專利名稱：用于樹脂灌注的自動(dòng)樹脂和纖維沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造，并且更具體地涉及用于使用樹脂來(lái)灌注增強(qiáng)物的纖維增強(qiáng)物和樹脂膜的沉積方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
可以使用例如自動(dòng)帶積層機(jī)器和自動(dòng)纖維鋪放機(jī)器來(lái)制造大型復(fù)合結(jié)構(gòu)。這些自動(dòng)機(jī)器通過鋪下多條或多道(course)預(yù)浸潰帶或束從而在工具上鋪設(shè)層板。預(yù)浸潰物的自動(dòng)積層具有多個(gè)缺點(diǎn)，包括預(yù)浸潰材料具有相對(duì)短的保質(zhì)期、帶鋪放頭可能膠結(jié)、需要資本密集型自動(dòng)高壓滅菌器來(lái)固化和限制各種可用的預(yù)浸潰物形式?？捎猛ㄟ^使用液體成型技術(shù)，例如但不限于纖維預(yù)制件的樹脂灌注，來(lái)克服一些上述缺點(diǎn)。不過，樹脂灌注過程也具有特定的缺點(diǎn)，包括在控制樹脂向常規(guī)工具內(nèi)的定位和 沉積時(shí)的有限靈活性以及將高模數(shù)和高度韌化的樹脂灌注到大型結(jié)構(gòu)中的困難性。同樣，樹脂灌注是耗時(shí)的并且需要相對(duì)復(fù)雜的袋裝設(shè)置和樹脂輸送系統(tǒng)，并且需要技工與樹脂直接接觸。此外，樹脂灌注在材料浪費(fèi)和耗材方面是相對(duì)昂貴的。為了改進(jìn)樹脂分布并且減少工藝時(shí)間，已經(jīng)提出了使用樹脂膜構(gòu)成的構(gòu)件來(lái)灌注纖維預(yù)制件，其中所述構(gòu)件是由大型板材截成的并且被放置在心軸上且隨后是干預(yù)制件。為了控制樹脂流動(dòng)，需要相對(duì)復(fù)雜的屏障和各種耗材。因此，樹脂膜灌注過程和器械不能良好地適用于需要自動(dòng)化的較高水平生產(chǎn)環(huán)境。樹脂噴涂技術(shù)已經(jīng)被使用，其中借助于自動(dòng)裝置使用噴槍將樹脂沉積到工具上。不過，這個(gè)過程需要工具被保持在低溫以便控制樹脂在從噴槍被轉(zhuǎn)移到工具時(shí)從液態(tài)到固態(tài)的狀態(tài)改變。因此，需要使用減少成本并良好適用于自動(dòng)化的樹脂灌注過程來(lái)制造復(fù)合結(jié)構(gòu)特別是大型結(jié)構(gòu)的方法。還需要允許高鋪置率、改進(jìn)對(duì)樹脂質(zhì)量、定位和分布的控制并且允許使用高模數(shù)和韌化的樹脂的樹脂膜自動(dòng)沉積方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的方法和設(shè)備提供了可以用于纖維預(yù)制件的樹脂灌注以便生成大型復(fù)合結(jié)構(gòu)的樹脂膜自動(dòng)沉積。所公開的實(shí)施例允許以定制形式來(lái)沉積樹脂以便滿足設(shè)計(jì)和工藝要求且同時(shí)減輕重量并實(shí)現(xiàn)對(duì)能量和材料的較少使用。所公開的自動(dòng)樹脂沉積過程可以減少重復(fù)成本且同時(shí)省去先前所需的制備材料的工藝步驟。通過高度可重復(fù)的自動(dòng)化，可以提高質(zhì)量和性能。還可以減少材料浪費(fèi)且同時(shí)最小化或避免工人和樹脂之間的直接接觸?？梢允∪?duì)高壓滅菌器工藝的需要以及對(duì)樹脂罐、配管和樹脂處理設(shè)施的需要。根據(jù)一個(gè)公開實(shí)施例，提供用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括向壓實(shí)輥供給樹脂膜、沿基底的表面移動(dòng)壓實(shí)輥以及隨著輥沿基底運(yùn)動(dòng)將膜壓實(shí)到基底上和/或內(nèi)。供給樹脂膜包括將一條樹脂膜引導(dǎo)到壓實(shí)輥并且隨著壓實(shí)輥沿基底表面運(yùn)動(dòng)將樹脂膜切割成所需長(zhǎng)度。該方法還可以包括向壓實(shí)輥供給纖維增強(qiáng)物并且隨著輥沿基底運(yùn)動(dòng)將纖維增強(qiáng)物壓實(shí)到基底上。纖維增強(qiáng)物和樹脂?？梢员换就瑫r(shí)地供給到壓實(shí)輥。被自動(dòng)控制的操縱器可以用于沿基底移動(dòng)壓實(shí)輥并基本邊對(duì)邊地放置樹脂膜條。根據(jù)另一公開實(shí)施例，提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括向壓實(shí)輥分別供給纖維增強(qiáng)物和樹脂膜。