[发明专利]3D热塑性复合材料的拉挤系统及方法

说明书

一种3D热塑性拉挤系统和方法，基于3D可变冲模系统并且包括一组或多组3D热塑性成型机，以连续生成具有变化截面几何形状和恒定表面轮廓、变化截面几何形状和变化表面轮廓以及恒定截面几何形状和变化表面轮廓中的至少一种的热塑性复合拉挤件。

技术领域

本发明涉及3D拉挤系统和方法。

背景技术

近来，已使用CNC技术和3轴定位在热塑性3D打印方面取得进展。这些3D打印机允许仅利用CAD制图生成各种各样的形状。即，它们具有不利用模具而创建复杂形状的优势。

发明内容

本发明的一方面涉及一种基于3D/可变冲模系统的3D拉挤系统和方法，以连续生成具有变化截面几何形状和恒定表面轮廓、变化截面几何形状和变化表面轮廓以及恒定截面几何形状和变化表面轮廓中的至少一种的热塑性复合材料拉挤。

该3D拉挤系统和方法使得来自汽车、工业和航空航天的多数行业能够仅使用CAD程序和CNC处理创建连续的、自动化的复杂形状，而不需要昂贵模具。

本发明的另一方面涉及一种3D热塑性拉挤系统。该拉挤系统包括：一组或多组3D热塑性成型机；以及CNC控制系统，控制该一组或多组3D热塑性成型机，以便使加热预浸料热塑性复合材料成形为3D热塑性复合拉挤件。

本发明的以上列举的方面的一个或多个实现方式包括以下中的一个或多个：3D热塑性复合拉挤件具有变化截面几何形状和恒定表面轮廓。3D热塑性复合拉挤件具有恒定截面几何形状和变化表面轮廓。3D热塑性复合拉挤件具有变化截面几何形状和变化表面轮廓。

3D热塑性复合拉挤件在拉挤方向以及与拉挤方向成90度的方向上都具有变化表面轮廓。3D热塑性复合拉挤未利用模具创建。一组或多组3D热塑性成型机包括多个CNC致动器以及通过CNC致动器可成形的柔性冷却带，以便使加热预浸料热塑性复合材料成形为热塑性复合拉挤件。旋转接头将多个CNC致动器连接至冷却带。CNC控制系统包括：计算机系统，具有被配置为存储可执行编程模块的计算机可读介质；处理器，与所述计算机可读介质通信耦接并被配置为执行存储在所述计算机可读介质中的编程模块；一个或多个计算机编程模块元素，存储在计算机可读介质中并且被配置为由处理器执行，其中，一个或多个计算机编程模块元素被配置为进行CNC致动器的延伸和缩回中的至少一个。CNC控制系统以+/-0.001英寸的精确度进行CNC致动器的延伸和缩回中的至少一个。CNC控制系统包括：计算机系统，具有被配置为存储可执行编程模块的计算机可读介质；处理器，与所述计算机可读介质通信耦接并被配置为执行存储在所述计算机可读介质中的编程模块；一个或多个计算机编程模块元素，存储在计算机可读介质中并且被配置为由处理器执行，其中，一个或多个计算机编程模块元素被配置为将多个致动器指令至具体位置以便使冷却带弯曲并用于构造轮廓。材料推进系统将热塑性复合拉挤件递增地推进一增量，并且CNC控制系统包括：计算机系统，具有被配置为存储可执行编程模块的计算机可读介质；处理器，与与所述计算机可读介质通信耦接并被配置为执行存储在所述计算机可读介质中的编程模块；一个或多个计算机编程模块元素，存储在计算机可读介质中并且被配置为由处理器执行，其中，一个或多个计算机编程模块元素被配置为控制3D热塑性成型机，使得冷却带将加热预浸料热塑性复合材料固化为用于每一增量的材料推进的具体形状。一组或多组3D热塑性成型机布置在加热预浸料热塑性复合材料以上和以下。3D热塑性拉挤系统连续生成如下至少一个：诸如车门和引擎罩的复杂车身板件、飞机机身面板、行李舱、飞机内部区段、空气动力学表面、复杂导管、管道系统以及目前需要较大模具的任意部件。加热预浸料热塑性复合材料包括纤维复合材料，该纤维复合材料包括第一夹层蒙皮、第二夹层蒙皮、内部芯以及从第一夹层蒙皮延伸至第二夹层蒙皮、将这些夹层蒙皮联接在一起的3D Z轴纤维的不同组。柔性冷却带包括剥离材料。布置在加热预浸料热塑性复合材料以上和以下的3D热塑性成型机包括柔性冷却带。3D热塑性成型机包括与CNC致动器可操作耦接的伺服电机。3D热塑性成型机包括致动器所围绕旋转的枢轴点。3D热塑性成型机包括附接至致动器的推拉板。3D热塑性拉挤系统包括加热冲模，并且3D热塑性拉挤系统在加热冲模的下游。