TWI785075B - 用於製造具有複雜形狀的複合材料零件之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於製造具有熱塑性基質及連續強化材料之三維複合材料零件之方法，其特徵在於包含以下步驟：a.藉由三維針織獲得預浸漬纖維預成型體(100)，b.將預成型體置放於工具之衝頭(120)上或基質(110)中，並在其之間界定密封閉合空腔；c.以一定方式閉合該工具以對該預成型體施加第一壓力；d.藉由維持該第一壓力，使該空腔達至浸漬該預成型體之聚合物的熔融溫度；f.藉由維持第二壓力，使包含該預成型體之該空腔冷卻至適用於脫模之溫度；g.打開模具且使該零件脫模。

Description

用於製造具有複雜形狀的複合材料零件之方法
本發明係關於一種用於製造具有複雜形狀之複合材料零件之方法及裝置。本發明更特定言之意欲製造三維複合材料零件，諸如方盒或圓頂形，或包含複數個凸起之複合材料零件。本發明亦適用於製造管狀零件，尤其包含若干管道之接合點，諸如排氣歧管。本發明適用於許多領域，尤其(但非排他地)適用於製造行李箱或用於電子硬體的蓋子，諸如數位板或電視螢幕，適用於製造頭盔或防護設備，更一般而言適用於三維量產複合材料零件。
此等領域中之先前技術例如由文獻EP 2 694 277說明。本文獻描述製造具有外翻邊緣之矩形外殼，其具有方盒形狀(5個面)，以平坦坯料為起始物，包含用熱塑性聚合物預浸漬之堆疊織物疊層。該等織物藉由衝頭-壓模單元形成且壓實/固結於由連續纖維加強之複合材料零件中，而坯料固持器可使得在將疊層構形成所需形狀期間纖維維持拉緊。此技術已足以令人滿意，但在形成且固結之後仍需對零件大幅修整，且不能夠產生深度拉伸衝壓。連接方盒各面之間的三維接合點之隅角配件為特定受到應力之區域，其中可能出現聚合物絞扭，從而使得纖維出現無塗層，不雅觀且甚至皺折或撕裂。
本發明旨在克服先前技術之缺點，且出於此目的，係關於一種用於製造具有熱塑性基質及連續強化材料之三維複合材料零件之方法，其包含以下之步驟：a.藉由三維針織獲得三維預浸漬纖維預成型體；b.將預成型體置放於衝頭與配對工具衝頭之壓模之間，並在其之間界定密封閉合空腔；c.以一定方式閉合上具以對預成型體施加第一壓力；d.藉由維持第一壓力，使空腔達至浸漬預成型體之聚合物的熔融溫度；e.藉由維持預成型體上之壓力，使包含預成型體之空腔冷卻至適用於脫模之溫度；f.打開模具且使零件脫模。
因此，針織方法使得可獲得不具有層之總成且不藉由變形構形之完整三維預成型體。使用與壓力-溫度循環相關之閉合空腔使得可直接獲得具有成品尺寸及不需要任何修整之乾淨邊緣之零件。由於沒有成形，因此衝壓深度不受限。因為預成型體用熱塑性聚合物預浸漬，所以其可不限制持續時間地儲存。因此該方法尤其適合於適用於本發明之目標領域的工業量產。
本發明根據下文中揭示之具體實例及替代方案而有利地實施，其將個別進行考慮或根據任何技術上容許的組合加以考慮。
根據一具體實例，本發明之方法在上述步驟d之前包含將藉由衝頭及壓模限定且含有預成型體之模製空腔氣體抽空之步驟。因此，該空腔中之真空及施加第一壓力使得可確保將預成型體脫氣及在浸漬聚合物熔融期間良好浸漬後者。
有利地，本發明之方法在上述步驟d與f之間包含以下之步驟：g.在適用於藉由聚合物浸漬預成型體之時間的期間維持該溫度。
根據聚合物之黏度及纖維含量選擇之此維持時間使得可確保預成型體均勻浸漬。
有利地，在上述步驟g期間將第二壓力施加於預成型體上。因此，當形成基質之聚合物已流體化時，施加第二壓力使得可實施壓實。在冷卻期間維持此壓力使得可校準零件之厚度及形狀。
