала, при разработке модели отливки, а также частей пресс-формы. The technical result of the proposed solution consists in a method of injection molding of thermoplastic products reinforced with a frame of a given shape and density of continuous fiber (carbon fiber, glass fiber, nylon fiber, metal wire, etc.), which is rigidly fixed inside the working volume of the mold before work, which eliminates the displacement of the frame during injection molding and allows you to ignore the fasteners, which are automatically created preform from a thermoplastic material, when developing the casting model, as well as parts of the mold.

Технический результат достигается за счёт того, что каркас из непрерывного волокна и преформа из термопластичного материала синтезируются аддитивным методом в ходе единого процесса так, что каркас полностью или частично находится в объёме преформы и составляет с ней единое целое. Процесс аддитивного производства может осуществляться при помощи 3D-принтера. Изделие синтезируется слой за слоем таким образом, что в одном слое может быть нанесён как термопластичный материал, так и осуществлена выкладка непрерывного волокна. Для этого используется сдвоенный экструдер или пара экструдеров, экструдирующие поочерёдно один из двух материалов. Если для преформы основным материалом служит термопластичное сырьё, то для каркаса сырьём выступает термопластичная композиция на основе непрерывного волокна. В качестве материала волокна может выступать углеволокно, стекловолокно, капроновое волокно, металлическая проволока и прочее.The technical result is achieved due to the fact that the frame made of continuous fiber and the preform from the thermoplastic material are synthesized by the additive method in the course of a single process so that the frame is fully or partially located in the volume of the preform and makes a single whole with it. The additive manufacturing process can be carried out using a 3D printer. The product is synthesized layer by layer in such a way that both thermoplastic material and continuous fiber can be laid in one layer. For this, a twin extruder or a pair of extruders is used, extruding one of the two materials in turn. If for the preform the main material is thermoplastic raw material, then for the frame, the raw material is a thermoplastic composition based on continuous fiber. Carbon fiber, glass fiber, nylon fiber, metal wire, etc. can be used as a fiber material.

Изделие синтезируется на основе предварительно разработанных цифровых моделей каркаса и преформы, исходя из геометрических требований отливки и частей пресс-формы.The product is synthesized on the basis of pre-developed digital models of the frame and preform, based on the geometric requirements of the casting and parts of the mold.

В процессе проектирования модели каркаса из непрерывного волокна определяется расположение, плотность и ориентация непрерывного волокна внутри будущей отливки. In the process of designing a model of a continuous fiber skeleton, the location, density and orientation of the continuous fiber within the future casting are determined.

В процессе проектирования модели преформы определяется способ закрепления синтезированного изделия в рабочем объёме пресс-формы. Определяется взаимное расположение каркаса из непрерывного волокна и преформы в объёме синтезируемого изделия. Преформа, таким образом, выступает в качестве поддерживающего элемента или крепежа для каркаса из непрерывного волокна. Преформа проектируется таким образом, чтобы после закрепления в рабочем объёме пресс-формы обеспечить неподвижность каркаса из непрерывного волокна до и в процессе литья под давлением инжекционным методом, обеспечить заданное расположение, плотность и ориентацию непрерывного волокна в отливке, обеспечить заполнение всего рабочего объёма пресс-формы жидким термопластичным материалом в процессе формования. In the process of designing a preform model, the method of fixing the synthesized product in the working volume of the mold is determined. The relative position of the continuous fiber frame and the preform in the volume of the synthesized product is determined. The preform thus acts as a support or fastener for the continuous fiber framework. The preform is designed in such a way that, after fixing in the working volume of the mold, ensure the immobility of the continuous fiber frame before and during injection molding, ensure the specified location, density and orientation of the continuous fiber in the casting, and ensure that the entire working volume of the mold is filled liquid thermoplastic material during molding.

Материалом преформы выступает термопластичный материал, который сочетается либо с материалом матрицы термопластичной композиции, либо с термопластичным или композиционным материалом, использующимся при литье инжекционным методом.The material of the preform is a thermoplastic material, which is combined either with the matrix material of the thermoplastic composition, or with the thermoplastic or composite material used in injection molding.

