[发明专利]碳纤维激光制造及其原位3D织造一体化成型设备与工艺

摘要

本发明公开了碳纤维激光制造及其原位3D织造一体化成型设备与工艺，成型装备包括成型罐、移动式装卸平台、抽气泵和氩气瓶，本发明将预氧化纤维的碳化和石墨化工艺与碳纤维制造后原位热塑性树脂包覆以及碳纤维复合材料成型结合在一起，统一到一次成型工艺中，采用机械手在封闭的惰性气体保护的空间中进行纤维的碳化或者石墨化，同步进行碳纤维制造后原位热塑性树脂包覆以及3D织造过程，省去了碳纤维生产制造后的运输及停放过程，简化了工艺流程，同时使得制造生产碳纤维的质量及碳纤维与树脂材料复合制造产品的品质得到即时的调控。且一体化制造过程中成型罐内实现了静态完全密封，有效避免外界空气对碳纤维制造过程的干扰及制造质量的影响。

主权项

1.碳纤维激光制造及其原位3D织造一体化成型设备，其特征在于：包括成型罐、移动式装卸平台、抽气泵和氩气瓶，移动式装卸平台包括移动平台、导轨、齿轮和齿条，在齿轮与齿条的啮合传动下，移动平台可以实现移动以与成型罐内的平台无缝对接，碳纤维织造平台可以在轨道上移动实现移入移出成型罐以便于装卸；成型罐内部包括成型部件、成型机械手、碳纤维原位3D织造成型装置及机械手支撑架，3D织造成型装置可以实现五轴联动；成型机械手包括一体化成型手臂、导向轮一、导向轮二、预氧化纤维丝束、预氧化纤维卷和预氧化纤维放卷辊；成型罐替换为两分区成型罐，在成型罐内部设立两扇分隔的可以自动开关的门，成型罐分为两个区：3D织造区及待运载区，在3D织造区完成碳纤维的制造、热塑性树脂包覆及3D织造，氩气瓶和抽气泵只对3D织造区抽除杂质气体及充填氩气，采用氩气纯度分析仪实时测控内部的氩气含量，及时反馈到氩气瓶及抽气泵，通过设定氩气含量阈值，抽气泵及时抽取杂质气体，氩气瓶及时供应氩气；3D织造成型装置包括摆动平台、控制电机、齿型同步带、带轮、旋转升降平台、旋转及升降轴、移动平台、滚轮、旋转顶针和固定旋转轴，滚轮由驱动电机对其动力控制，并与成型罐内的导轨对接，在滚轮的滚动下，3D织造成型装置可以移动；在滚轮的上部有移动平台，对上部的部件起到支撑的作用；在移动平台的上部是旋转及升降轴，该轴采用电机控制其转动，液压驱动其升降；在旋转及升降轴上部是旋转升降平台，与旋转升降轴固定在一起，随其一起运动；控制电机固定于旋转升降平台的支架上，控制带轮的转动；带轮与齿型同步带啮合传动，进而控制与摆动平台固定在一起的带轮的旋转角度，在控制电机控制带传动的运动下，摆动平台可以以一定角度摆动；旋转顶针和固定旋转轴通过支撑架固定于摆动平台，在它们之间夹持成型部件，以一定速度定轴旋转，控制二者之间的间距可以夹持不同大小的成型部件，成型部件就固定于摆动平台上，整个碳纤维原位3D织造成型装置可以实现五轴联动；一体化成型手臂包括导向轮三、激光器一、激光器二、反光板、激光制造碳纤维、热塑性树脂包覆装置和碳纤维原位3D织造引导装置，导向轮三位于导向轮二的前方，其高度可以根据碳纤维成型需要进行设置；激光器一和激光器二固定于机械手臂的中部，预氧化纤维丝束从其下部通过，保证激光能够正中照射纤维丝束；在两个激光器的下部安装有反光板，反射部分余光到纤维丝束并防止激光过高的能量对设备造成损坏；激光制造碳纤维进入热塑性树脂包覆装置，热塑性树脂包覆装置可以对热塑性树脂进行熔融塑化，并对碳纤维实现原位热塑性树脂包覆；包覆上热塑性树脂的碳纤维复合材料在碳纤维原位3D织造引导装置的引导下对碳纤维织造成型部件进行自动化织造。/n