有利地，藉由強化纖維之股線與由該浸漬聚合物製成之股線混編(commingle)構成之織線來獲得該針織預成型體。在上述步驟d及e期間，此具體實例提供預成型體之均勻浸漬。
在一變化形式中，針織預成型體是以塗佈有該浸漬聚合物之織線來獲得。
根據另一替代具體實例，預成型體使用由強化纖維構成之織線及由浸漬聚合物製成之織線針織。
根據此後一替代方案之一特定情況，強化纖維為聚合物，其熔融溫度大於浸漬聚合物之熔融溫度。
根據一替代具體實例，預成型體使用部分針織技術針織。此替代方案使用關於可產生之形狀的最普遍且最通用的針織技術，然而，在許多情況下，三維預成型體之加工或閉合需要實施接縫。
出於此目的，根據此具體實例之替代實施方案，本發明之目標方法在上述步驟b之前包含縫合以閉合預成型體輪廓之步驟。此具體實例使得可製備預備使用之閉合輪廓預成型件，即便針織技術在針織期間不能夠直接獲得此特徵。
或者，該方法在上述步驟b與c之間包含以下之步驟：h.藉由焊接閉合預成型體之輪廓。
此具體實例之有利之處為構成整合浸漬聚合物之預成型體。此焊 接在上述步驟b之前或當將預成型體置放於衝頭上或壓模中時實施，由此以確保精確安置該焊接。
根據另一替代具體實例，預成型體使用轉移網眼技術針織。根據替代方案，此技術產生單面或雙面平針織物，且使得可在不接縫或接合下產生單個零件中之三維預成型體，但代價為使用更複雜的針織。
根據本發明方法之有利具體實例，藉由使閉合空腔上衝頭與壓模之間的間隙在兩個數值之間變化而將第一及第二壓力施加於預成型體上。此具體實例更精確控制厚度，且因此校準預成型體。
本發明亦係關於一種實施本發明之目標方法之工具，該工具包含：x.衝頭，其由導電材料製成之；y.壓模，其與衝頭配對以便在衝頭與壓模之模製表面之間形成空腔且由導電材料製成；z.感應電路，其用於加熱衝頭或壓模之模製表面；u.高頻電流產生器，其為感應電路供電。
使用感應作為工具之自發加熱模式使得可減少循環時間且產生量產零件。
根據一具體實例，在衝頭與壓模之間限定之空腔包含朝衝頭之基底張開之錐度。因此，預成型體上之壓力藉由壓模及衝頭之相對位移控制，其根據錐度沿外翻邊緣使得可控制閉合空腔中預成型體之所有表面上之間隙值。
有利地，衝頭及/或壓模包括用於流體循環之冷卻迴路。此排列藉由加速該方法之步驟f)減少產生零件之循環時間。
有利地，限定空腔之衝頭及壓模之模製表面由鐵磁性材料製成，該鐵磁性材料之居里點等於浸漬預成型體之聚合物之熔融溫度。此具體實例簡 化空腔中溫度之控制，尤其避免當預成型體之強化纖維經歷此現象時發生燒傷。
根據用於實施實施本發明之目標方法之工具之具體實例，後者包含由導熱材料製成之壓模及延伸至該兩者中製成之空腔中之感應器，其中模製空腔之體積可獨立於衝頭與壓模的組合而變化。此具體實例適用於實現包含導電或不導電纖維之預成型體。模製空腔體積之變化使得可確保壓實且校準成品零件之厚度。
根據本發明之目標工具之一替代具體實例，衝頭包含可充氣囊。此替代方案使得可在預成型體之整個表面上方提供均勻壓力，在該方法之上述步驟e及f期間尤其如此。
根據工具之另一替代具體實例，衝頭包含藉由壓模與衝頭組合驅動之可移動部分。此替代方案使得可控制間隙，因此控制模製空腔中成品零件之厚度。
根據另一替代方案，衝頭之外表面包含可撓性密封油布，其中在衝頭與油布之間施加氣體壓力以實施本發明方法之上述步驟c至f。
有利地，油布在其與預成型體接觸之面上包含對經由感應之加熱敏感之材料負載。因此，油布參與預成型體之均勻加熱。
100:預成型體
100a:預成型體
100b:預成型體
