[发明专利]用于施加细长纤维丝束的设备和方法

说明书

一种压脚装置和系统，所述压脚装置和系统包括用于形成和施加细长纤维丝束的压脚装置，其中所述压脚装置包括：脚表面，所述脚表面包括直脚段；凹槽，所述凹槽包括扩口端并且限定凹槽中平面；以及脚轴壳体，其特征在于脚轴的旋转轴线，所述脚轴的旋转轴线正交于所述直脚段并且被包括在所述凹槽中平面中。

技术领域

本发明涉及用于形成细长纤维丝束，将细长纤维丝束输送到表面上并且形成包括一根或多根纤维丝束的纤维增强塑料复合物体的系统和方法。

背景技术

纤维增强塑料(FRP)，也称为纤维增强聚合物，例如碳纤维增强塑料(CFRP)，是轻量级结构的广泛使用材料，其范围从运动装备到汽车部件，再到飞机结构。用于制造FRP的方法包括将纤维丝束(例如预浸渍丝束，例如带)沉积到基底上。沉积例如由机器人(例如包括用于增材制造的带分配末端执行器的机械手)完成。沉积带对以下一项或多项施加约束：带沉积的速度、沉积末端执行器所描述的轨迹、轨迹的曲率半径、所用粘合剂聚合物的量、FRP中截留的空气量、FRP内部的纤维体积分数、沉积工艺温度、聚合物的粘度、沉积层的几何形状(例如由沉积层的尺寸限定(例如由沉积层的长度、宽度和高度中的一个或多个限定))以及带(例如带层)的交错、并置和叠加图案。因此，需要使得能够以比使用常规铺带技术可达到的速度和均匀性更高的速度和更高的均匀性进行其沉积的纤维丝束(例如预浸渍丝束)。需要制造纤维丝束的系统和方法。还需要将纤维丝束输送和施加到表面上以形成物体的系统和方法。还需要将纤维丝束铺设在包括具有小曲率半径并且具有改进的和多样化的纤维布局图案化能力的曲线的轨迹上方。

发明内容

纤维增强塑料领域中的一个问题涉及可沉积一根或多根纤维粗纺线以形成布局的速度。另一个问题与布局的精度有关。另一问题涉及给定体积内的纤维密度，可实现这种纤维密度以向所得复合材料赋予强度。因此，本公开的目的是提供制造纤维丝束的系统和方法的实施方案。本公开的目的也是提供将纤维丝束输送和施加到表面上以形成物体的系统和方法。本公开的目的还是提供将纤维丝束铺设在包括具有小曲率半径的曲线的轨迹上方的方法。

本公开的一个实施方案包括用于将细长纤维丝束施加到物体表面上的压脚装置，该装置包括：脚表面，该脚表面用于将纤维丝束压到物体表面上，脚表面包括用于将纤维丝束压到物体表面上的直脚段，该直脚段包括后端和前端，该后端和前端限定了从后端到前端的正面方向Fx；以及凹槽，该凹槽包括左唇缘和右唇缘，以用于将丝束引导到脚表面，该凹槽将凹槽中平面限定为沿着凹槽的中线的平面部分并且延伸直到凹槽的左唇缘与右唇缘之间，凹槽接合到直脚段的前端上并且相对于直脚段以仰角定向，其中凹槽包括与脚表面接合的扩口端。

例如，凹槽的一部分的仰角为90°。例如，凹槽包括位于凹槽入口处的扩口入口，该凹槽入口位于与扩口端的端相对的端。例如，脚表面包括：第一趾表面，该第一趾表面位于凹槽的中平面的第一侧处并且以偏离正面方向Fx的第一仰角和第一方位角定向；和第二趾表面，该第二趾表面位于凹槽的中平面的第二侧处并且以偏离正面方向Fx的第二仰角和第二方位角定向，其中第一方位角和第二方位角相对于正面方向Fx被包括在30°到90°的范围内。例如，第一方位角和第二方位角相对于正面方向Fx成约90°。

例如，第一趾表面和第二趾表面共面。例如，扩口端包括倒角，该倒角相对于正面方向Fx具有在30°到70°的范围内的仰角。例如，扩口端包括将凹槽接合到直脚段的倒圆角。例如，脚表面是平面的。例如，从正交于直脚段的Y-Z平面的横截面看，脚表面包括面向物体表面的一个或多个升高轮廓部分，该升高轮廓部分相对于直脚段在Z方向上远离物体表面升高。例如，一个或多个升高轮廓部分中的一个或多个形成升高曲线。例如，一个或多个升高轮廓部分中的一个或多个形成升高直线。例如，脚表面包括截头中空回转体的方位区段，截头中空回转体的轴线被包括在凹槽的中平面中，其中方位区段被包括在180°到320°的范围内。例如，装置包括中空脚轴，该中空脚轴的轴线被包括在凹槽的中平面上。例如，该装置包括脚小齿轮，该脚小齿轮的轴线被包括在凹槽的中平面上。例如，该装置包括脚滑轮，该脚滑轮的轴线被包括在凹槽的中平面上。