[发明专利]利用激光的复合材料丝带铺设装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光的复合材料丝带铺设装置及其方法，用于在航空制造领域中利用激光装置辅助铺设飞机用的复合材料丝带，属于激光技术应用领域。

背景技术

复合材料具有轻质量、高强度、高模量、结构功能一体化和设计制造一体化、易于制造大型构件等优点，在航空航天工业中得到广泛的应用。复合材料用量已经成为评价航空航天器的先进性的重要指标之一，所以，复合材料在飞机上的使用量日益增多。随着飞机结构尺寸的不断增大以及飞机复合材料使用量的不断增多，用于制造复合材料构件的专用设备及技术得到迅速发展和广泛应用。复合材料的自动铺设装置主要应用于制造航空航天、船舶、汽车等工业领域的有特殊要求的产品零件。

复合材料自动铺设成型技术是自动丝束铺设成型技术和自动窄带铺设成型技术的统称，是在已有的缠绕技术和自动铺设技术基础上发展起来的一种自动化制造技术。目前的自动铺设技术首先需要制作预浸带，按照基于结构确定的铺层方向和铺层厚度，通过多自由度的铺设头按照一定规律将多组纤维预浸纱束(或窄带)铺设到目标芯模的表面，铺设过程中同时加热软化预浸纱束(或窄带)，并用压紧辊压实，从而形成制品的型面。最后，将铺设成型品进行加热固化成型，得到成品。

如果使用热压罐、热压机等热固化成型设备，其工艺周期长，导致成本提高。目前，研究复合材料纤维铺设成型技术的方向就是要取消热固化成型工序，通过将热塑性纤维铺设技术及热固性铺设技术同电子束固化技术结合起来，可以大幅降低制造时间、材料消耗和能源，还可以获得良好的力学性能。但是，电子束固化技术使用电子束做为热源，需要高真空环境以防止电子散射，在加工台上必须设置具有规定空间的一个真空室，从而较大程度上影响了加工的灵活度，此外，所需的抽真空时间，也严重降低了生产效率。

另外，为了保证预浸纱束(或窄带)与模具上原有的铺层具有更好的粘结性，并且防止出现气泡、保证产品质量，制作预浸纱束(或窄带)时需要专门的工艺设备，因此，导致制作工艺复杂、制造费用提高。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的上述问题点而做出，其目的在于提供一种利用激光的复合材料丝带铺设装置及其方法，将激光技术与纤维铺设技术相结合，在复合材料铺设过程中利用激光束对具有一定树脂含量的湿纤维束表面进行逐点扫描，从而加热湿纤维束的被扫描区域表面，使其成为固化状态，然后用压紧辊压实，从而形成制品的型面。因此，加工工艺简单，加工时间缩短，且制造成本降低。

本发明提供的一种利用激光的复合材料丝带铺设装置，具有放带卷、涂胶辊、导向单元以及压辊，其还包括激光装置，其被设置成可朝着被加工构件和上述复合材料丝带的粘合部发射激光束，通过利用发射出的激光束对铺设到被加工构件上的复合材料丝带的粘合面进行不间断的逐点扫描，使得被扫描区域表面的薄层产生光聚合反应而达到固化状态。

此外，本发明提供的一种利用激光的复合材料丝带铺设方法，其包括以下步骤：放带步骤，随着放带卷的转动，从卷绕有上述复合材料丝带的放带卷中连续地送出上述复合材料丝带；涂胶步骤，使涂布在涂胶辊上的胶被涂抹在上述复合材料丝带的要粘合到被加工构件上的一侧表面上；引导步骤，由牵引夹持机构夹持经涂胶的上述复合材料丝带，并且由导向辊进行引导之后，上述复合材料丝带被输送到被加工构件与压辊之间；铺设步骤，利用从激光装置发射出的激光束对铺设到被加工构件上的复合材料丝带的粘合面进行逐点扫描，使得被扫描区域表面的薄层产生光聚合反应而达到固化状态，然后利用压辊进行辊压，从而将将上述复合材料丝带压固在被加工构件的表面上。

另外，上述复合材料丝带铺设方法还可以包括剪切步骤，按规定尺寸剪切上述复合材料丝带。