[发明专利]用于制造纤维增强的塑料构件的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造三维构件的设备和方法，该三维构件由基于已浸渍的纤维带的纤维增强的热塑性塑料构成。

背景技术

纤维增强的塑料构件具有由增强纤维组成的结构，其嵌入塑料基质材料中。对于较复杂且较高性能的构件来说，通常要求带有尽可能满足负载地布置的纤维方向的多层纤维结构。使用已浸渍的热塑性纤维带作为用于上述制造方案的原材料。这种纤维带由单层的带状的纤维基本结构构成，该纤维基本结构已经浸渍有所需的基质材料。这种纤维带例如作为卷曲材料被提供。用于制造这种已浸渍的纤维带的可能性例如在DE 42 18 434 A1中描述。

由这种已浸渍的纤维带制造出多层的矩形板是公知的，其用作后续加工的半成品。在US 2011/0111168 A1中描述了，如何能用这种纤维带制作出宽至2m的多轴平板，其在纵向方向上具有良好的可塑性并且具有尽可能不依赖于方向的强度，并且该多轴平板可以被支承且之后可以被进一步加工。在对板进行进一步加工的情况下，缺点是，当生产较复杂地成型的构件时，会产生很多昂贵的半成品材料的边角料。

替选地，可以像在DE 100 12 378 A1中描述的那样，借助所谓的带铺设器将已浸渍的纤维带直接以某个形状放置。纤维带在被放置时受热，因此其与另外的带连接。为了能够实现任意的构件形状和满足要求的纤维层，安设多轴吊架系统(mehrachsportalsystem)或弯臂机器人用于带铺设器头部的运动。运动系统在进行控制时是非常复杂的且相对较慢，或者说具有小的放置速率(单位kg/h)。

发明内容

本发明的任务是，针对所提到的制造方案提供一种设备和一种方法，由于尽可能优化地利用材料，其是更低成本的，并且能更好地自动化，并且适用于批量制作三维的、更复杂的构件。

根据本发明，对于设备来说，该任务以如下方式解决，即，该设备具有

-多个并排布置的抓取器，用以抓取用基质材料浸渍的纤维带，其中，抓取器可以在相互平行的路径上分别在拿取位置与最大位置之间线性移动，从而纤维带可以在抓取器与相应配属的传递设备之间张开，

-可转动的工作台，在该工作台上，可以将纤维带放置在第一层中和至少在另外的层中，

-分离设备，其可以在传递设备附近分离纤维带，

-加热装置，用以将层加温至160°至400℃，

-第一成形工具和一个或多个另外的成形工具，它们可以移动到一起，从而其使得层三维地变形，

-以及传输设备，其可以将仍然是热的层传输到成形工具之间。

通过根据本发明的实施方案得到多个优点。通过并排使用多个抓取器，可以将纤维带同时放置在整个构件面上。基于平行和线性的运动，相比在公知的带铺设器中的情况，设备和其自动化可以被更简单地设计。这在整体上更快且更低成本且更灵活地用于适配不同的待制作的构件。在根据本发明的设备中优选存在至少10个，特别优选至少20个抓取器。因为抓取器可以不相互依赖地移动到不同的中间位置上，所以纤维带可以根据随后的构件轮廓被放置。由此避免了，像在使用矩形半成品时那样产生高成本原料的过多的边角料。由于使用已浸渍的纤维带作为原材料，一方面，不必对具有不完全渗透风险的多层纤维结构进行附加的浸渍，并且另一方面，可以节省高成本预制的半成品，例如多层板。此外，其是节省能量的，用于连接纤维带或层所需的加温同时也还用于三维的变形，其方法是，不设置层组件的临时存储部而是随后直接进行变形，为此，将仍然是热的层置入到成形工具中。

所制造的三维构件已经可以具有最终轮廓，或者该三维构件是还将被变形的中间产品。

所使用的纤维带的纤维优选是碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。优选使用单层的纤维带，并且优选使用如下纤维，在其中，纤维大部分或完全沿一个方向，特别优选是沿纵向方向定向。也可以使用如下纤维带，其具有织物或织品的基本结构。作为浸渍物被安放的基质材料是热塑塑料，优选是PEEK、PPS或聚酰胺，例如形式为作为粉末或纤维覆盖物的薄膜、液滴、涂层、纱线。已浸渍的纤维带例如在多个退卷站作为卷曲物被提供。