[发明专利]一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法

说明书

本发明属于复合材料制造领域，特别涉及一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法。本发明将纱箱与铺放装置集成于一体，能够实现送丝、表面处理、铺贴、压实、剪切和重送等功能的全自动一体化；铺放过程中采用低温等离子工艺对预浸料进行在线表面改性，相比目前的自动铺放工艺，在达到相同粘接效果的前提下，本发明可有效降低预浸丝带加热温度，进而减小温度梯度，从根源上降低热应力，解决产品的翘曲，角度回弹和变形等问题；本发明降低了预浸丝带加热温度，需要的能量更低，更加节能环保。

技术领域

本发明属于复合材料制造领域，特别涉及一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法。

背景技术

低成本制造技术是先进树脂基复合材料广泛应用的先决条件，也是国际上复合材料领域关注的核心问题。欧美发达国家30多年的经验表明，复合材料自动铺放技术是最有竞争力的低成本制造技术之一。自动铺放技术将材料工艺、数控机床、CAD/CAM软件有机结合，实现了包括送纱、铺贴、压实、剪切和重送等功能的全自动化，是一种材料-结构一体化的增材制造技术，显著提升了制造效率，并减少了原料损耗。

热塑性复合材料因其高韧性、可回收等优异性能，逐渐成为航空航天复合材料构件的理想材料。将自动铺放技术用于热塑性复合材料构件的制备，可“原位固结”一次成型，加工效率高，突破了“热压罐”技术对构件成型的场地、尺寸限制。因此热塑性复合材料自动铺放技术在航空航天领域的重要性日益凸显。然而，热塑性复合材料对温度具有敏感性，并且在铺放过程中预浸料在局部瞬时高温高压作用下，反复经历熔融及冷却。铺层内部的温度梯度将在复合材料内部引起热应力和热变形，进而对成型构件的力学性能、尺寸精度产生不良影响。因此，残余热应力及热变形控制是当前亟需解决的重要课题。

中国专利CN 105128363B及CN111619138A公开了通过再次加热及压实的方式来释放残余应力，并减小热变形，但这种后处理方式存在效率低、能耗高等缺点。CN 104669631B针对L型复合材料，公开了通过模具修正来补偿热变形的方法，但对于形状复杂的构件，需兼顾其各部位的热变形补偿，模具修正工作量庞大，实际操作几乎难以实现。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头与铺放方法。

本发明的技术方案：

一种等离子辅助激光原位成型的纤维铺放头，包括预浸料箱和辊压铺放箱；

所述的预浸料箱顶部设有连接法兰13，通过连接法兰13将纤维铺放头安装在外部驱动装置上；所述的预浸料箱内设有传送箱14和多个放卷轴16；所述的传送箱14位于预浸料箱的中部，传送箱14的侧面上对称设有多个通孔，传送箱14的底面设有一个通孔；多个放卷轴16环向对称布置在传送箱14的四周，预浸丝束17缠绕在放卷轴16上，预浸丝束17从放卷轴16上放卷后经由导轮b15转向至传送箱14侧面的通孔中，从而将预浸丝束17传送至传送箱14中；

所述的辊压铺放箱，其内部或者外部设有张力器、重送装置、等离子表面处理装置、剪切集束装置、加热装置和辊压装置；

所述的张力器位于辊压铺丝箱内的上部，包括连杆11、多个张力压辊10、张力气缸12、两个传送辊18和电机19；多个张力压辊10通过连杆11连接，张力气缸12的输出轴与连杆11的中部连接，张力气缸12为连杆11提供向下的压力；两个传送辊18安装在张力压辊10的下方，位于两个张力压辊10之间的空隙对应下方位置，电机19通过皮带带动两个传送辊18转动；多束预浸丝束17从传送箱14底面的通孔进入辊压铺丝箱中，通过导轮a9送入张力器中，通过张力压辊10和传送辊18的配合，以张紧预浸丝束17，并通过传送辊18将预浸丝束17向下传送；