該方法還包括沿基底的表面移動(dòng)壓實(shí)輥以及使用壓實(shí)輥將樹脂膜和纖維增強(qiáng)物壓抵于基底。分別供給纖維增強(qiáng)物和樹脂膜可以包括從卷軸抽取纖維增強(qiáng)物條和樹脂膜條，并將所述條引導(dǎo) 到壓實(shí)輥。在一個(gè)實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)物被供給到基底和樹脂膜之間，而在另一實(shí)施例中樹脂膜被供給到基底和纖維增強(qiáng)物之間。方法還包括隨著壓實(shí)輥沿基底表面運(yùn)動(dòng)切割纖維增強(qiáng)物和樹脂膜的長(zhǎng)度。根據(jù)另一實(shí)施例，提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在工具上組裝積層(layup)，其包括將至少一個(gè)纖維增強(qiáng)物層板鋪設(shè)在工具上以及通過鋪設(shè)樹脂膜條將至少一層樹脂鋪設(shè)在工具上。該方法還包括使用來(lái)自樹脂層的樹脂灌注纖維增強(qiáng)物。鋪設(shè)樹脂膜條可以包括使用末端執(zhí)行器將樹脂膜切割成所需長(zhǎng)度，并且使用末端執(zhí)行器將膜條壓抵于工具。灌注纖維增強(qiáng)物可以包括將真空袋密封在積層之上、抽空真空袋并且向積層施加熱。根據(jù)又一實(shí)施例，提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)備，其包括適于沿基底表面運(yùn)動(dòng)的末端執(zhí)行器以及在末端執(zhí)行器上的樹脂膜供料源(supply)。設(shè)備還包括壓實(shí)輥，其在末端執(zhí)行器上用于隨著末端執(zhí)行器沿基底表面運(yùn)動(dòng)而將樹脂膜壓抵于基底。膜供料源可以包括樹脂膜卷軸，并且末端執(zhí)行器可以包括用于將樹脂膜從卷軸引導(dǎo)到壓實(shí)輥的引導(dǎo)件以及用于將樹脂膜切割成所需長(zhǎng)度的切割件。設(shè)備還可以包括在末端執(zhí)行器上的纖維增強(qiáng)物卷軸以及用于將纖維增強(qiáng)物從卷軸引導(dǎo)到壓實(shí)輥的引導(dǎo)件。總而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括向壓實(shí)輥分別地供給纖維增強(qiáng)物和樹脂膜；沿基底的表面移動(dòng)壓實(shí)輥；以及使用壓實(shí)輥將樹脂膜和纖維增強(qiáng)物壓抵于基底。有利地，分別地供給纖維增強(qiáng)物和樹脂膜的方法包括從纖維供料源卷軸抽取一條纖維增強(qiáng)物以及從樹脂膜供料源卷軸抽取一條樹脂膜，以及將纖維增強(qiáng)物條和樹脂膜條引導(dǎo)到壓實(shí)輥。有利地，纖維增強(qiáng)物被供給到基底和樹脂膜之間且壓實(shí)樹脂膜和纖維的方法包括使用壓實(shí)輥將樹脂膜壓實(shí)到纖維增強(qiáng)物上。有利地，樹脂膜被供給到基底和纖維增強(qiáng)物之間且壓實(shí)樹脂膜和纖維的方法包括使用壓實(shí)輥將纖維增強(qiáng)物壓實(shí)到樹脂膜上。有利地，方法還包括隨著壓實(shí)輥沿基底表面運(yùn)動(dòng)切割纖維增強(qiáng)物和樹脂膜的長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括在工具上組裝積層(layup)，其包括將至少一個(gè)纖維增強(qiáng)物層板鋪設(shè)在工具上以及通過鋪設(shè)樹脂膜條將至少一層樹脂鋪設(shè)在工具上；以及使用來(lái)自樹脂層的樹脂灌注纖維增強(qiáng)物。有利地，鋪設(shè)樹脂膜條的方法包括使用末端執(zhí)行器將樹脂膜條切割成所需長(zhǎng)度，并且使用末端執(zhí)行器將膜條壓抵于工具。有利地，鋪設(shè)纖維增強(qiáng)物層板的方法包括使用末端執(zhí)行器將纖維增強(qiáng)物條切割成所需長(zhǎng)度，并且使用末端執(zhí)行器將切割長(zhǎng)度的纖維增強(qiáng)物壓抵于工具。
