Гибридная головка AFP-FFF для термопластичного углеродного волокна

В новом китайском патенте описывается роботизированная инструментальная головка, которая сочетает автоматическую укладку волокон с технологией FFF (French-Flicker) для деталей из термопластичного углеродного волокна.

В заявке CN121179720A предлагается компактный концевой захват, который переключается между автоматической укладкой проволоки — более известной в отрасли как автоматическая укладка волокна (AFP) — и технологией послойного наплавления (FFF) без ручной смены инструмента. Идея заключается в использовании высокой жесткости и прочности непрерывной ленты из углеродного волокна при одновременном применении технологии FFF для создания сложных элементов, ребер, выступов и переходов, которые трудно реализовать только с помощью AFP.

Гибридные композитные аддитивные технологии не являются чем-то новым по своей сути: Markforged, Anisoprint и 9T Labs смешивают армирование волокнами с экструзией полимеров, а поставщики AFP для аэрокосмической отрасли используют лазерную консолидацию лент на больших роботах. Однако этот подход разделяет модули AFP и FFF на одной основе и обеспечивает быстрое движение подъема и отвода, позволяя одному процессу уступать место другому в рамках одной программы печати. ​​Если это сработает, как заявлено, это может сократить количество этапов обработки, улучшить контроль консолидации и сократить время цикла.

Как работает гибридная инструментальная головка

Устройство крепится к шестиосевому роботу с помощью фланцевой пластины и имеет две вертикальные каретки. На одной стороне расположен блок AFP; на другой — как минимум одна печатающая головка FFF, а в патенте показаны два экструдера, расположенные по бокам от блока укладки. Цилиндры скользящего стола поднимают и опускают соответствующие модули, чтобы избежать помех, фактически выполняя функцию встроенного устройства смены инструмента.

Система AFP использует четыре канала для подачи термопластичного углеродного волокна из четырех катушек. Направляющая и натяжной узел для жгута объединяет тормоз на каждой катушке, плавающий ролик (натяжитель) на линейных направляющих, пружины и датчик перемещения для создания замкнутой системы управления натяжением. Перед уплотнением четыре жгута направляются таким образом, чтобы слиться в широкую, непрерывную полосу.

Уплотнение осуществляется с помощью лазерного нагревательного элемента, расположенного перед гибким уплотнительным роликом, оснащенным датчиком давления. В патенте подробно описаны зажимные, двойные подающие ролики и ножницы с пневматическим цилиндром для дозирования или нарезки отдельных жгутов. Сторона FFF имеет традиционную конструкцию: катушки, приводные ролики, горловина, второй прижимной ролик и радиатор с вентилятором. Быстросъемный механизм позволяет операторам быстро снимать или обслуживать узлы.

Почему это может иметь значение в композитной аддитивной технологии

Заявленное преимущество заключается в гибкости: сначала укладываются длинные волокна для основных путей приложения нагрузки, затем отводится AFP и немедленно наносится полимер методом FFF для захвата геометрии, с которой AFP испытывает трудности. Авторы предполагают примерно на 50 процентов более высокую эффективность производства и примерно на 20 процентов лучшие механические свойства по сравнению с базовым процессом, где детали из AFP изготавливаются, удаляются, а затем соединяются с отдельно напечатанными элементами. Эти цифры не подтверждены общедоступными данными испытаний, но механизм — меньшее количество приспособлений, меньшее количество циклов нагрева, лучший контроль давления консолидации — кажется правдоподобным.

Элементы с замкнутым контуром заслуживают особого внимания. Датчики натяжения на натяжном устройстве и датчика силы на уплотняющем ролике позволяют устранить два ключевых вида отказов при укладке ленты: деформацию волокон и чрезмерное сжатие. Для сервисных центров и аэрокосмических лабораторий это может повысить надежность и сократить количество брака. Для автомобильной или промышленной отрасли более жесткий контроль процесса и сокращение времени, затрачиваемого человеком, способствуют экономической эффективности производства композитных кронштейнов и крышек в средних объемах.

По сравнению с настольными системами типа CFR, этот подход сохраняет истинные характеристики AFP — консолидацию лазера и управление несколькими потоками — одновременно обеспечивая универсальность FFF. Объем печати эффективно определяется радиусом действия робота и зажимным устройством, что подходит для больших и нестандартных форм. Две FFF-головки также позволяют осуществлять двухкомпонентную печать или использовать растворимые опоры для сложных наложений.

Есть пробелы. В патенте не указаны скорости осаждения, ширина ленты, совместимые матрицы или мощность лазера, поэтому производительность остается открытым вопросом. Критически важным будет терморегулирование на границе AFP–FFF; качество сцепления между свежеуплотненной лентой и напечатанным полимером необходимо проверить на матрицах из PA, PEKK, PEEK или других. Программное обеспечение — еще одна проблема: планирование траектории, включающее управление AFP, контроль натяжения и траектории экструзии, является нетривиальной задачей, и в нем не указан стек CAM-систем.

Если появится прототип, ключевыми параметрами, за которыми следует следить, будут сдвиг внахлест и сжатие в открытых отверстиях по всей структуре слоев, включающей напечатанные промежуточные слои, а также повторяемость силы уплотнения при управлении. Реалистичный путь внедрения — это пилотные ячейки в исследовательских лабораториях или цехах первого уровня, а затем переход к серийному производству после стабилизации процессов измерения, обеспечения безопасности лазера и программирования.

Как всегда в случае с композитными материалами, потенциал заключается в их сочетании — и этот патент направлен на объединение двух совершенно разных сильных сторон, не мешая друг другу.

источник  Google Патенты

По вопросам 3d печати, 3d сканированию, обучению в Краснодаре писать сюда:

телеграм — https://t.me/fidller

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd