[发明专利]一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置

说明书

本发明公开了一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，其包括上位机(101)、电源模块(102)、控制单元(103)、液压单元(104)、温度采集单元(105)、激光加热单元(106)、铺放平台(107)和固化度测量单元(108)。该装置采用激光辅助加热与压辊辊压成型工艺相结合，采用液压辊碾压复合材料预浸带成型来提高板材成型的均匀性，通过精确控制激光功率来保证板材成型的质量和生产效率，采用拉曼光谱测试方法实现复合材料固结程度的在线非接触测量，采用自动化铺放成型实现复合材料预浸带的多层铺放及多种运动轨迹铺放，在整个工艺过程中无需操作人员值守。

技术领域

本发明涉及一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，属于激光制造装备技术领域。

背景技术

在热塑性复合材料板材成型制造中，传统的湿法工艺制造方法采用裹敷胶水的纤维进行铺放固结成型，由于复合材料预浸料中胶水的均匀性较差导致胶水厚度不一，以及裹敷的胶水粘度较低，铺放过程中溢出的胶水需要额外增加专门人员进行清除，从而带来铺放均匀性差，且生产环境清洁难度大；在铺放完成后需要将该半成品放到专门的高温固化炉内进行恒温烘烤24小时以上，能耗大，生产效率低，固结成型后的复合材料制品含胶量高，不利于轻量化。热风枪、火焰、红外线等辅助加热成型方式，由于加热温度场不均匀，以及铺层间温差小等系列问题，导致成型构件质量差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，通过激光辅助加热复合材料预浸料达到设定的工作温度，利用压辊碾压使复合材料预浸料快速铺放成型。

如附图1所示，本发明提供的一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，包括上位机101、电源模块102、控制单元103、液压单元104、温度采集单元105、激光加热单元106、铺放平台107和固化度测量单元108；其中操作人员通过对上位机101设置铺放轨迹、加热温度、固化度及铺放压力等参数，并向控制单元103发送控制指令，电源模块102向上位机101、控制单元103、液压单元104、温度采集单元105、激光加热单元106、铺放平台107和固化度测量单元108供电，控制单元103根据上位机101发送的控制指令来实现对液压单元104、激光加热单元106、铺放平台107和固化度测量单元108的控制，控制液压单元104加载和卸除压力，调节激光加热单元106的功率并保证辐照位置的预浸料能够稳定在设定的温度范围，根据温度采集单元105采集的温度值与设定值比较来反馈控制激光加热单元106的功率，控制压辊218的运动轨迹，根据固化度测量单元108测量的固化度值与设定值比较来控制压辊218的运动速度；所述的上位机101优选工控计算机或触摸屏，用于操作人员设置铺放轨迹、加热温度、固化度及铺放压力等参数，并向控制单元103发送控制指令；所述的电源模块102为复合型稳压电源模组，用于向上位机101、控制单元103、液压单元104、温度采集单元105、激光加热单元106、铺放平台107和固化度测量单元108供电；

所述的控制单元103优选单片机控制器或PLC控制器，根据上位机101发送的控制指令来实现对液压单元104、激光加热单元106、铺放平台107和固化度测量单元108的控制；所述的液压单元104由液压泵301、液压执行机构302、电磁换向阀303和油管304组成；其中液压泵301、液压执行机构302和油管304组成液压油的闭合回路，液压泵301在电源模块102的供电下工作，电磁换向阀303在控制单元103的控制指令下实现液压执行机构302输出轴的伸和缩，从而实现载荷的加载和卸除；所述的液压泵301为螺杆泵，用于向液压单元104提供液压动力；

如附图2所示，所述的温度采集单元105为由收集光学系统、红外测温传感器和处理电路组成的红外测温仪，通过支架202固定到支撑板205上，用于测量激光加热单元106辐照在复合材料预浸料表面位置的温度，并将采集的温度信息发送给控制单元103；所述的支撑板205为“L”型板架，通过螺钉固定在输出导向槽221上；