[实用新型]利用激光的复合材料丝带铺设装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用激光的复合材料丝带铺设装置，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。 

实用新型内容

本实用新型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，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。 

本实用新型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。 

根据如上所述的本实用新型，由于该技术使用激光连续固化工艺，不需要事先制备和妥善储藏预浸带，取消了预浸纱束/带的制造环节，在复合材料构件的制造过程中直接制作，即作即用，所需设备简单，制造工序得到简化，避免了由于预浸带的失效导致的浪费现象和质量问题，也避免了专门制作预浸带时产生的环境污染，可有效提高复合材料的铺设工艺效率。铺设过程中采用湿纤维束，纤维束中纤维丝的自由度大，可以实现柔性制造。并且，激光连续固化工艺对热固性复合材料体系和热塑性材料体系都可以实现在铺设过程中直接加热固结定型，简化了工艺，降低了成本。激光连续固化工艺可以在大气中进行，不需要真空室，不受加工件尺寸限制；激光连续固化工艺加工柔性大，灵活度高，不受加工件形状限制，能制造复杂、精细的零件；另外，由于激光的波长易被涂有树脂的湿纤维束吸收，且能量集中，热影响区域小，在短时间内迅速对湿纤维束进行加热，实现完全彻底固化，激光连续固化工艺的循环时间大大低于电子束加工。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。 

该技术在航空制造领域中实现飞机复合材料构件的自动铺设成型。 

本实用新型的有益效果是： 

1)不需要事先制备和妥善储藏预浸带，制造工序得到简化； 

2)避免了由于预浸带的失效导致的浪费现象和质量问题，也避免了专门制作预浸带时产生的环境污染； 

3)湿纤维束中纤维丝的自由度大，可以实现柔性制造； 

4)激光连续固化工艺对热固性复合材料体系和热塑性材料体系都可以实现在铺设过程中直接加热固结定型； 

5)不需加热系统，简化了工艺，降低了成本。