[发明专利]一种基于熔融沉积技术的复杂承力部件成形装置

说明书

本发明属于热塑性复合材料复合成形相关技术领域，其公开了一种基于熔融沉积技术的复杂承力部件成形装置，所述装置包括纤维铺放系统以及熔融沉积系统，其中：纤维铺放系统，包括送料盘、压辊以及激光加热单元，其中，送料盘用于装设预浸带，压辊用于将预浸带加压成形后送至熔融沉积系统的成形台，激光加热单元用于对预浸带进行加热；熔融沉积系统，包括打印头、成形台以及红外预热单元，成形台设有加热单元，加热单元与红外预热单元为打印头提供开放式工作环境下的温度场需求；工作模式切换与防干涉系统包括气缸螺杆和步进螺杆，用于控制压辊和熔融沉积系统的工作。本申请可以实现承力和功能结构件的一体化制造，具有重大的工程应用价值。

技术领域

本发明属于复合成形相关技术领域，更具体地，涉及一种基于熔融沉积技术的复杂承力部件成形装置。

背景技术

在纤维增强热塑性复合材料领域，现有的熔融沉积(FDM)技术由于技术不够成熟，其打印的原材料只能是短纤维增强材料或者纯树脂，由于短纤增强材料相对于连续纤维而言强度一般弱了一个数量级，这就注定了其只能制备功能性部件而不能用于制备承力部件。而在航空航天、深海船舶、汽车制造等领域，随着装备轻量化与性能要求的不断提高，上述领域关键承力部件日趋整体化、复杂化，往往会在薄壁承力结构的基础上增加高筋、卷边、卡槽等功能附属结构，现有的方法一般都是将承力部件和功能性部件分体成形然后进行焊接组装，组装后组合件的力学性能尤其是层间剪切强度很差，且工艺繁琐，效率低下，成本高昂。因此鲜有人应用熔融沉积技术来制备承力部件。但熔融沉积技术确实是一体化制造最好的方式，如何将其应用于承力部件的制备具有重大的意义。如何整体化制备复杂承力部件成为热塑性复合材料领域的瓶颈问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于熔融沉积技术的复杂承力部件成形装置，通过设置红外预热单元和加热单元使得熔融沉积在开放的环境中快速恒温成形成为可能，进而通过结合可以铺放连续纤维高强度材料的纤维铺放系统实现承力部件的构造，使得复杂承力结构件的一体化制造成为可能，具有重大的工程应用价值。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于熔融沉积技术的承力部件成形装置，所述装置包括纤维铺放系统以及熔融沉积系统：纤维铺放系统，包括送料盘、压辊以及激光加热单元，其中，送料盘用于装设预浸带，压辊用于将预浸带加压成形后送至所述熔融沉积系统的成形台，所述激光加热单元的光斑照射到压辊下方与成形台接触部位，用于对预浸带进行加热便于压辊压制成形；熔融沉积系统，包括打印头、成形台以及设于所述打印头上方的红外预热单元，所述成形台设有电加热单元，用于对所述成形台进行加热，所述加热单元与所述红外预热单元为所述打印头提供特定工作环境；工作模式切换与防干涉系统，所述工作模式切换与防干涉系统包括气缸螺杆和步进螺杆，其中，所述气缸螺杆设于所述压辊上，用于控制所述压辊的行程；所述步进螺杆的一端连接于所述熔融沉积系统，另一端与所述气缸螺杆连接，且其中部与一支点活动连接，当所述气缸螺杆向上移动时，所述步进螺杆绕支点向下运动，当所述气缸螺杆向下移动时，所述步进螺杆绕支点向上运动。

优选地，所述红外预热单元包括红外加热灯以及设于所述红外加热灯上部的反光罩，所述反光罩用于反射红外加热灯发射的光至打印区域以实现打印区域的加热。

优选地，所述红外加热灯为长管状，所述反光罩的开口为方形，所述红外加热灯其布置方向与纤维铺放系统送入的预浸带方向平行。

优选地，所述红外加热灯通过螺杆与所述反光罩的外缘连接实现联动，通过所述螺杆调节所述反光罩的高度与位置从而调节其与所述红外加热灯的相对距离以实现对加热区域的控制；或者所述反光罩为褶皱伞状，通过调节所述褶皱伞状的褶皱程度调节所述反光罩的开度进而实现对加热区域大小的控制。

优选地，所述红外预热单元还包括红外温度探针和控制系统，所述控制系统连接所述红外温度探针和红外加热灯，所述红外温度探针用于探测打印区域的温度，所述控制系统用于根据所述红外温度探针探测的温度控制所述红外加热灯的功率以使打印区域的温度在预设范围内。