有利地，灌注纖維增強(qiáng)物的方法包括將真空袋密封在積層之上、抽空真空袋并且向積層施加熱。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供鋪設(shè)復(fù)合飛行器結(jié)構(gòu)的方法，其包括在工具的表面之上移動(dòng)末端執(zhí)行器；使用編程操縱器來(lái)自動(dòng)控制末端執(zhí)行器在工具表面之上的運(yùn)動(dòng)；從末端執(zhí)行器上的樹脂膜卷軸抽取一條樹脂膜；將樹脂膜條切割成所需長(zhǎng)度；將切割長(zhǎng)度的樹脂膜供給到末端執(zhí)行器上的壓實(shí)輥；從末端執(zhí)行器上的纖維增強(qiáng)物卷軸抽取一條干纖維增強(qiáng)物；將干纖維增強(qiáng)物條切割成所需長(zhǎng)度；將切割長(zhǎng)度的纖維增強(qiáng)物條供給到第一輥；使用第一輥將所述切割長(zhǎng)度的纖維增強(qiáng)物條壓抵于工具；將切割長(zhǎng)度的纖維增強(qiáng)物條供給到第二輥；使用第二輥將切割長(zhǎng)度的干纖維增強(qiáng)物以與被壓實(shí)的樹脂膜條對(duì)齊的方式壓抵于工具；獨(dú)立地控制第一輥和第二輥施加到樹脂膜條和干纖維增強(qiáng)物條的壓實(shí)壓力。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供鋪設(shè)復(fù)合飛行器結(jié)構(gòu)的設(shè)備，其包括操縱器；安裝在操縱器上的末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括框架、在框架上的樹脂膜卷軸、在框架上的干纖維增強(qiáng)物卷軸、在框架上用于將樹脂膜條和纖維增強(qiáng)物條壓實(shí)到工具上的壓實(shí)輥、在框架上用于將所述條從卷軸引導(dǎo)到輥的引導(dǎo)件、在框架上用于將樹脂膜和纖維增強(qiáng)物切割成 所需長(zhǎng)度條的切割機(jī)構(gòu)、在框架上用于收取在樹脂膜上的背襯紙的收取卷筒；用于控制輥施加的壓實(shí)壓力的壓實(shí)控制；以及用于控制操縱器、末端執(zhí)行器和壓實(shí)控制的操作的控制器。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求閱讀時(shí)，從而實(shí)施例的下述描述中將顯而易見到所公開實(shí)施例的其他特征、益處和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是示出使用自動(dòng)樹脂膜沉積來(lái)制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的步驟的圖示。圖2是用于圖I所示制造方法的真空袋裝積層組件的橫截面圖。圖3是用于鋪設(shè)圖I所示積層的層板的設(shè)備的功能性框圖。圖4是形成圖3所示設(shè)備的一部分的末端執(zhí)行器的一個(gè)實(shí)施例的立體圖。圖5是沿圖4中線5-5截取的截面圖。圖6是末端執(zhí)行器的另一實(shí)施例的側(cè)視圖。圖7是在圖6中被標(biāo)為“圖7”的區(qū)域的示圖。圖8是末端執(zhí)行器的又一實(shí)施例的側(cè)視圖。圖9是在圖8中被標(biāo)為“圖9”的區(qū)域的示圖。圖10是末端執(zhí)行器的再一實(shí)施例的側(cè)視圖。圖11是使用所公開的末端執(zhí)行器來(lái)形成圖I所示積層的方法的流程圖。圖12是飛行器生產(chǎn)和使用方法的流程圖。圖13是飛行器的框圖。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1，可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)的或非標(biāo)準(zhǔn)的工具22和自動(dòng)積層來(lái)制造復(fù)合結(jié)構(gòu)20。在所示示例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)20是在被支撐在工具基座24上的基本平坦工具22上形成的平坦面板，不過可以使用其他的工具22幾何結(jié)構(gòu)，包括具有簡(jiǎn)單或復(fù)雜輪廓的工具幾何形狀。如28處所示，包括機(jī)器人龍門/臺(tái)架(gantry)系統(tǒng)或者其他處理系統(tǒng)的操縱器27被控制器30自動(dòng)控制并且包括末端執(zhí)行器26以用于在工具22上鋪設(shè)多個(gè)層50和層板52。如31處所示，分別使用連續(xù)樹脂膜的卷軸(spool) 32和干纖維增強(qiáng)物的卷軸34來(lái)鋪設(shè)層50和層板52。樹脂膜可以被選擇成通過使用機(jī)器人過程來(lái)實(shí)現(xiàn)在干纖維增強(qiáng)物之上的有效樹脂分布和浸潰。樹脂膜可以是熱固性的，例如但不限于熱固性環(huán)氧雙馬來(lái)酰亞胺或苯并惡嗪，不過可替代地，樹脂膜可以是熱塑性或熱固性和熱塑性的組合。