Синтезированное изделие помещается в рабочий объём пресс-формы после чего пресс-форма смыкается и начинается процесс формования, в ходе которого рабочий объём пресс-формы заполняется жидким термопластичным или композиционным материалом под давлением.The synthesized product is placed in the working volume of the mold, after which the mold is closed and the molding process begins, during which the working volume of the mold is filled with a liquid thermoplastic or composite material under pressure.

Фиксация синтезированного изделия осуществляется посредством частей преформы, её рёбер и поверхностей, упирающихся в поверхности рабочего объёма пресс-формы. Может также осуществляться зажим частей преформы между частями пресс-формы при их смыкании.The fixation of the synthesized product is carried out by means of parts of the preform, its edges and surfaces abutting against the surface of the working volume of the mold. It is also possible to clamp the preform parts between the mold parts as they are closed.

В процессе формования материал преформы спекается или полностью сплавляется с жидким термопластичным или композиционным материалом, инжектируемым в пресс-форму. Благодаря этому факту не требуется учёт частей преформы, которые необходимы для закрепления синтезированного изделия в рабочем объёме пресс-формы при проектировании модели отливки или частей пресс-формы.During the molding process, the preform material is sintered or completely fused with a liquid thermoplastic or composite material injected into the mold. Due to this fact, it is not required to take into account the parts of the preform that are necessary for fixing the synthesized product in the working volume of the mold when designing the casting model or parts of the mold.

В результате описанного процесса достигается изготовление отливки методом инжекционного литья термопластов под давлением, усиленной непрерывным волокном с заданным расположением, плотностью и ориентацией внутри отливки.As a result of the described process, a casting is achieved by injection molding of thermoplastics under pressure, reinforced with continuous fiber with a given location, density and orientation within the casting.

Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-13:The invention is illustrated by drawings of FIG. 1-13:

на фиг. 1 показан пример каркаса из непрерывного волокна, синтезированный аддитивным методом. Каркас выполнен в виде сплошной детали переменной толщины. Каркас может быть выполнен в виде нескольких элементов, пример чего приводится на фиг.5;in fig. 1 shows an example of a continuous fiber scaffold synthesized by the additive method. The frame is made in the form of a solid piece of variable thickness. The frame can be made in the form of several elements, an example of which is shown in figure 5;

на фиг. 2 показан пример каркаса из непрерывного волокна и преформы из термопластичного материала, выполненные в ходе единого процесса аддитивным методом и представляющие собой единое целое;in fig. 2 shows an example of a continuous fiber scaffold and a thermoplastic preform made in a single process by the additive method and constituting a single whole;

на фиг. 3 показан представленный на фиг.2 пример синтезированного изделия в разрезе. Данный чертёж иллюстрирует возможное взаиморасположение каркаса из непрерывного волокна и преформы относительно друг друга;in fig. 3 shows an example of a synthesized product in section shown in FIG. 2. This drawing illustrates the possible relationship between the continuous fiber scaffold and the preform relative to each other;

на фиг. 4 показан представленный на фиг.2 пример синтезированного изделия в разрезе. Данный чертёж иллюстрирует возможное взаиморасположение каркаса из непрерывного волокна и преформы относительно друг друга с иного ракурса. Допускается выкладка непрерывного волокна на синтезированный ранее слой термопласта;in fig. 4 shows an example of a synthesized product in section shown in FIG. This drawing illustrates the possible relationship between the continuous fiber scaffold and the preform relative to each other from a different perspective. Laying of continuous fiber on a previously synthesized thermoplastic layer is allowed;

на фиг. 5 показан второй пример синтезированного изделия, выполненный в ходе единого процесса аддитивным методом. Матрица термопластичной композиции позволяет синтезировать каркас из непрерывного волокна и термопластичную преформу, соединёнными по граничным поверхностям. Синтез такого изделия предполагает поочерёдную выкладку термопластичного материала и непрерывного волокна в одном слое изделия;in fig. 5 shows a second example of a synthesized product made in a single process by the additive method. The matrix of the thermoplastic composition allows the synthesis of a continuous fiber scaffold and a thermoplastic preform connected along the boundary surfaces. The synthesis of such a product involves the alternate laying of thermoplastic material and continuous fiber in one layer of the product;

