[发明专利]制造具有复杂形状的复合部件的方法和装置

说明书

本发明涉及制造具有热塑性基质和连续增强的三维复合部件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a.通过三维编织获得预浸渍纤维预成型件(100)；b.将预成型件放在凸模(120)或工具的基体（110）上，在凸模和基体之间形成一个密封的封闭腔；c.以对预成型件施加第一个压力的方式关闭工具；d.在保持第一个压力的同时使模腔达到浸渍预成型件的聚合物的熔融温度；f.在保持第二个压力的同时将包含预成型件的腔体冷却至适于脱模的温度；g.打开模具并将部件脱模(460)。

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有复杂形状的复合部件的方法和装置。本发明更具体地旨在用于制造三维复合部件，例如盒子或圆顶，或者包含多个凸浮雕的部件。本发明还适用于管状部件的制造，特别是包含多个管的接合处，例如排气歧管。本发明适用于许多领域，特别是但不仅限于，用于制造行李箱或用于诸如平板电脑或电视屏幕之类的电子硬件的罩盖，制造头盔或防护设备，更普遍地涉及，尤其是但不仅限于当三维形状有不可展开的曲面时，三维量产的复合部件。

背景技术

该领域中有例如文献EP2694277所示的现有技术。该文献描述了具有倒角边缘的矩形壳体的制造，该矩形壳体为具有5个面的盒子形状。从一块平坦的坯料开始，该坯料包含用热塑性聚合物预浸渍的叠层织物的叠层，所述织物通过冲模单元形成并压实/固结为用连续纤维增强的复合部件，而坯料保持器使得在将叠层构造为所需形状期间可以将纤维保持在张力下。该技术是令人满意的，但是在成形和固结后需要对部件进行大量修整，并且无法产生深拉伸冲压。连接盒子各个表面的三维连接的角配件是特别受力的区域，该处可能会发生聚合物的扭曲，从而使纤维暴露出来，引起不美观，甚至褶皱或撕裂的现象。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，为此目的，涉及一种用于制造具有热塑性基质和连续强化的三维复合部件的方法，该方法包括以下步骤：

a. 通过三维编织获得热塑性聚合物的预浸渍纤维预成型件，该预成型件形成与最终部件的形状相对应的基质。

b. 将预成型件放在工具配对的凸模和凹模之间，在凸模和凹模之间形成一个密封的封闭腔；

c. 以对预成型件施加第一个压力的方式关闭模具；

d. 在保持第一个压力的同时使模腔达到浸渍预成型件的聚合物的熔融温度；

e. 在保持第二个压力的同时将包含预成型件的腔体冷却至适于脱模的温度；

f. 打开模具并将部件脱模。

因此，该编织方法使得能够获得基本上对应于最终部件的三维形状的预成型件，该预成型件是一体的，而无需组装粘合和变形构象。通过使用与压力-温度循环相关的封闭腔，可以直接获得成品尺寸并带有干净边缘且不需要任何修边的部件。由于没有成形，因此冲压深度不受限制。由于预成型件预浸渍有热塑性聚合物，因此可以不受时间限制地存储，并且可以在远离转化地点的地方进行制备。因此，该方法特别适于本发明目标领域的工业批量化生产。

在本发明的上下文中并且应用于通过本发明的方法获得的预成型件的术语“预浸渍的”表示干燥和柔性外观的预成型件，其包括形成将来复合部件的基质的聚合物。在本发明的特定实施方案中描述了将聚合物整合到满足这些特征的编织预成型件中的方法。严格地说，浸渍是通过在本发明方法的步骤d）和e）中熔融的聚合物纤维之间的渗透进行的。

根据下文公开的实施例和替代方案有利地实现本发明，这些实施例和替代方案应被单独考虑或根据任何技术上允许的组合来考虑。

根据一个实施例，本发明的方法包括在步骤d）之前的步骤，该步骤包括抽空由凸模和凹模限定并包含预成型件的模腔。因此，在所述腔中的真空和第一个压力的施加使得可以确保在浸渍聚合物的熔化期间预成型件的脱气和预成型件的良好的浸渍。

有利地，本发明的方法在步骤d）和f）之间包括步骤：