110:基質/衝頭/壓模
111:導電層/塗層
120:壓模/衝頭
121:導電層/塗層
130:電絕緣材料/絕緣層
141:半線圈/線圈/感應電路
142:半線圈/線圈/感應電路
151:冷卻通道/冷卻電路
152:冷卻通道/冷卻電路
160:構件
201:凹槽
211:邊緣
212:邊緣
310:衝頭/壓模
312:用於密封之構件
320:壓模/衝頭
340:管道
341:感應電路/感應器
342:內襯
350:囊
351:將囊充氣之構件
360:冷卻通道/冷卻電路
410:步驟
420:步驟
425:步驟
427:步驟
430:步驟
440:步驟
445:步驟
450:步驟
460:步驟
d:距離
e:間隙
本發明在下文中根據其較佳具體實例加以揭示，對其不作任何限制，且參考圖1至4，其中：- 圖1按橫截面圖展示用於實施本發明之工具之例示性具體實例，該工具以打開位置展示；- 圖2展示兩個呈包含三維連接區域之半殼形式之針織之預成型體實施例； - 圖3按橫截面圖且以打開位置展示用於實施本發明之目標方法之工具之另一具體實例；- 且圖4展示本發明方法之方塊圖。
針織技術在先前技術中係為已知技術且使得可藉由複數個根據環或網眼之交錯織線之總成製造三維形狀織物。根據所用針織模式，複雜預成型件以單次針織操作製得。根據其他針織技術，零件之輪廓不可閉合且在此情況下需要藉由接縫或更有利地藉由如進一步所揭示之焊接而閉合之步驟。本發明方法之針織步驟有利地(但非排他地)藉助於平針緯織機實施，其關於可製得之具有閉合輪廓之形式提供最多功能。可製得之形式包含隅角配件之方盒形式，其大體上具有圓頂或蓋帽形狀之形式(諸如盔狀物)，包含管道接合點之管狀形狀，或甚至包含此等不同組合的形式，並視情況包含凹槽的形式。
根據先前技術，三維針織用於產生乾燥纖維預成型件，隨後經由實施模具中液態樹脂轉移之方法，諸如樹脂轉移模製法(Resin Transfer Moulding，RTM)用熱固性樹脂後續浸漬。然而，此方法不適用於量產。本發明之方法實現針織纖維預成型體，其包含將形成複合材料零件之基質的聚合物本身。出於此目的，本發明方法之針織步驟實現與構成未來複合材料零件之基質之熱塑性聚合物組合的具有適用尺寸且預先紡製之強化纖維，諸如玻璃、碳、芳族聚醯胺、金屬、聚合物之纖維，或天然纖維，諸如亞麻、椰子、劍麻、黃麻或竹子之纖維，或此等纖維之組合。作為實施例，引入該聚合物與強化纖維混編(commingle)，例如呈現與該聚合物之股線紡製且視情況存扭轉之該纖維股線形式，或呈現用該聚合物塗佈之強化纖維形式，或藉由針織該聚合物織線與由強化纖維製成之織線來實現。無論產生模式如何，熱塑性聚合物不存在黏 性使其在針織步驟期間可與強化纖維共同實施。作為非限制性實施例，該等熱塑性聚合物為聚醚酮(polyetherketone，PEK)、聚醚醚酮(polyether etherketone，PEEK)、聚醚醯亞胺(polyetherimide，PEI)、熱塑性聚酯、聚苯硫醚(polyphenylene sulphide，PPS)、聚醯胺(例如PA6或PA6-6)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene，ABS)共聚物。根據其他實施例，該聚合物選自生物來源聚合物，諸如：- 聚醯胺(polyamide，PA)，尤其PA11；- 生物來源聚乙烯(polyethylene，PET)；- 聚乳酸(polylactic acid，PLA)；- 或生物來源聚酯