на фиг. 6а показан способ закрепления синтезированного изделия из первого примера. С помощью рёбер преформы синтезированное изделие фиксируется между стенками пресс-формы;in fig. 6a shows a method for securing a synthesized article from the first example. With the help of the preform ribs, the synthesized product is fixed between the walls of the mold;

на фиг. 6б показан способ закрепления синтезированного изделия из первого примера. С помощью нижней поверхности преформы синтезированное изделие устанавливается на дно пресс-формы. Закрепление преформы может происходить и без опоры на дно пресс-формы;in fig. 6b shows a method for securing a synthesized product from the first example. With the help of the lower surface of the preform, the synthesized product is placed on the bottom of the mold. The fixing of the preform can also take place without support on the bottom of the mold;

на фиг. 7 показан этап подготовки инжекционно-литьевой машины к запуску. Пресс-форма стягивается. В её ответной части находится отверстие, изображающее каналы для инжекции жидкого полимерного материала;in fig. 7 shows the stage of preparing the injection molding machine for start-up. The mold shrinks. In its counterpart there is an opening representing channels for injection of liquid polymeric material;

на фиг. 8 показан пример отливки после завершения процесса формования и её извлечения из пресс-формы. В ходе формования термопластичный материал, из которого была синтезирована преформа спёкся или полностью сплавился с термопластичным или композиционным материалом, использовавшимся в процессе литья под давлением;in fig. 8 shows an example of a casting after the molding process is completed and removed from the mold. During molding, the thermoplastic material from which the preform was synthesized is sintered or completely fused with the thermoplastic or composite material used in the injection molding process;

на фиг. 9 показана отливка в разрезе. Каркас из непрерывного волокна находится в заданном положении в объёме отливки. Преформа обеспечила его надёжное закрепление до и в процессе формования;in fig. 9 shows a sectional view of the casting. The continuous fiber frame is in a predetermined position in the volume of the casting. The preform ensured its reliable fixing before and during the molding process;

на фиг. 10 показан пример закрепления синтезированного изделия, приведённого на фиг 5. Пресс-формы такого типа достаточно распространены и могут находится как в вертикальном, так и в любом другом положении. Синтезированное изделие устанавливается на формообразующий выступ пресс-формы и фиксируется на нём с помощью рёбер преформы;in fig. 10 shows an example of fixing the synthesized product shown in FIG. 5. Molds of this type are quite common and can be located both in vertical and in any other position. The synthesized product is installed on the forming protrusion of the mold and fixed on it with the help of the preform edges;

на фиг. 11 показан этап подготовки инжекционно-литьевой машины к запуску. Пресс-форма стягивается. В её ответной части находится отверстие, изображающее каналы для инжекции жидкого термопластичного или композиционного материала. Чертёж дан в разрезе;in fig. 11 shows the stage of preparing the injection molding machine for launch. The mold shrinks. In its counterpart there is a hole that represents channels for injection of a liquid thermoplastic or composite material. The drawing is given in section;

на фиг. 12 показан пример отливки после завершения процесса формования и её извлечения из пресс-формы. В ходе формования термопластичный материал, из которого была синтезирована преформа спёкся или полностью сплавился с термопластичным или композиционным материалом, использовавшимся в процессе литья под давлением;in fig. 12 shows an example of a casting after the completion of the molding process and its removal from the mold. During molding, the thermoplastic material from which the preform was synthesized is sintered or completely fused with the thermoplastic or composite material used in the injection molding process;

на фиг. 13 показана отливка в разрезе. Элементы каркаса из непрерывного волокна находятся в заданном положении в объёме отливки. Преформа обеспечила надёжное закрепление элементов каркаса до и в процессе формования.in fig. 13 shows a sectional view of the casting. The elements of the continuous fiber frame are in a given position in the volume of the casting. The preform provided a secure fixation of the frame elements before and during the molding process.

