[发明专利]一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置及方法

权利要求书

1.一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，包括料卷(8)、机架(1)、导向机构(3)、机器人铺放臂(2)、定向压辊(5)、压紧压辊(6)和电源控制器(7)；料卷(8)设置在机架(1)上，料卷(8)用于放置复合材料预浸带料卷；料卷(8)下方的机架(1)上设置有导向机构(3)，机架(1)的顶部与机器人铺放臂(2)固定连接，机架(1)的底部固定设置有定向压辊(5)和压紧压辊(6)；电源控制器(7)设置在机架(1)上，且定向压辊(5)和压紧压辊(6)均连接到电源控制器(7)上。

2.根据权利要求1所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，热塑性复合材料的树脂基体为聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺或尼龙热塑性树脂基体中的一种；增强纤维为碳纤维，碳纤维为通用型、高强型、中模高强型、高模型或超高模型碳纤维中的任意一种碳纤维；复合材料预浸带料卷为连续纤维组成的预浸带或非连续短切纤维组成的预浸带。

3.根据权利要求1所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，导向机构(3)包括第一导向滚轮和第二导向滚轮，第一导向滚轮设置在靠近料卷(8)的机架(1)上，第二导向滚轮设置在靠近定向压辊(5)的机架(1)上；机架(1)的下方设置有铺设台，铺设台上放置有模具。

4.根据权利要求3所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，两个导向滚轮之间的机架(1)上固定设置有预加热装置(4)，预加热装置为中空加热管。

5.根据权利要求4所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，复合材料预浸带料卷依次经过第一导向滚轮、预加热装置(4)、第二导向滚轮和定向压辊(5)。

6.根据权利要求1所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，机器人铺放臂(2)固定设置在机架(1)的侧面，机器人铺放臂(2)的输出端与机架(1)的顶端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，其特征在于，电源控制器(7)为直流电源或交流电源中的一种；电源控制器(7)的正负极分别接在导向压辊(5)与压紧压辊(6)上。

8.一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置的操作方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任意一项所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，包括以下步骤：

步骤1，测定热塑性碳纤维复合材料卷的电阻率，参考模压成型方法的压力与温度参数，核算出自动铺放成型所需要的压紧力、铺放速度、电压和电流参数，然后将热塑性碳纤维复合材料卷装在料卷上；

步骤2，将热塑性碳纤维复合材料预浸带经导向机构传输到定向压辊上，预加热机构首先对导出的预浸带进行预加热；

步骤3，然后电源控制器输出的电流由定向压辊传入到热塑性碳纤维预浸带中，再由压紧压辊导出，在此过程中对热塑性碳纤维预浸带进行加热，经过热化的预浸带经过压紧压辊进行压实，从而实现单层热塑性碳纤维预浸带的铺放成型；

步骤4，依此循环，机器人铺放臂按照铺放路径对热塑性碳纤维预浸带进行反复铺放成型，从而实现整个三维实体构件的成型。

9.根据权利要求8所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置的操作方法，其特征在于，步骤3中机架由机器人铺放臂带动向前移动，使热塑性碳纤维预浸带经过定向压辊铺在模具上，然后随着机架的继续向前移动，铺设在模具上的热塑性碳纤维预浸带接触压紧压辊，由压紧压辊对热塑性碳纤维预浸带进行压紧。

10.根据权利要求8所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置的操作方法，其特征在于，电源控制器输出的电流是由步骤1核算出的自动铺放成型所需要的电压、电流参数决定的；机器人铺放臂的移动速度和下压力是由步骤1核算出的自动铺放成型所需要的压紧力和铺放速度决定的。