使纖維交錯且使得在整個形式上連續交錯之預成型體之獲得模式及熱塑性聚合物之組合使得可產生尤其耐衝擊，又根據聚合物之選擇而耐溫度及火焰的輕零件。因此，本發明之方法尤其適合於產生經歷此類型應力之零件，諸如行李箱元件、個人防護設備(諸如頭盔、保護帶、護罩、肘墊或膝墊)、防護外殼或輕鎧裝元件。
圖1，根據適用於實現強化纖維不導電之預成型體的本發明方法之一具體實例，將預先針織且包含強化纖維及浸漬最終零件之熱塑性聚合物的預成型體(100)置放於形成工具衝頭之部分上。
圖2，根據非限制性具體實例，預成型體(100a)呈外殼形式，其包含稱為「隅角配件」(corner fitting)之三維連接區。作為說明目的之實施例，其為手提箱之半殼。根據一具體實例，該預成型體(100a)包含在該預成型體針織期間直接實現之凹槽(201)。與先前技術之實現熱塑性複合材料之技術(諸如形狀上衝壓固結)相比，藉由針織獲得預成型體之技術使得可在連接區域，尤其在隅角配件中保持強化纖維與聚合物之比率與零件其餘部分之強化 比率相當，同時防止在此等相同區域中形成皺折。
請回到圖1，儘管針織技術使得可產生此類根據閉合輪廓之預成型體，但接著當工具呈打開組態時，該預成型體(100)藉由必要時在將脫模藥劑噴塗於該衝頭上之後用該預成型體(100)覆蓋該衝頭而簡單交織於衝頭(110)上。此類操作容易手動或藉助於操控器或機器人實現。自加熱工具之實現，諸如下文中所示，使得在此步驟期間衝頭處於環境溫度下。
圖2，根據另一具體實例，所用針織技術不可使預成型體(100b)之輪廓閉合且該預成型體包含藉由兩個打開邊緣(211、212)限定之輪廓不連續部分。
請回到圖1，若針織技術無法獲得具有閉合輪廓之針織預成型體，則預成型體置放於衝頭(110)上，工具中該預成型體之安置藉由實現連接輪廓不連續部分之打開邊緣的至少2個焊接點而穩定。在針織預成型體中存在聚合物使得可實施此類焊接。該等焊接例如藉助於焊接鐵實施，或者其以點或焊接線形式藉由先前技術已知之其他方式，諸如藉由雷射或藉由超音波來實施。根據工具之此具體實例，衝頭有利地包含將預成型體之打開邊緣一者相對於另一者安置的構件，例如呈現以網眼形式引入之銷或鉤之形式的構件。因此，將預成型體極佳地安置工具上。
工具包含至少兩個可分離成打開組態且可為閉合組態之部分(110、120)，從而界定衝頭(110)及壓模(120)。衝頭及壓模以一定方式配對以使得其在其之間、在其模製表面上且在工具閉合期間限定間隙(e)，其在圖中得以放大，與所產生之零件之最終厚度對應。因此，衝頭與壓模之間的空間界定了安置預成型體(100)之模製空腔。
根據一具體實例，構件(160)使得一旦工具閉合即可在包含預成型體(100)之模製空腔中將氣體抽真空。
根據一具體實例，衝頭及壓模由鐵磁性材料製成且在其外部表面上覆蓋連續的導電層(111、121)及非鐵磁性材料(諸如銅)。在工具閉合期間，工具中包含衝頭及壓模之部分藉由一層電絕緣材料(130)彼此分隔開。此層絕緣材料亦使在工具閉合期間在衝頭與壓模之間形成的空腔得以密封。
將衝頭-壓模單元插入至包含兩個半線圈(141、142)之感應電路中，其中一者(141)與衝頭整合在一起，且另一者(142)與壓模整合在一起。工具之閉合之工作為使兩個半線圈電連接。使工具周圍之由此形成之線圈以一定方式連接至高頻電流產生器(圖中未示)，以便該線圈之電源供應使得在工具之表面上方感應電流得以循環。