Способ формования инжекционным методом термопластичных изделий, отличающийся заданным расположением, плотностью и ориентацией непрерывного волокна внутри отливки 1, при этом каркас 2 из непрерывного волокна и преформа 3 из термопластичного материала предварительно синтезируются аддитивным методом в ходе единого процесса так, что каркас из непрерывного волокна полностью или частично находится в объёме преформы и составляет с ней единое целое, при этом поверхности и рёбра преформы выполняют роль крепежа или поддерживающего элемента при закреплении синтезированного изделия 4 в рабочем объёме пресс-формы 5 до начала процесса формования причём так, что они препятствуют смещению каркаса из непрерывного волокна в процессе формования инжекционным методом после смыкания пресс-формы, обеспечивают заполнение всего рабочего объёма пресс-формы жидким термопластичным или композиционным материалом через литник 6, впрыскивающимся в пресс-форму, обеспечивают заданное расположение, плотность и ориентацию непрерывного волокна внутри отливки по завершении процесса формования с дальнейшим размыканием пресс-формы, при этом материалом для изготовления каркаса из непрерывного волокна аддитивным методом выступает термопластичная композиция на основе непрерывного волокна, при этом термопластичный материал преформы сочетается с материалом матрицы термопластичной композиции, либо с термопластичным или композиционным материалом, использующимся в процессе литья под давлением инжекционным методом, при этом в процессе формования термопластичная преформа спекается или полностью сплавляется с термопластичным или композиционным материалом, использующимся в процессе литья под давлением инжекционным методом так, что позволяет не учитывать части преформы, которые необходимы для закрепления синтезированного изделия в рабочем объёме пресс-формы при проектировании модели отливки или частей пресс-формы.A method of injection molding of thermoplastic products, characterized by a given arrangement, density and orientation of continuous fibers inside the casting 1, while the skeleton 2 of continuous fiber and the preform 3 of thermoplastic material are preliminarily synthesized by the additive method in the course of a single process so that the skeleton of continuous fiber is completely or is partially in the volume of the preform and forms a single whole with it, while the surfaces and edges of the preform play the role of a fastener or a supporting element when fixing the synthesized product 4 in the working volume of the mold 5 before the start of the molding process, and so that they prevent the frame from displacement from the continuous fibers in the process of injection molding after closing the mold, provide filling of the entire working volume of the mold with a liquid thermoplastic or composite material through the sprue 6, injected into the mold, provide a given location, density and orientation continuous fiber inside the casting after the completion of the molding process with further opening of the mold, while the material for making the frame from continuous fiber by the additive method is a thermoplastic composition based on continuous fiber, while the thermoplastic material of the preform is combined with the matrix material of the thermoplastic composition, or with the thermoplastic or a composite material used in the injection molding process, while in the molding process the thermoplastic preform is sintered or completely fused with the thermoplastic or composite material used in the injection molding process, so that parts of the preform that are necessary for fixing the synthesized product in the working volume of the mold when designing the casting model or parts of the mold.

Способ осуществляется следующим образом:The method is carried out as follows:

1. Для изготовления изделия методом инжекционной формовки создаётся пресс-форма. 1. For the manufacture of a product by injection molding, a mold is created.

2. В соответствии с требуемой геометрией изделия создаётся цифровая модель каркаса из непрерывного волокна.2. In accordance with the required geometry of the product, a digital model of the continuous fiber skeleton is created.

3. В соответствии с геометрией пресс-формы и с учётом геометрии цифровой модели каркаса создаётся цифровая модель преформы. При этом каркас должен полностью или частично находится внутри преформы.3. In accordance with the geometry of the mold and taking into account the geometry of the digital model of the frame, a digital model of the preform is created. In this case, the frame must be fully or partially inside the preform.

4. Определяется вид термопласта или композиционного материала, который будет использоваться для литья в ходе процесса инжекционного формования. 4. Determine the type of thermoplastic or composite material that will be used for injection molding during the injection molding process.

5. Определяется вид волокна, которое будет использоваться для изготовления каркаса.5. The type of fiber that will be used for making the frame is determined.

6. Определяется вид термопласта, который будет использоваться для создания преформы. Материал преформы должен сочетаться с материалом термопластичной матрицы непрерывного волокна, либо с термопластичным или композиционным материалом, который будет использоваться в качестве сырья при формовании.6. The type of thermoplastic that will be used to create the preform is determined. The preform material must be combined with a continuous fiber thermoplastic matrix material, or with a thermoplastic or composite material that will be used as a raw material for molding.

7. Аддитивным методом, на основании подготовленных цифровых моделей, в ходе единого процесса синтезируется каркас и преформа. При этом каркас полностью или частично находится в объёме преформы и формирует с ней единое целое. 7. The framework and preform are synthesized by the additive method, based on the prepared digital models, in the course of a single process. In this case, the frame is fully or partially in the volume of the preform and forms a single whole with it.