樹脂膜可以包含增韌劑，包括有機(jī)或無(wú)機(jī)填充物。增強(qiáng)物可以是任意連續(xù)纖維形式。樹脂膜被計(jì)算成提供所需面重、厚度、物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)以便滿足工藝要求來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的沉積、固結(jié)、固化和層壓性質(zhì)。卷軸32、34分別被加載到在36處所示的末端執(zhí)行器26上安裝的筒子架/軸架(creel) 32a、34a內(nèi)。當(dāng)操縱器27使得末端執(zhí)行器26在工具22之上運(yùn)動(dòng)時(shí)，樹脂膜的條38,40分別從筒子架32a、34a被抽取并且以彼此基本對(duì)齊且疊覆的關(guān)系被供給到壓實(shí)輥42。壓實(shí)輥42將疊覆的條38、40壓實(shí)到基底44上，該基底44可以包括任意適當(dāng)?shù)闹伪?面例如但不限于工具22或者已經(jīng)事先被手動(dòng)地或通過末端執(zhí)行器26自動(dòng)地鋪設(shè)的底層層50或?qū)影?2。末端執(zhí)行器26以彼此平行關(guān)系邊對(duì)邊地鋪設(shè)多道98條38、40。如下所述，末端執(zhí)行器26可以用于如上所述鋪下包括一層樹脂膜38和一層(層板)纖維增強(qiáng)物40的雙層道98，或者可替代地可以用于鋪下或是樹脂膜38或是纖維增強(qiáng)物40的單層道。如46處所示，末端執(zhí)行器26可以用于組裝積層48a，積層48a包括由各個(gè)樹脂層50構(gòu)成的堆料50a，這些樹脂層50被鋪設(shè)在纖維增強(qiáng)物層板52構(gòu)成的堆料52a之上。根據(jù)針對(duì)具體結(jié)構(gòu)的預(yù)定層板規(guī)劃，層板52可以具有不同的纖維取向?？商娲?，可以通過使用上述的雙層條98，交替地鋪設(shè)樹脂膜38的插入層50和纖維增強(qiáng)物40的層板52，來(lái)形成積層48b。在已經(jīng)在工具22上組裝了積層48之后，如54處所示，則可以通過使用無(wú)高壓滅菌器的過程例如真空袋工藝以及烤箱固化，來(lái)壓實(shí)和固化積層48。例如，參考圖2，組裝在工具22上的積層48a包括被鋪設(shè)在具有所需取向的纖維增強(qiáng)物層板52構(gòu)成的堆料52a之上的樹脂層50構(gòu)成的堆料50a。其他耗材層62，例如透氣層、剝離層板等，被放置在積層48a之上。真空袋49被放置在積層48a之上并且通過邊緣密封件64被密封到工具22，該邊緣密封件64可以包括常規(guī)密封帶。適當(dāng)?shù)恼婵赵?6可以聯(lián)接于袋49以便抽出袋49的空氣、濕氣和揮發(fā)物。返回圖1，如56處所示，真空袋裝積層48a被放置在烤箱58內(nèi)，在此使用熱量60來(lái)固化積層48a。其他器械可以用于加熱積層48a，例如但不限于高壓滅菌器、微波爐、整體加熱式模具等，這些均未被示出。在固化過程期間，熱量60熔化樹脂層50，從而允許受控量的樹脂基本均勻地流入纖維增強(qiáng)物層板52，從而隨著壓實(shí)壓力通過真空袋49被施加到積層48a而使用樹脂來(lái)灌注纖維增強(qiáng)物(圖2)。圖3大略地示出了可以用于執(zhí)行制造圖I所示的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的設(shè)備的功能性部件。末端執(zhí)行器26被安裝在操縱器27上并且包括壓實(shí)控制85，其控制壓實(shí)輥42所施加的壓實(shí)壓力的量?？梢园ㄈ我膺m當(dāng)?shù)木幊逃?jì)算機(jī)的控制器30控制操縱器27的操作、壓實(shí)控制85和末端執(zhí)行器26的功能。末端執(zhí)行器26包括樹脂膜卷軸32和纖維增強(qiáng)物卷軸34，其分別被裝納在筒子架32a、34a內(nèi)。樹脂膜條38和纖維增強(qiáng)物條40分別被引導(dǎo)件82,84引導(dǎo)到切割機(jī)構(gòu)88和壓實(shí)輥42。隨著條38、40被壓實(shí)輥42壓實(shí)到基底44上，切割機(jī)構(gòu)88將條38、40切割成所需長(zhǎng)度。末端執(zhí)行器26可以進(jìn)一步包括背襯紙收取卷筒96，當(dāng)樹脂膜條38穿過引導(dǎo)件82之后且恰在被壓抵于基底44之前從樹脂膜條38剝離背襯紙94時(shí)該卷筒96收取在樹脂膜條38上的背襯紙94。壓實(shí)控制85以及末端執(zhí)行器26的其他功能可以由圖I所示控制器30控制。圖4示出了末端執(zhí)行器26的一個(gè)實(shí)施例的額外細(xì)節(jié)。筒子架32a和34a、收取卷筒96和切割機(jī)構(gòu)88被安裝在框架74上。框架74包括可滑動(dòng)地安裝在第二板70上的板72，該第二板70被固定于操縱器27的臂68。固定于板70的氣動(dòng)汽缸76具有與板72聯(lián)接的輸出軸78。氣動(dòng)汽缸76沿箭頭80所示方向朝向或背離基底44移動(dòng)板72且因此移動(dòng)框架74。
