[发明专利]一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层装置及方法，在压辊将碳纤维预浸料引入压实区的同时，利用激光能量产生的温度在模具和碳纤维预浸料之间形成接合区，再利用压辊压力在粘合点处将碳纤维预浸料和模具粘结在一起，同时采用一种由温度传感器、控制器和双加热激光头组成的闭环控制系统，实现根据此温度传感器采集到的温度信息，反馈给控制器，以更精确的调整激光光束的脉冲和能量，在碳纤维预浸料被引导到压实区时，调整加热区域温度，使铺设区域始终保持在最优的铺设温度，从而保证了碳纤维预浸料铺设的牢固程度，同时又可以保证碳纤维预浸料不被烧蚀。

技术领域

本发明属于碳纤维生产设备领域，尤其涉及一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层装置及方法。

背景技术

随着装备制造业的发展，对机械产品的性能提出了更严格的要求，碳纤维材料以其优越的力学性能，在各个领域的应用越来越广泛。碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍，密度只有钢材四分之一。可塑性好，可根据模具形状做成任何形状，成型容易，便于加工，耐腐蚀，寿命长。碳纤维材料最初应用于军事和航空航天领域，目前，由于科技的发展，碳纤维材料广泛应用于轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器、公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等领域。

目前的碳纤维预浸料铺设工艺大多数采用手工铺层，不仅加工效率低，步骤繁琐，人力物力消耗大，经济效益低，而且铺层质量欠佳，贴附性不够，容易和基体脱开。此外，在已知方法中，使用热气筒加热碳纤维预浸料，热气体将碳纤维预浸料带和模具加热到相同的温度，但是热气筒加热面积不易控制，而且不能控制温度变化，只具备单一的加热能力，容易引起预浸料条带的烧蚀。因此，在碳纤维预浸料条带铺设装置或方法中，热气筒这种加热方法已经比较落后。

激光加工技术是一种高效率，高精度的非接触加工方法，而且，激光可以通过光学元件传输和变换，易于实现自动化生产。目前在激光温辅助引导碳纤维预浸料复合材料铺设领域的研究应用几乎没有，因此，本发明提出了这种创新性的装置和方法。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层装置及其方法，目的在于解决了传统人工铺层和热气筒加热存在的铺设效率低，碳纤维预浸料条带铺层质量差的问题。

一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层装置，包括压辊、压辊压力控制电机、放料带轮、送带轮、张紧轮、模具、温度传感器、激光控制器、激光头A和激光头B，所述压辊与压辊压力控制电机连接，且压辊与模具前进方向的末端接触，所述放料带轮上的碳纤维预浸料通过张紧轮和送带轮的作用引入模具上的粘合点；所述激光控制器分别连接温度传感器、激光头A和激光头B，所述温度传感器的测量端置于粘合点处。

进一步，所述激光头B的激光方向朝着送带轮和压辊之间的预浸料带照射，实现对这部分预浸料带预热，激光头A朝着压紧区域的预加热碳纤维预浸料和模具照射，实现对该部分预加热碳纤维预浸料加热到所需要的温度；所述激光头A和激光头B的激光头内部设置光束整形器，所述光束整形器由菲涅尔透镜和柱面透镜组成，将激光头A和激光头B的激光光束整形得到矩形光束。

进一步，所述激光控制器控制激光头A和激光头B，产生所需要的功率大小。

进一步，所述激光头A、激光头B和温度传感器与压辊整体随着模具的移动能自动调节，使得模具和待压实碳纤维预紧料可以被连续均匀加热。

进一步，模具形状跟据加工工件形状进行选择。

一种激光双光源温辅助碳纤维预浸料铺层方法，包括以下步骤：

步骤1，对模具进行加工处理，保证模具表面光洁，涂覆脱模剂；

步骤2，，将待压紧碳纤维预浸料通过张紧轮和送带轮机构先引导至处理过的模具的粘合点，通过压辊对其预压紧，保证碳纤维预浸料保持紧绷状；