感應電流在工具表面上降低厚度之材料中循環。因此，該等感應電流在塗層(121、111)中循環，且此係由於衝頭與壓模之間所界定之空腔之模製表面上藉由工具之兩個部分之間的絕緣層(130)實施切斷。該等由鐵磁性材料製成之模製表面之溫度由於此等高頻感應電流之循環而快速升高，且將其熱量傳輸至預成型體(100)。在溫度之作用下，使含於針織預成型體中之聚合物達至其熔融溫度，且預成型體限制於閉合及密封空腔中，該聚合物均勻浸漬該預成型體。施加於模具上以及衝頭與壓模之間的間隙(e)上之閉合壓力會校準最終零件之厚度。在根據此具體實例之模具之組態中，經由感應加熱使得可將加熱集中於空腔之模製表面，而無需加熱工具之全部物質。該等模製表面之溫度快速升高，該溫度可例如藉由根據鐵磁性材料之居里溫度來選擇製備模具之鐵磁性材料來控制。
有利地，工具之衝頭(110)及/或壓模(120)包括用於循環熱傳遞流體(例如水)之通道(151、152)，從而使模製表面快速冷卻。
使模製空腔及預成型體(100)之溫度達至至少等於包括於該預成型體中之聚合物的熔融溫度，在數秒到1分鐘之間的適合時間的期間維持該溫 度，以確保藉由聚合物均勻浸漬預成型體。該維持時間根據含有之纖維強化材料及維持溫度下熔融聚合物之黏度來決定。聚合物愈黏稠切纖維含量愈高，則維持時間愈長。維持時間容易經由試驗確定。
在適合的維持時間之後，線圈(141、142)之電力供應終止，且模製空腔藉由工具之冷卻通道(151、152)中熱傳遞流體之循環而冷卻。
在加熱、維持溫度及冷卻步驟期間，維持工具之閉合壓力。
根據一替代具體實例，在加熱結束時及在維持溫度步驟期間將大於第一壓力之第二壓力施加於預成型體上。此第二壓力可例如藉由衝頭相對於壓模之相對移位來施加。根據一具體實例，衝頭及壓模略有朝衝頭之基底張開之錐度，以使得在預成型體之所有表面上方此相對位移藉由減少間隙(e)而施加該壓力。
在冷卻步驟期間，藉由循環熱傳遞流體使模製空腔中之溫度降至小於聚合物玻璃轉移溫度之溫度，或更一般而言降至一溫度，在該溫度下聚合物之剛性足以操縱由此產生之零件但不會使其變形，接著打開模具且使零件脫模。
接著循環由新的預成型體重新開始。兩次打開模具之間的零件之製造時間係根據零件之尺寸、聚合物之性質及纖維含量來決定，但一般大體上根據維持溫度時間會在1分鐘到5分鐘之間。
經由感應加熱使得可確保在各循環期間達至足夠加熱溫度，以便均勻浸漬零件。藉由此加熱方法所允許之加熱速度約2℃．s-1亦使得可實施天然纖維，其對燃燒敏感但無降解該等纖維風險。
上文所述之實施步驟以相同方式藉由最初將預成型體安置於壓模中而非衝頭上且亦經調適以實現針織預成型體施用，該針織預成型體之形式為除半方盒外之形式。
圖3，根據適用於任何類型之纖維(包括導電纖維)之本發明方法之另一具體實例，工具包含至少兩個部分，其形式為衝頭(310)及壓模(320)。根據此具體實例，壓模(320)由導熱良好之金屬材料製成，諸如鋁或銅合金，但不限於此等實例。
壓模(320)包含一組延伸感應器(341)之管道(340)。該等感應器具有銅管道或Litz電纜之形式。根據一具體實例，該等管道之內部包含由鐵磁性材料形成之厚度在0.2mm與2mm之間的內襯(342)。因此，當感應器(341)用高頻電流供電時，感應電流在鐵磁性內襯(342)中循環，從而致使後者加熱。熱量傳輸至壓模且經由傳導而傳播至模製表面，此舉使溫度升高。有利地，包含感應器(341)之該等管道(340)以一定方式位於距壓模之模製表面之距離d處，以便確保該壓模之模製表面上之溫度保持均勻。
或者，壓模由例如鋼之鐵磁性材料製成，在此類情況下，不需要包含感應器(341)之管道(340)之內襯。
有利地，壓模包含用於出於冷卻其之目的循環熱傳遞流體之通道(360)。