板70、72的滑動(dòng)組裝以及氣動(dòng)汽缸76提供了允許調(diào)節(jié)輥42所施加的壓實(shí)壓力的壓實(shí)控制85。從筒子架32a抽取的樹脂膜條38穿過引導(dǎo)件82，其將樹脂膜條38引導(dǎo)到壓實(shí)輥42和基底44之間的輥隙86。樹脂膜條38可以包括背襯紙94從而防止纏繞在卷軸32 (圖I)上的樹脂膜38的層彼此粘著。背襯紙94在樹脂膜38穿過引導(dǎo)件82之后從樹脂膜38剝離并且被纏繞在收取卷筒96上。筒子架32a、34a在基底44之上沿末端執(zhí)行器26的行進(jìn)方向75基本彼此對(duì)齊，以致當(dāng)被沉積在基底44上且被壓實(shí)輥42固結(jié)到基底44上時(shí)樹脂膜條38和纖維增強(qiáng)物條40疊覆于并基本對(duì)齊于彼此。條38、40以基本相同的速率從筒子架32a、34a抽出并且分別穿過引導(dǎo)件82、84，其將條38、40以疊覆關(guān)系引導(dǎo)到輥隙86內(nèi)。切割機(jī)構(gòu)88可以包括固定于框架74的氣動(dòng)汽缸92，其使得切割刀片90往復(fù)運(yùn)動(dòng)。切割刀片90將條38、40同時(shí)地切割成所需長(zhǎng)度。通過壓實(shí)輥42將樹脂膜條38固結(jié)到干纖維條40下方。樹脂膜條38的粘性用作與基底44和其上所放置的纖維條40形成適度粘結(jié)的粘結(jié)劑。在一些實(shí)施例中，根據(jù)所用的具體樹脂系統(tǒng)，可能必須或希望隨著其進(jìn)入輥隙86而加熱樹脂膜條38以便增強(qiáng)器粘性。這個(gè)加熱過程可以通過各種技術(shù)和裝置中的任意技術(shù)和裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如但不限于紅外線加熱器、氣焊槍或激光(所有均未被示出)。纖維膜條38的面重可以被預(yù)定成控制被固化結(jié)構(gòu)20的纖維體積比(圖I)。雖然在圖4中沒有示出，不過引導(dǎo)件82、84可以包括輥驅(qū)動(dòng)，其最初從筒子架32a、34a抽取條38、40直到條進(jìn)入輥隙86。一旦條38、40進(jìn)入輥隙86，則末端執(zhí)行器26的運(yùn)動(dòng)將從筒子架32a、34a抽取條38、40并且輥驅(qū)動(dòng)可以被去激勵(lì)/斷電。引導(dǎo)件、輥、纏卷機(jī)構(gòu)和用于控制條38、40在末端執(zhí)行器26上的路線和運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)的其他細(xì)節(jié)可以參見美國(guó)專利號(hào)4，699，683和7，213，629、公開于2007年2月8日的美國(guó)專利公開號(hào)20070029030A1以及2008年2月27日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/038，155，所有這些專利和申請(qǐng)被并入本文以供參考。在圖4所示實(shí)施例中，雙層條98被鋪放在基底44上，其中樹脂膜38被夾在基底22和疊覆的纖維增強(qiáng)物條40之間。這種設(shè)置允許鋪設(shè)交叉的樹脂層50和纖維增強(qiáng)物層板52從而形成圖I所示積層48b。圖4所示的末端執(zhí)行器26還可以用于通過如上所述與引導(dǎo)件82、84結(jié)合地控制驅(qū)動(dòng)以及/或者通過從筒子架32a、34a去除一個(gè)卷筒32、34 (圖3)來(lái)鋪設(shè)僅包括樹脂膜條38或僅包括纖維增強(qiáng)物條40的單層條98。圖6示出了末端執(zhí)行器26的可替代實(shí)施例，其類似于圖5所示，但是被示為在基底34上鋪下多道98樹脂膜38，該基底34可以是干纖維預(yù)制件。如上所述，基底44可以包括工具22、先前鋪放的樹脂膜(圖2)層50或纖維增強(qiáng)物層板52。從筒子架32a抽取的樹脂膜條38穿過引導(dǎo)件82，其將條38引導(dǎo)到基底22和壓實(shí)輥42之間的輥隙86，該壓實(shí)輥42將條38壓抵于基底。收取卷筒96收取在條38已經(jīng)在壓實(shí)輥42的作用下被固結(jié)之后從條38剝離的背襯紙94。這減小了輥42被樹脂粘著的可能性并且允許更容易地切割條38。圖7示出了在條38已經(jīng)被沉積并壓實(shí)于基底44之后且在背襯紙94已經(jīng)被剝離之后的樹脂膜條38。圖8示出了末端執(zhí)行器26的另一實(shí)施例，其可以被用于鋪下多層道98，其中纖維增強(qiáng)物30被置于基底44和樹脂膜38之間，如圖9所示。在這個(gè)實(shí)施例中，筒子架32a、34a被置于框架74上以致纖維條40當(dāng)進(jìn)入壓實(shí)輥42和基底44之間的輥隙86時(shí)被置于樹脂膜條38和基底44之間。背襯紙94可以保持在樹脂膜條38上并且稍后被剝離，從而減少樹脂與工人接觸的可能性。在去除背襯紙94之后，由被沉積的樹脂膜條38所形成的暴露層50 (圖I)提供了干纖維預(yù)制件或其他基底可以粘附的膠粘層?？商娲兀诹硪粚?shí)施例中，背襯紙94可以被動(dòng)態(tài)地即時(shí)(on the fly)剝離并且被卷到收取輥96上?！がF(xiàn)在注意圖10，其示出了末端執(zhí)行器26的又一實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，筒子架32a、34a被置于單獨(dú)的框架74a、74b上，框架74a、74b被安裝在于操縱器27的臂68連接的公共支撐件77上。筒子架32a、34a沿行進(jìn)方向75彼此對(duì)齊并且分別將樹脂膜條38和纖維增強(qiáng)物條40供給到獨(dú)立的壓實(shí)輥42a、42b。切割機(jī)構(gòu)86a、86b安裝在框架74a、74b上以用于獨(dú)立地將條38、40切割成所需長(zhǎng)度。在框架74a、74b和公共支撐件77之間的單獨(dú)的壓實(shí)控制85a、85b允許輥42a、42b所施加的壓實(shí)力可以獨(dú)立于彼此被調(diào)節(jié)。在圖10所示實(shí)施例中，纖維條40在樹脂條40之前被沉積，不過通過反轉(zhuǎn)兩個(gè)框架74a、74b的位置，樹脂條38可以在纖維條40被沉積之前被沉積。 現(xiàn)在注意圖11，其示出了沉積樹脂膜的方法步驟且可選地與被沉積的樹脂膜一同沉積纖維增強(qiáng)物的方法步驟。開始于步驟100，樹脂膜的卷軸32被裝載到末端執(zhí)行器26上的筒子架32a內(nèi)。根據(jù)使用的具體樹脂系統(tǒng)，可能必須或需要在使用之前冷凍或其他方式冷卻卷軸32和/或筒子架32a。在步驟102，樹脂膜條38被供給到引導(dǎo)件82并且在步驟104，引導(dǎo)件82被用于將樹脂膜條38引導(dǎo)到壓實(shí)輥42。在纖維增強(qiáng)物條40也被沉積的那些應(yīng)用中，樹脂膜條38可以在增強(qiáng)纖維條40之下或之上被引導(dǎo)。在步驟106，隨著樹脂膜條38從筒子架34a被抽取，樹脂膜條38被切割成所需長(zhǎng)度。在步驟108，隨著樹脂膜條38被壓實(shí)輥42壓縮到基底44，從樹脂膜條38可選地去除背襯紙94并且該背襯紙94被收取在收取卷筒96上。在步驟110，壓實(shí)輥42被用于將樹脂膜的切割長(zhǎng)度條38壓實(shí)到基底44上，如前所述，該基底44可以包括工具22、先前鋪放的樹脂層50或先前鋪放的纖維增強(qiáng)物層板52。在步驟122，末端執(zhí)行器26在基底44之上運(yùn)動(dòng)以便鋪下樹脂膜條38并將條38壓抵于基底44。根據(jù)所用的具體樹脂系統(tǒng)，可能必須要恰在壓實(shí)于基底44之前加熱樹脂膜條38，以便膜條38呈現(xiàn)所需粘性從而導(dǎo)致在壓實(shí)過程中其粘附于基底44?？梢詧?zhí)行可選步驟112-120以便隨著樹脂膜條38被鋪在基底44上而鋪設(shè)纖維增強(qiáng)物條40。開始于步驟112，纖維增強(qiáng)物卷軸被裝載到末端執(zhí)行器26上的筒子架34a內(nèi)。在步驟114，纖維增強(qiáng)物條40被供給到引導(dǎo)件84。引導(dǎo)件84將纖維增強(qiáng)物條40引導(dǎo)到壓實(shí)輥42，或者在樹脂膜條38之上或者在樹脂膜條38之下。在步驟118，纖維增強(qiáng)物條40被切割成所需長(zhǎng)度并且在步驟120被壓實(shí)到基底44。公開的實(shí)施例可以應(yīng)用于各種潛在應(yīng)用，特別是運(yùn)輸工業(yè),包括例如航空、航海和車輛應(yīng)用。