8. Синтезированное изделие закрепляется в рабочем объёме пресс-формы до начала процесса формования. При этом рёбра и поверхности преформы выступают в качестве поддерживающих элементов или крепежа для каркаса из непрерывного волокна. Рёбра и поверхности преформы позволяют жёстко закрепить каркас из непрерывного волокна в рабочем объёме пресс-формы. Рёбра и поверхности преформы используют в качестве опоры внутренние поверхности пресс-формы. 8. The synthesized product is fixed in the working volume of the mold before the start of the molding process. In this case, the ribs and surfaces of the preform act as support elements or fasteners for the continuous fiber framework. The ribs and surfaces of the preform allow the continuous fiber frame to be rigidly fixed in the working volume of the mold. The ribs and surfaces of the preform use the inner surfaces of the mold as support.

9. Пресс-форма смыкается. 9. The mold is closed.

10. Сырьё, представляющее собой выбранный для литья термопластичный или композиционным материал, поступает в нагреваемую зону, через которую транспортируется к литнику. Нагрев осуществляется до температуры, необходимой для плавления термопластичного материала. 10. The raw material, which is a thermoplastic or composite material selected for casting, enters the heated zone, through which it is transported to the gate. Heating is carried out to the temperature required to melt the thermoplastic material.

11. Осуществляется впрыск жидкой термопластичной или композиционной массы под давлением в полость пресс-формы. 11. Injection of a liquid thermoplastic or composite mass under pressure into the cavity of the mold is carried out.

12. Жидкая термопластичная или композиционная масса полностью заполняет рабочий объём пресс-формы, окружая каркас из непрерывного волокна и преформу.12. Liquid thermoplastic or composite mass completely fills the working volume of the mold, surrounding the continuous fiber carcass and preform.

13. Происходит полное или частичное расплавление материала преформы. 13. There is a complete or partial melting of the preform material.

14. Происходит остывание и отвердение готового изделия под давлением.14. Cooling and hardening of the finished product under pressure occurs.

15. Материал преформы спекается или полностью сплавляется с термопластичным или композиционным материалом, использовавшимся в процессе литья под давлением инжекционным методом. 15. The preform material is sintered or completely fused with the thermoplastic or composite material used in the injection molding process.

16. Осуществляется размыкание пресс-формы и извлечение отливки, усиленной каркасом из непрерывного волокна с заданным расположением, плотностью и ориентацией волокон в объёме отливки.16. The mold is opened and the casting is removed, reinforced with a continuous fiber frame with a given arrangement, density and orientation of fibers in the volume of the casting.

Claims (1)

Способ формования инжекционным методом термопластичных изделий, включающий заданное расположение, плотность и ориентацию непрерывного волокна внутри отливки, при этом каркас из непрерывного волокна и преформа из термопластичного материала предварительно синтезируются аддитивным методом в ходе единого процесса так, что каркас из непрерывного волокна полностью или частично находится в объёме преформы и составляет с ней единое целое, при этом поверхности и рёбра преформы выполняют роль крепежа или поддерживающего элемента при закреплении синтезированного изделия в рабочем объёме пресс-формы до начала процесса формования, причём так, что они препятствуют смещению каркаса из непрерывного волокна в процессе формования инжекционным методом после смыкания пресс-формы, обеспечивают заполнение всего рабочего объёма пресс-формы жидким термопластичным или композиционным материалом, впрыскивающимся в пресс-форму, обеспечивают заданное расположение, плотность и ориентацию непрерывного волокна внутри отливки по завершении процесса формования с дальнейшим размыканием пресс-формы, при этом материалом для изготовления каркаса из непрерывного волокна аддитивным методом выступает термопластичная композиция на основе непрерывного волокна, при этом термопластичный материал преформы сочетается с материалом матрицы термопластичной композиции либо с термопластичным или композиционным материалом, использующимся в процессе литья под давлением инжекционным методом, при этом в процессе формования термопластичная преформа спекается или полностью сплавляется с термопластичным или композиционным материалом, использующимся в процессе литья под давлением инжекционным методом так, что позволяет не учитывать части преформы, которые необходимы для закрепления синтезированного изделия в рабочем объёме пресс-формы при проектировании модели отливки или частей пресс-формы.A method of injection molding of thermoplastic products, including a predetermined arrangement, density and orientation of continuous fibers inside the casting, while the continuous fiber scaffold and the thermoplastic material preform are preliminarily synthesized by the additive method in a single process so that the continuous fiber scaffold is completely or partially in the volume of the preform and forms a single whole with it, while the surfaces and edges of the preform act as a fastener or a supporting element when fixing the synthesized product in the working volume of the mold before the start of the molding process, and so that they prevent the displacement of the continuous fiber frame during the molding process by the injection method after closing the mold, provide filling of the entire working volume of the mold with liquid thermoplastic or composite material injected into the mold, provide the specified location, density and orientation of the continuous fiber inside casting after the completion of the molding process with further opening of the mold, while the material for making the frame from continuous fiber by the additive method is a thermoplastic composition based on continuous fiber, while the thermoplastic material of the preform is combined with the matrix material of the thermoplastic composition or with the thermoplastic or composite material used in the injection molding process, while in the molding process the thermoplastic preform is sintered or completely fused with a thermoplastic or composite material used in the injection molding process so that parts of the preform that are necessary for fixing the synthesized product in the working the volume of the mold when designing the casting model or parts of the mold.
RU2020115946A 2020-05-15 2020-05-15 Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass RU2738650C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115946A RU2738650C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115946A RU2738650C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738650C1 true RU2738650C1 (en) 2020-12-15