在本文中模具以打開位置展示。使衝頭(310)及壓模(320)以及用於密封之構件(312)合在一起使得可界定包括針織預成型體(100)之密封空腔。有利地，衝頭包含放置於衝頭外表面上之呈油布形式之囊(350)，且該工具包含藉由在衝頭之表面與油布之間吹氣將該囊充氣之構件(351)。囊(350)由阻擋浸漬預成型體之聚合物之熔融溫度的彈性體製成。作為實施例，該囊由負載有碳之聚矽氧形成。此具體實例使得可藉由使該囊充氣來壓實預成型體之所有表面，甚至壓模空腔具有朝衝頭之基底張開之任何錐度之特徵，且甚至其具有反向錐度之特徵，例如當將本發明之方法用於製造安全帽時。在此情況下，壓模包含至少兩個可分隔開以便使最終零件脫模之部分。
根據此具體實例之工具之用途的一實施例，將針織預成型體(100)插入至壓模(320)之空腔中。使衝頭更接近壓模，從而產生包括預成型體之密封空腔。在第一壓力下將囊(350)充氣以確保與預成型體接觸。感應器(341)用高頻電流供電，其作用為加熱模製空腔且使針織預成型體中所包括之聚合物達至其熔融溫度。囊(350)之充氣壓力以一定方式增加以使預成型體壓實。在模製空腔中以一定方式維持該溫度以均勻浸漬預成型體，其中此浸漬時間隨纖維含量及聚合物黏度的變化而變化。接著，終止對感應器供電且將熱傳遞流體輸送至冷卻通道(360)中，以便使模具及由此產生之零件冷卻至適用於其脫模之溫度。如同圖1中之實施例一般，其他具體實例為可能的，亦即其中衝頭不包含囊且其中衝頭中或甚至衝頭及壓模中包括用於加熱及冷卻之構件，且預成型體排列於衝頭上而非壓模中。
因此，使用根據上文所示任何具體實例或此等具體實例之組合，經由感應自發加熱之模具與包含其浸漬聚合物之針織預成型體之組合，使得可在減少前置時間下且以單次固結操作來量產包含高纖維含量之具有複雜形狀之零件。
本發明之目標方法尤其適合於生產針對高消費市場之複合材料零件。高纖維含量、構成基質之熱塑性聚合物及複合材料中纖維之組織模式之結合使此等零件尤其耐衝擊，且使得可在根據先前技術之方法纖維含量降低之區域中保持顯著纖維含量。此等區域，尤其三維連接區域或隅角配件，為本發明產品目標上特別受到應力之區域，尤其就衝擊而言，諸如手提箱外殼上之區域。
圖4，根據本發明方法之第一步驟(410)，預成型體以一定方式針織以便與最終零件之形狀對應。該預成型體包含最終零件之熱塑性浸漬聚合物，或以針織織線中之混編形式，或以針織織線上之塗層形式，又或以藉由針 織強化織線與由浸漬聚合物製成之織線。該聚合物穩定，以使得該預成型體可無時間限制地儲存。根據負載(420)步驟，將由此獲得之預成型體放置於根據其任何具體實例之工具上或該工具中，並將模具打開。根據一特定具體實例，與針織技術無法獲得具有閉合輪廓之預成型體之情況對應，直接在工具中實施焊接步驟(425)以便將預成型體之輪廓閉合。根據浸漬/固結(430)步驟，將模具閉合從而對預成型體及衝頭與壓模之間所限定之模製空腔施加第一壓力，並且將模製空腔之溫度達至大於或等於浸漬聚合物之熔融溫度。根據一特定具體實例，本發明之方法包含在模具閉合之後將包含預成型體之空腔抽空之步驟(427)。
根據維持溫度(440)步驟，使模製空腔及預成型體維持於前述步驟(430)期間達至之溫度，同時仍維持衝頭及壓模之模製表面與預成型體之間的接觸壓力。根據一替代具體實例，維持溫度(440)步驟包含壓實(445)步驟，該壓實步驟包括藉由使衝頭及壓模接近或藉由對壓模或衝頭之可擴展構件(囊)施加另外充氣壓力來使預成型體上之壓力增加。根據冷卻(450)步驟，模製空腔及預成型體藉由使熱傳遞流體在模具中循環而冷卻，同時仍維持預成型體上之壓力。持續冷卻(450)直至模製空腔中之溫度小於或等於浸漬聚合物之玻璃轉移溫度。根據脫模(460)步驟，將模具打開且使零件脫模。接著循環在負載(420)步驟由新的預成型體重新開始。