因此，現(xiàn)在參考圖12和圖13，公開的實(shí)施例可以用于圖12所示的飛行器制造和使用方法124以及圖13所示的飛行器126的背景下。所公開實(shí)施例的飛行器應(yīng)用可以包括例如但不限于復(fù)合加固構(gòu)件，例如機(jī)身蒙皮、機(jī)翼蒙皮、控制表面、艙口、地板、門板、通道面板和尾翼，僅列出一些。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例性的方法124可以包括飛機(jī)126的規(guī)格和設(shè)計(jì)128以及材料采購(gòu)130。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛機(jī)126的部件和子組件制造132以及系統(tǒng)集成123。因此，飛機(jī)126可以經(jīng)歷認(rèn)證和交付136，以便投入使用138。當(dāng)顧客使用時(shí)，可以安排飛機(jī)126進(jìn)行日常維護(hù)和維修140 (也可以包括改進(jìn)、重組、翻新等等)。 可以由系統(tǒng)綜合供應(yīng)商、第三方和/或操作員(例如，顧客)執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)方法124的每個(gè)過程。為了該描述，系統(tǒng)綜合供應(yīng)商可以包括但不限于任意數(shù)量的飛機(jī)制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以包括但不限于任意數(shù)量的賣主、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及操作員可以是航空公司、租賃公司、軍事機(jī)構(gòu)、服務(wù)組織等等。如圖13，由示例性的方法124生產(chǎn)的飛機(jī)126可以包括具有多個(gè)系統(tǒng)144和內(nèi)部146的機(jī)身142。高級(jí)系統(tǒng)144的示例包括一個(gè)或更多個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)148、電氣系統(tǒng)150、液壓系統(tǒng)152和環(huán)境系統(tǒng)154。可以包括任意數(shù)量的其他系統(tǒng)。盡管示出航空航天示例，不過本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如汽車工業(yè)。在生產(chǎn)和使用方法124的一個(gè)或更多個(gè)階段可以使用此處包含的系統(tǒng)和方法。例如，可以與飛機(jī)126使用時(shí)生產(chǎn)部件或子組件相似的方式來(lái)制造或生產(chǎn)對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)過程132的部件或子組件。而且，在生產(chǎn)階段132和134期間可以使用一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合，例如，通過基本加速裝配或降低飛機(jī)126的成本。類似地，當(dāng)飛機(jī)126使用時(shí)，例如但不限于當(dāng)維護(hù)和維修140時(shí)，可以利用一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合。盡管已經(jīng)關(guān)于某些示例性的實(shí)施例描述了本公開的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，這些具體的實(shí)施例僅僅是為了說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以做出其他改變。
權(quán)利要求
1.一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括 向壓實(shí)輥供給樹脂膜； 沿基底的表面移動(dòng)所述壓實(shí)輥；以及 隨著所述輥沿所述基底運(yùn)動(dòng)而將所述膜壓實(shí)在所述基底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中供給所述樹脂膜包括 將所述樹脂膜的條引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥，以及 隨著所述壓實(shí)輥沿所述基底表面運(yùn)動(dòng)將所述樹脂膜條切割成所需長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，還包括 向所述壓實(shí)輥供給纖維增強(qiáng)物；以及 隨著所述輥沿所述基底運(yùn)動(dòng)而將所述纖維增強(qiáng)物壓實(shí)在所述基底上。