以被用來生成壓印圖案200的數(shù)字模型252。步驟416可以包括基于數(shù)字模型252生成數(shù)字控制(N/C)三維壓印程序254(例如，代碼)。壓印程序254可以包括關于要被壓印到纖維形式上的改性材料的長度、寬度、高度和/或幾何形狀的指令。
[0140]步驟418可以包括運行壓印程序254來操作壓印機床256 (圖14和圖16)或機器人設備272(圖15和圖17)的壓印機。步驟420可以包括將壓印圖案200壓印到纖維束114、紡織織物134或單向帶132上。如以上所指示的，纖維形式可以連續(xù)地或脈沖地穿過纖維床，且同時沉積頭262將壓印圖案200壓印到纖維形式上?？商娲?，纖維形式可以處于靜止(如圖15和圖17所示)，并且機器人設備272可以移動沉積頭262來將壓印圖案200壓印到復合材料層壓件104上。步驟422可以包括將壓印的纖維束/帶或者壓印的紡織織物134加載到相應的線軸282或卷軸286上。
[0141]方法可以包括將線軸282或卷軸286運送到鋪層區(qū)域(未示出)并且將壓印的纖維形式鋪放成復合材料層壓件104。壓印的纖維形式可以包括包含壓印圖案200(圖14)且被布置成堆疊的預浸纖維。熱可以被施加到堆疊以減小預浸樹脂的粘性，從而致使相鄰復合材料層片106(圖13)的樹脂混合在一起?？梢栽试S樹脂固化和/或硬化成堅硬的狀態(tài)，在這之后，樹脂可以被動或主動地被冷卻以形成復合材料結構100?？商娲兀瑝河〉睦w維形式可以是包含壓印圖案200且可以被設置成堆疊的干纖維。液態(tài)樹脂可以被灌注到堆疊中并且熱和/或壓力可以被施加以固結和固化和/或硬化成堅硬的狀態(tài)，在這之后，樹脂112 (圖2)可以被動或主動地冷卻以形成復合材料結構100。
[0142]圖20是圖示說明可以被包括在方法500中的一種或更多種操作的流程圖，該方法500用于在預制件工具(未示出)上鋪放期間將一種或更多種壓印圖案200壓印到一個或更多個復合材料層片106上。方法的步驟502可以包括以類似于關于圖19描述的方式提供壓印介質264和壓印程序254到一個或更多個機器人設備272。例如，壓印介質264可以被加載到類似于圖17中所示的機器人設備272的機器人設備272的沉積頭262中?？梢灾T如通過使用計算機輔助設計程序來設計壓印圖案200以生成壓印圖案200的數(shù)字模型252 (圖17)，該數(shù)字模型可以被轉變成數(shù)字控制(N/C)三維壓印程序254 (例如，代碼)并被加載到機器人設備272中。
[0143]方法500的步驟504可以包括提供預制件工具(未示出)，在該預制件工具上，一層或更多層復合材料層片可以被鋪放。例如，預浸纖維或干纖維復合材料層片106可以被預切成要被制造的最終復合材料結構100的近似形狀。在方法500的步驟506期間一層或更多層復合材料層片106可以被鋪放在預制件工具上。
[0144]方法500的步驟508可以包括激活機器人設備272以導致沉積頭262將壓印圖案200壓印到復合材料層片106上。如以上所指示的，沉積頭262可以被配置為將任意數(shù)量的不同材料以任意數(shù)量的不同壓印圖案200施加或壓印到復合材料層片的任意部分上。例如，第二材料可以被壓印到復合材料層片106上以提供特定功能，諸如增加的韌性以用于改善最終復合材料結構中的抗裂性。第三材料、第四材料以及任意數(shù)量的附加材料可以以任意數(shù)量的壓印圖案200被壓印到復合材料層片106上以提供特定功能，諸如但不限于，改善的層間剪切強度、增加的導電性和抗腐蝕性、大范圍溫度下的改善的粘性或者任意數(shù)量的其他功能。
[0145]在完成壓印到復合材料層片106上之后，一層或更多層附加復合材料層片106可以被鋪放在先前壓印的復合材料層片106上，并且機器人設備272的沉積頭262可以將另一壓印圖案200壓印到新鋪放的復合材料層片106上。方法的步驟510可以包括重復鋪放步驟506和壓印步驟508直到期望數(shù)量的復合材料層片106已經被鋪放和/或壓印。有利地，以上方法允許通過使用任意數(shù)量的不同類型的壓印介質或材料(例如，第二材料、第三材料等)高度精確且靈活地施加壓印圖案200到復合材料鋪層102的特定區(qū)域。
