一种航空航天用桁架缠绕成型装置

本发明涉及增材制造装置领域，尤其涉及一种航空航天用桁架缠绕成型装置。

背景技术：

1、目前复合材料桁架制造多通过模具采用机械加工方式加工出桁架部件，再进行胶接成型，工艺过程繁琐，无法一次成型桁架结构；采用铺层方式成型的桁架结构需要手工制备，加工周期长、产品一致性差，桁架内部树脂、纤维状态不一致。

2、目前采用增材制造成型桁架技术尚在研发，相关设备尚不成熟，尚无航空航天桁架增材制造装置。本发明提出的制造装置实现了复合材料桁架快速原位成型，成型效果好，效率高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种航空航天用桁架缠绕成型装置，能够高效完成太空桁架成型，供给卫星使用。

2、一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其包括依次设置的原料输入模块、纵梁成型模块、横梁缠绕模块和桁架牵引单元；

3、所述原料输入模块包括底板、安装于底板下方的耗材卷、安装于底板上方的输送压辊；其中输送压辊包括与耗材卷平行排列的高压辊和低压辊；

4、所述纵梁成型模块包括三套模具组，三套模具间隔120°环绕支撑柱排列；每套模具组包括两个模具、两个滚轮和隔热板，通过螺栓连接在支撑柱上；加热棒安装在模具的孔位上；模具截面呈等边三角形，顶角有倒角处理；滚轮安装在滚轮支架上，其截面呈300°夹角，与模具相配合。

5、所述横梁缠绕模块包含滑台安装板、安装于滑台安装板上侧的滑台、安装于滑台上的滑环、三个横梁耗材安装架以支撑柱为轴线、以120°为间隔环绕分布于滑环上表面外侧，加热块和模嘴依次连接在横梁耗材安装架上；

6、所述桁架牵引模块包括牵引支撑固定板、安装在牵引支撑固定板上的滑轨，三个牵引滚轮支架与滑块连接，在滑轨上移动，牵引滚轮由步进电机驱动，通过齿轮轴安装在牵引滚轮支架上，从动滚轮安装在中心支架上并与牵引滚轮啮合。

7、本发明进一步改进：所述原料输入模块含有三套耗材卷、高压辊、低压辊，每套之间间隔120°围绕支撑柱排列，预浸渍带储存在耗材卷上，依次通过低压辊和高压辊进入到纵梁成型模块中。

8、本发明进一步改进：所述纵梁成型模块包含三套模具，每套中含有两个模具，每个模具上安装有滚轮，滚轮与模具之间的间距为0.2mm-0.4mm，滚轮通过螺栓安装于滚轮支架上，每个滚轮支架自身夹角为120°，三个滚轮支架相互连接环绕于支撑柱。

9、本发明进一步改进：所述横梁缠绕模块中预浸渍带储存在横梁耗材卷上，依次通过喉管、加热块、模嘴，并跟随滑环旋转从而缠绕到模具上的纵梁。

10、本发明进一步改进：所述桁架牵引模块中每个牵引滚轮支架中含有三个牵引滚轮从上到下依次排列，通过步进电机驱动，三个从动滚轮安装在中心支架上，从上到下依次与之啮合，螺柱安装在牵引滚轮支架上，用以限制其在滑轨上的位移。

11、本发明的工作原理是：通过模具加热和辊轮加压使预浸渍带软化塑形，成型为v形纵梁；通过机构旋转和模具加热使预浸渍带缠绕到已成型的纵梁上；在牵引机构的作用下，连续生产出复合材料桁架结构。

12、本发明的有益效果：通过模具加热、辊轮加压和旋转缠绕等设计实现了复合材料桁架快速原位成型；牵引机构设计使得桁架可无限z轴成型，生产连续性好，效率高；辊轮加压设计减少模具对预浸渍带的摩擦，减少材料损伤，成型效果好，稳定性高；旋转缠绕设计使桁架的横纵梁粘接更为牢靠，桁架整体强度、刚度得到提高。

技术特征：

1.一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其特征在于，包括从上到下依次设置的原料输入模块；纵梁成型模块、横梁缠绕模块和桁架牵引单元；

2.根据权利要求1所述的一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其特征在于，所述原料输入模块含有三套耗材卷（26）、高压辊（23）、低压辊（24），每套之间间隔120°围绕支撑柱（11）排列，预浸渍带储存在耗材卷（26）上，依次通过低压辊（24）和高压辊（23）进入到纵梁成型模块中。

3.根据权利要求1所述的一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其特征在于，所述纵梁成型模块包含三套模具，每套模具（15）包含上模具（15-1）和下模具（15-2）；其中上、下模具均安装有滚轮（13），滚轮（13）与对应的上模具（15-1）或下模具（15-2）之间的间距为0.2mm-0.4mm，滚轮（13）通过螺栓安装于滚轮支架（14）上，每个滚轮支架（14）自身夹角为120°，三个滚轮支架（14）相互连接环绕于支撑柱（11）。

4.根据权利要求1所述的一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其特征在于，所述横梁缠绕模块中预浸渍带储存在横梁耗材卷（19）上，依次通过喉管、加热块（17）、模嘴（18），并跟随滑环（20）旋转从而缠绕到模具上的纵梁。

5.根据权利要求1所述的一种航空航天用桁架缠绕成型装置，其特征在于，所述桁架牵引模块中每个牵引滚轮支架（2）中含有三个牵引滚轮（7）从上到下依次排列，通过步进电机（4）驱动，三个从动滚轮（6）安装在中心支架（5）上，从上到下依次与之啮合，螺柱（10）安装在牵引滚轮支架（2）上，用以限制其在滑轨（8）上的位移。

技术总结
本发明公开了一种航空航天用桁架缠绕成型装置；整个装置包括四个模块：原料输入模块、纵梁成型模块、横梁缠绕模块、桁架牵引模块。原料输入模块储存纵梁成型用预浸渍带，通过电机带动滚轮牵引预浸带；纵梁成型单元由三套成型模具组成，预浸带通过加热模具成V字型纵梁；横梁缠绕模块由滑台和滑环组成，通过滑环围绕支撑柱旋转将预浸渍带缠绕到已成型的纵梁上；桁架牵引模块使用三个步进电机分别驱动三套滚轮牵引装置牵引成型的桁架向上移动实现无限Z轴成型。

技术研发人员：单忠德,郑恺,范聪泽,宋文哲,郑菁桦,陈意伟,许家勋
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16