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述樹脂膜和所述纖維增強(qiáng)物被基本同時(shí)地供給到所述壓實(shí)輥并被壓實(shí)在所述基底上。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括 將所述纖維增強(qiáng)物的條引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥，以及 隨著所述壓實(shí)輥沿所述基底表面運(yùn)動(dòng)將所述纖維增強(qiáng)物條切割成所需長(zhǎng)度。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中 所述樹脂膜以條的形式被供給到所述壓實(shí)輥，以及 自動(dòng)受控的操縱器被用于沿所述基底移動(dòng)所述壓實(shí)輥并且基本邊對(duì)邊地放置所述樹脂膜條。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中 所述纖維增強(qiáng)物和所述樹脂膜被分別地供給到壓實(shí)輥。
8.一種用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括 適于沿基底的表面運(yùn)動(dòng)的末端執(zhí)行器； 在所述末端執(zhí)行器上的樹脂膜的供料源；以及 在所述末端執(zhí)行器頭部上的壓實(shí)輥，其用于隨著所述末端執(zhí)行器沿所述基底表面運(yùn)動(dòng)而將所述樹脂膜壓抵于所述基底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中 所述樹脂膜供料源包括樹脂膜的卷軸，以及 所述末端執(zhí)行器包括用于將所述樹脂膜從所述卷軸引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥的引導(dǎo)件以及用于將所述樹脂膜切割成所需長(zhǎng)度的切割件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括 在所述末端執(zhí)行器上的纖維增強(qiáng)物的卷軸，以及 其中所述末端執(zhí)行器還包括用于將所述纖維增強(qiáng)物從所述卷軸引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥的引導(dǎo)件以及用于將所述纖維增強(qiáng)物切割成所需長(zhǎng)度的切割件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括 自動(dòng)受控的操縱器，其用于沿所述基底表面移動(dòng)所述末端執(zhí)行器； 在所述末端執(zhí)行器上的纖維增強(qiáng)物的供料源，以及 其中所述末端執(zhí)行器包括用于將所述樹脂膜和所述纖維增強(qiáng)物從所述樹脂膜供料源和所述增強(qiáng)物供料源以基本疊覆地對(duì)齊的關(guān)系引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥的引導(dǎo)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述末端執(zhí)行器包括用于將被引導(dǎo)到所述壓實(shí)輥的所述樹脂膜和所述增強(qiáng)物切割成所需長(zhǎng)度的至少一個(gè)切割件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于樹脂灌注的自動(dòng)樹脂和纖維沉積。通過將纖維增強(qiáng)物的至少一個(gè)層板和至少一層樹脂鋪放在工具上來(lái)制造復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過鋪放多條樹脂膜來(lái)形成樹脂膜層。使用來(lái)自樹脂層的樹脂來(lái)灌注纖維增強(qiáng)物。
文檔編號(hào)B29C70/38GK102837434SQ20121021586
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月26日
發(fā)明者M·D·西爾庫(kù)克, C·A·豪, B·A·約翰遜 申請(qǐng)人:波音公司