[0146]根據(jù)本公開的一方面，提供一種復合材料結構，其包含:樹脂；嵌入樹脂中并由第一材料形成的多個增強纖維絲；以及第二材料，該第二材料被有序地沉積到多個增強纖維絲上，使得長度、寬度和厚度中的至少一者在多個增強纖維絲的纖維絲表面上變化。有利地，復合材料結構是這樣的一種結構，即其中該復合材料結構具有至少一種由于第二材料向增強纖維絲上的有序沉積而相對于具有缺乏第二材料的增強纖維絲的復合材料結構的復合材料結構特性被改變的復合材料結構特性。有利地，復合材料結構是這樣的一種結構，即其中改變的復合材料結構特性包括以下中的至少一者:韌性、體積分數(shù)、滲透性、模量、固化收縮、纖維絲粘性、可燃性和導電性。有利地，復合材料結構進一步包含包括使用壓印機的沉積頭有序地沉積在所述至少一個增強纖維絲上的第三材料的一種或更多種附加材料；并且復合材料結構具有至少兩種不同的由于相應的第二材料和第三材料向所述至少一個增強纖維絲上的壓印而相對于具有缺乏第二材料和第三材料的增強纖維絲的復合材料結構的復合材料結構特性被改變的復合材料結構特性。
[0147]根據(jù)本公開的一方面，提供一種復合材料纖維，其包含由第一材料形成的至少一個增強纖維絲和第二材料，該第二材料由以一種圖案被有序地沉積到至少一個增強纖維絲上，使得第二材料的長度、寬度和厚度中的至少一者在所述至少一個增強纖維絲的表面上變化。有利地，復合材料纖維是這樣的一種纖維，即其中表面包括復合材料纖維的頂表面、底表面和側表面中的至少一者。有利地，復合材料纖維是這樣的一種纖維，即其中所述至少一個增強纖維絲包含以如下形式中的至少一種的多個增強纖維絲:纖維束、單向帶、紡織織物、無屈曲織物、編織物、復合材料層片或者預制件。
[0148]根據(jù)本公開的一方面，提供一種生產復合材料纖維的方法，該方法包含:提供由第一材料形成的多個增強纖維絲；以及使用壓印機的沉積頭將第二材料壓印到所述多個增強纖維絲上。有利地，該方法是這樣的一種方法，即其中壓印第二材料的步驟在纖維束制造、單向帶制造、紡織織物制造和/或預制件制造期間發(fā)生。
[0149]本公開的說明性實施例可以在制造和/或使用飛行器、航天器、衛(wèi)星或者其他航空航天部件的方法(未示出)的背景下被描述。預生產、部件制造和/或使用可以包括航空航天部件的規(guī)格與設計以及材料采購。在生產期間，發(fā)生航空航天部件的部件和子組件制造和系統(tǒng)集成。此后，飛行器、航天器、衛(wèi)星或者其他航空航天部件可以經歷認證與交付以便投入使用。
[0150]在一種示例中，通過制造和使用方法產生的航空航天部件可以包括帶有多個系統(tǒng)的機身和內部。多個系統(tǒng)的不例可以包括推進系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)中的一者或更多者。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，但不同的說明性實施例可以被應用到其他行業(yè)，諸如汽車行業(yè)。
[0151]在此具體化的系統(tǒng)和方法可以在航空航天部件制造和/或使用方法的至少一個階段期間使用。具體地，復合材料結構100 (例如，圖1)、涂層、注塑塑料和/或粘結劑可以在航空航天部件制造和使用方法的任一階段期間被制造。例如，但不限于，復合材料結構可以在部件與子組件制造、系統(tǒng)集成、日常維護和檢修或者飛行器制造和使用的一些其他階段中的至少一個期間被制造。更進一步地，復合材料結構可以被用在航空航天部件的一個或更多個結構中。例如，復合材料結構可以被包括在飛行器、航天器、衛(wèi)星或者其他航空航天部件的機身、內部或者一些其他零件的結構中。
[0152]本公開的附加修改和變化對于本領域的普通技術人員而言會是明顯的。因此，本文所描述和圖示說明的零件的特定組合旨在僅代表本公開的某些實施例且并不旨在對本公開的精神和范圍內的替代實施例或設備的限制。
【主權項】
