[发明专利]制造树脂基复合材料构件的原位固结纤维铺放方法及装置

权利要求书

1.一种在线原位固化复合材料构件的制造方法，其特征在于，该方法对用于制造复合材料构件所铺放的一层或若干层浸润着光敏树脂/环氧树脂的纤维铺层进行滚压，在纤维铺层上设置一紫外光/电子加速器，由该紫外光/电子加速器同时对浸润着光敏树脂/环氧树脂的铺放的纤维铺层进行辐照，从而使纤维铺层发生化学交联反应而固化定型，不断重复这一过程，从而使复合材料构件分层固化成型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对纤维铺层进行滚压的滚压力由压辊或者压靴施加，压辊或者压靴和待固化表面相接触，压辊或者压靴和待固化表面压紧接触的同时，紫外光/电子加速器即对压辊与复合材料铺层接触处进行瞬时原位固化定型，因此当压辊或者压靴离开后，复合的纤维铺层不会因为张力而脱离其下面已经铺好的固化层。

3.权利要求1所述的在线原位固化复合材料构件的制造方法的纤维铺放装置，其特征在于，该装置包括：在制构件的支撑定位机构(1)、铺放执行机构(2)、原材料供给机构(3)、控制及辅助部分(4)铺放及原位辐射固化能源装置(5)；原材料供给机构(3)配合铺放执行机构(2)给支撑定位机构(1)中的复合材料构件芯模表面铺放浸润过树脂的纤维层，铺放及原位辐射固化装置(5)位于支撑定位机构(1)上方，对铺放的纤维层进行照射使纤维层固化，控制及辅助部分(4)位于原材料供给机构(3)一侧，配合整个系统完成辅助功能。

4.如权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于：所述的在制构件的支撑机构(1)分为旋转芯模支撑定位机构(1-1)和平面芯模支撑定位机构(1-2)，用于给不同类型的在制构件提供支撑；

所述的铺放执行机构(2)包括机器人(2-1)，空间扩展装置(2-2)，机器人(2-1)连接在空间扩展装置上(2-2)；

所述的原材料供给机构(3)包括纤维锭支撑架(3-1)，纤维浸润装置(3-2)，张紧装置(3-3)，纤维梳理传送装置(3-4)，纤维束(3-5)；

所述的控制及辅助机构(4)包括控制柜(4-1)，空气压缩机(4-2)，树脂泵(4-3)；

所述的铺放及原位辐射固化装置(5)包括辐射源(5-1)，铺放头(5-2)，压紧机构(5-3)，连接安装机构(5-4)。

5.如权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于，所述的支撑机构(1)中的旋转芯模支撑定位机构(1-1)包括头架(1-1-1)，尾架(1-1-2)，回转体旋转芯模(1-1-3)，旋转驱动装置(1-1-4)，回转体旋转芯模(1-1-3)的一端连接头架(1-1-1)，另一端连接尾架(1-1-2)，头架(1-1-1)和旋转驱动装置(1-1-4)连接。

6.如权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于，所述的支撑机构(1)中的平面芯模支撑定位机构(1-2)包括工作台(1-2-1)，固定压板(1-2-2)，定位块(1-2-3)，非回转体芯模(1-2-4)；非回转体芯模(1-2-4)和定位块(1-2-3)接触，由固定压板(1-2-2)压紧固定在工作台(1-2-1)上。

7.如权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于，所述的铺放执行机构(2)中的机器人(2-1)具有6个运动自由度，采用可控轨迹控制方式；所述的铺放执行机构(2)中的空间扩展装置(2-2)，包括X-Y工作台(2-2-1)和龙门结构(2-2-2)，机器人(2-1)安装在X-Y工作台导轨上或者龙门机构上。

8.根据权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于，所述的原材料供给机构(3)中的纤维束(3-5)从纤维锭支撑架(3-1)中引出，经过纤维浸润装置(3-2)，张紧装置(3-3)和纤维梳理装置(3-4)，连接到铺放头中进行铺放；所述的纤维梳理装置(3-4)是梳子状结构，每两个梳齿之间有一束纤维穿过，可铺放多束纤维束；所述的纤维浸润装置(3-2)是一个容器，内装有树脂和若干压辊，纤维束从树脂和压辊中穿过。

9.根据权利要求3所述的纤维铺放装置，其特征在于所述的控制及辅助部分(4)包括机器人控制柜(4-1)，空气压缩机(4-2)，树脂泵(4-3)，所述的树脂泵一端连接(4-3)在装有树脂的容器中，另一端连接在纤维浸润装置中。

10.如权利要求4所述的纤维铺放装置，其特征在于，所述的铺放及原位辐射固化装置(5)中的辐射源(5-1)采用紫外光或者电子束；所述的铺放及原位辐射固化装置(5)中的铺放头(5-2)具有合、分、剪、夹持、重送纤维束功能；所述的铺放及原位辐射固化装置(5)中的压紧机构(5-3)采用多个压滚或者压靴，沿同一轴线排列组成一个滚压整体，根据铺放的纤维层宽度的变化，压滚或者压靴沿纤维层压紧表面的法线方向做伸缩移动，改变压紧宽度；压辊或者压靴沿着已铺放的纤维层表面的法线方向压紧，且始终保持压紧力恒定；所述的铺放及原位辐射固化装置(5)中的连接安装机构(5-4)将辐射源(5-1)、铺放头(5-2)、压紧机构(5-3)通过连接安装机构连接在一起，连接安装机构安装在机器人(2-1)上，使整个铺放及原位辐射固化装置(5)在机器人(2-1)的引导下按照预定路径移动。