100:預成型體
110:基質/衝頭/壓模
111:導電層/塗層
120:壓模/衝頭
121:導電層/塗層
130:電絕緣材料/絕緣層
141:半線圈/線圈/感應電路
142:半線圈/線圈/感應電路
151:冷卻通道/冷卻電路
152:冷卻通道/冷卻電路
160:構件
e:間隙

Claims (13)

  1. 一種用於製造具有熱塑性基質及包含連續纖維之強化材料之三維複合材料零件之方法，其包含以下之步驟：a.藉由三維針織獲得(410)形狀為手提箱之半殼之纖維預成型體，其包含三維隅角配件，該纖維預成型體(100)包含預浸漬有熱塑性聚合物之連續纖維且對應最終零件之三維形狀；b.將步驟a中所獲得之該纖維預成型體置放(420)於具有閉合及打開狀態之工具之衝頭(120、320)與和該衝頭配對之壓模(110、310)之間，且在該衝頭之模製表面與該壓模之模製表面之間限定閉合空腔，該壓模及該衝頭由導電材料製成，該工具進一步包含感應電路，以用於藉由感應加熱模製表面；c.使該工具閉合以便對該衝頭與該壓模之間的該預成型體施加第一壓力；d.藉由將該感應電路通電，同時維持該第一壓力，使該閉合空腔達至(430)浸漬該預成型體之纖維之聚合物的熔融溫度；e.在維持該預成型體上之第二壓力的同時，使包含該預成型體之該空腔冷卻(450)至適用於脫模之溫度；f.打開模具且使該三維形狀之零件脫模(460)。
  2. 如請求項1所述之方法，其中步驟c包含將該空腔氣體抽空(427)。
  3. 如請求項1所述之方法，其中在步驟d與f之間包含以下之步驟：g.在適用於藉由該聚合物浸漬該預成型體之時間的期間維持(440)該溫度。
  4. 如請求項3所述之方法，其中在步驟g期間將高於該第一壓力之第二壓力施加(445)於該預成型體上。
  5. 如請求項1所述之方法，其中藉由強化纖維之股線與由該浸漬聚合物製成之股線混編(commingle)構成之織線來獲得該針織預成型體。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該針織預成型體是以塗佈有該浸漬聚合物之織線來獲得。
  7. 如請求項1所述之方法，其中藉由針織由該強化纖維製成之織線及由該浸漬聚合物製成之織線來獲得該預成型體。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該強化纖維為聚合物，其熔融溫度大於該浸漬聚合物之熔融溫度。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該預成型體藉由使用部分針織(partial knitting)技術來針織。
  10. 如請求項9所述之方法，其中在步驟b之前包含縫合以閉合該預成型體之輪廓的步驟。
  11. 如請求項9所述之方法，其中在步驟b與步驟c之間包含以下之步驟：h.藉由焊接閉合該預成型體(425)之輪廓。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該預成型體藉由使用轉移網眼(mesh)技術來針織。
  13. 如請求項4所述之方法，其中藉由使該閉合空腔中該衝頭與該壓模之間的間隙在兩個數值之間變化而將該第一及該第二壓力施加於該預成型體上。
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