1.一種復合材料纖維，其包含: 由第一材料形成的至少一個增強纖維絲(116);和 第二材料，該第二材料以一種圖案被有序地沉積到所述至少一個增強纖維絲上，使得所述第二材料的長度、寬度和厚度中的至少一者在所述至少一個增強纖維絲的表面上是變化的。2.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 所述增強纖維絲(116)包括膠料，該膠料以一致的膠料厚度被施加到所述至少一個增強纖維絲的纖維絲表面；以及 所述第二材料被有序地沉積到所述至少一個增強纖維絲的所述膠料上。3.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 所述第二材料的所述長度、所述寬度和所述厚度中的至少一者是近似0.01到100微米。4.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 所述第二材料由以下項中的任一者或更多者組成:油墨、小顆粒、擠出介質、有機單體、預聚物、聚合物、金屬粉末、水溶液或基于溶劑的溶液中的無機填料、二氧化硅、嵌段共聚物、石墨烯板、聚合物納米粒子和碳納米管。5.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 通過使用壓印設備的沉積頭將所述第二材料施加到所述至少一個增強纖維絲(116)上。6.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，進一步包含: 一種或更多種附加材料，其包括被有序地沉積到所述至少一個增強纖維絲(116)上的第三材料。7.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 所述第二材料被施加到與形成所述復合材料纖維的一捆增強纖維絲(116)相關聯(lián)的至少兩個不同表面。8.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纖維，其中: 所述第二材料被作為像素壓印到至少一個增強纖維絲(116)上且每個像素具有高達100微米的厚度。9.一種產生復合材料纖維的方法，其包含: 提供由第一材料形成的多個增強纖維絲(116);以及 使用壓印機的沉積頭將第二材料壓印到所述多個增強纖維絲上。10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中: 所述第二材料具有近似0.01至500微米的長度、寬度和厚度中的至少一者。11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中壓印所述第二材料的步驟包含: 以預定的壓印圖案將所述第二材料壓印到所述多個增強纖維絲的外部上。12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中: 所述第二材料包含微粒和/或纖維絲股線。13.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中壓印所述第二材料的步驟包括: 基于源于預定的壓印圖案的數(shù)字模型的可編程代碼相對于所述增強纖維絲(116)移動所述沉積頭，其中所述數(shù)字模型即計算機輔助設計模型。14.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中壓印所述第二材料的步驟包括: 將所述第二材料壓印到一捆或更多捆增強纖維絲(116)的外部，所述增強纖維絲以以下纖維形式中的至少一種被提供:纖維束、單向帶、紡織織物、無屈曲織物、編織物、復合材料層片或者預制件。15.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中壓印所述第二材料的步驟包括: 相對于包含所述多個增強纖維絲(116)的纖維預制件移動所述沉積頭；以及 在所述纖維預制件的鋪層期間將所述第二材料壓印到所述纖維預制件上。
【專利摘要】一種復合材料纖維，其可以包括由第一材料形成的至少一個增強纖維絲。第二材料可以以一壓印圖案被有序地沉積到至少一個增強纖維絲上，使得所述第二材料的長度、寬度和厚度中的至少一者在所述至少一個增強纖維絲的表面上變化。壓印圖案可以改變包含復合材料纖維的復合材料結構的一種或更多種特性。
【IPC分類】B29C70/02
【公開號】CN105437562
【申請?zhí)枴緾N201510453979
【發(fā)明人】S·J·莫爾, C·A·賀維
【申請人】波音公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年7月29日
【公告號】EP3000922A1, US20160083871