Family

ID=73835159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020115946A RU2738650C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738650C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443555C2 (en) * 2006-09-29 2012-02-27 Торэй Индастриз, Инк. Moulding-casting device and method of producing preforms and plastic articles reinforced by fibers by means of said device
WO2017123726A1 (en) * 2016-01-12 2017-07-20 Markforged, Inc. Embedding 3d printed fiber reinforcement in molded articles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443555C2 (en) * 2006-09-29 2012-02-27 Торэй Индастриз, Инк. Moulding-casting device and method of producing preforms and plastic articles reinforced by fibers by means of said device
WO2017123726A1 (en) * 2016-01-12 2017-07-20 Markforged, Inc. Embedding 3d printed fiber reinforcement in molded articles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9643363B2 (en) Manufacture of a structural composites component
JP2802430B2 (en) Molding method
US20130078439A1 (en) Structure of fiber-reinforced composite material-made component part, and production method for the component part
TWI703030B (en) Process for the continuous production of fibre-reinforced profiles comprising a foam core
US20130009332A1 (en) Method for producing an smc multi-layer component
JP2006315418A (en) Method and system of forming article from thermoplastic material and fiber, method and system of forming thermoplastic structural element, and method and system of forming structural article from thermoplastic material and fiber
CN86105307A (en) Hollow fiber reinforced structure and preparation method thereof
US20160368187A1 (en) Method for producing plastic components, which have a high mechanical load-bearing capacity, with a correct final contour
CN105531101A (en) Production method for fiber reinforcing member
KR20170103757A (en) 3-dimensional high-strength fiber composite component and method for producing same
RU2738650C1 (en) Method of moulding articles reinforced with continuous fibre carcass
EP2789444B1 (en) Method and apparatus for producing a fiber-reinforced plastics casting
CN110900962A (en) Injection mould for producing injection moulded parts and method for producing injection moulded parts
US4393024A (en) Method of producing a racket frame
JP2008132717A (en) Manufacturing method of fiber-reinforced plastic
CN105034246A (en) Molding apparatus, method of molding, and molded products
KR100533929B1 (en) Advanced processing technology of Grating in Composite materials
JP2011143559A (en) Lamination molding method, lamination molding die and lamination molding device
US4692286A (en) Method of producing a continuous length structure
US4598755A (en) Method of producing a wrapped continuous length structure
CN113021886B (en) 3D printing spray head structure for realizing continuous fiber self-reinforced composite material supercooling forming
JP7287526B2 (en) Method for producing fiber-reinforced plastic molded article
JP2773261B2 (en) Method for producing fiber-reinforced thermoplastic resin molded article
US20220111563A1 (en) Fiber-Reinforced Soluble Core
JP2023526765A (en) Manufacturing method for fiber reinforced implants