CN112140587A - 用于混合复合部件的编织纤维的丝束的铺设和制造 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于混合复合部件的编织纤维的丝束的铺设和制造。提供了用于制造层压件的系统和方法。一种方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层,以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。
Description
技术领域
本公开涉及制造领域,并且具体地涉及经由丝束的铺设来制造纤维增强复合部件。
背景技术
组成材料(例如,碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压件可以形成为各种形状中的任何形状以便硬化成复合部件。层压件可以成层铺设,每一层包括单向纤维增强材料的丝束。层压件可以用手、通过自动条带铺设机(ATLM)或通过自动纤维铺放(AFP)机来铺设。
虽然当层压件硬化成复合部件时层压件提供了期望水平的性能,但是层压件的铺设工艺仍然复杂且耗时。此外,用于将层压件附粘在一起的技术,例如感应焊接,可能难以在由这种材料制成的层压件上执行。例如,经由感应将由这些材料制成的层压件加热可能需要比所期望的更多的电流流过感应线圈。
维基百科上的“自动纤维铺放”描述了“自动纤维铺放(AFP),也称为高级纤维铺放,是制造复合材料的高级方法”。
高地复合件的“编织复合件”描述了“编织复合件与使用更常规方法由复合件或金属生产的相同结构相比更强、更坚韧和更耐损坏”。
因此,期望具有一种考虑到上述问题中的至少一些以及其它可能的问题的方法和设备。
发明内容
本文描述的实施方式提供了用于层压件的包括编织纤维的丝束。丝束用热塑性塑料预浸渍,并且可以通过ATLM或AFP机器铺设丝束。此外,由于纤维是导电的,因此纤维之间的交叉点响应于施加的磁场而产生热量。与单向纤维的丝束相比,这增加了感应焊接期间丝束处的加热的量。
一个实施方式是一种用于制造层压件的方法。该方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层,以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。
另一实施方式是一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行用于制造层压件的方法。该方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层,以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。
另一实施方式是一种用于制造层压件的设备。所述设备包括:第一线轴,所述第一线轴存储单向热塑性纤维增强材料的丝束;第一末端执行器,所述第一末端执行器铺设用于所述层压件的第一组层,所述第一组层包括存储在所述第一线轴上的所述单向热塑性纤维增强材料的丝束;第二线轴,所述第二线轴存储编织热塑性纤维增强材料的丝束;以及第二末端执行器,所述第二末端执行器铺设用于所述层压件的第二组层,所述第二组层包括存储在所述第二线轴上的所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
一个实施方式是一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的方法。该方法包括编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物,该圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状,在沿圆周的粘合位置处粘合预浸渍纤维,以及在粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物,该刀沿织物的长度在处理方向上行进并布置在辊的后面。
另一实施方式是一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行一种方法。该方法包括编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物,该圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状,在沿圆周的粘合位置处粘合预浸渍纤维,以及在粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物,该刀沿织物的长度在处理方向上行进并布置在辊的后面。
另一实施方式是一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的设备。该设备包括:辊,该辊在沿着单向材料的编织预浸渍纤维的织物的圆周的粘合位置处施加热量和压力,该织物在圆柱形心轴处被铺设,并且辊沿着织物的长度在处理方向上行进;以及刀,该刀在粘合位置之间的切割位置处切割织物,该刀沿着织物的长度在处理方向上行进,并且设置在辊的后面。
以下可描述其它说明性实施方式(例如,与前述实施方式相关的方法和计算机可读介质)。已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现,或者可以在其它实施方式中组合,其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看出。
附图说明
现在仅通过实施例的方式并参考附图来描述本公开的一些实施方式。在所有附图中,相同的附图标记表示相同的元件或相同类型的元件。
图1是在说明性实施方式中的制造环境的方框图。
图2是示出在说明性实施方式中用于操作混合铺设系统的方法的流程图。
图3A是在说明性实施方式中的末端执行器的侧视图,该末端执行器将编织纤维的丝束铺设到由单向纤维的丝束构成的层压件上。
图3B是在说明性实施方式中的末端执行器的俯视图,该末端执行器将编织纤维的丝束铺设到由单向纤维的丝束构成的层压件上。
图4至图6是在说明性实施方式中沿着感应焊接将发生的位置包括编织纤维的丝束的层压件的侧视图。
图7是在说明性实施方式中用于产生编织纤维的丝束的制造系统的方框图。
图8是示出在说明性实施方式中用于操作制造系统以产生编织纤维的丝束的方法的流程图。
图9是在说明性实施方式中图7的制造系统的侧视图,该制造系统切割编织纤维的紧密织物以形成材料的丝束。
图10是在说明性实施方式中已经被切割并从心轴移除的织物的立体图。
图11是在说明性实施方式中的飞行器生产和维修方法的流程图。
图12是在说明性实施方式中的飞行器的方框图。
具体实施方式
附图和以下描述提供了本公开的具体说明性实施方式。因此,将理解,本领域技术人员将能够设计出虽然未在本文中明确描述或示出但体现本公开的原理并且包括在本公开的范围内的各种布置。此外,本文描述的任何实施例旨在帮助理解本公开的原理,并且将被解释为不限于这样的具体叙述的实施例和条件。因此,本公开不限于下面描述的具体实施方式或实施例,而是由权利要求及其等同物来限定。
复合部件,例如碳纤维增强聚合物(CFRP)部件,最初被铺设为多层,一起被称为预制件。预制件的每层内的单独纤维彼此平行地对准,但是不同的层可以呈现不同的纤维定向,以便沿不同的维度增加所得复合材料的强度。预制件可以包括粘性树脂,该粘性树脂固化以便将预制件硬化成复合部件(例如,用于飞行器中)。已经用未固化的热固性树脂或热塑性树脂浸渍的碳纤维被称为“预浸料”。其它类型的碳纤维包括“干纤维”,其未用热固性树脂浸渍,但可以包括增粘剂或粘合剂。干纤维可以在固化之前用树脂浸渍。对于热固性树脂,硬化是被称为固化的单向过程,而对于热塑性树脂,如果树脂被再加热,则树脂可以达到粘性形式。
图1是在说明性实施方式中包括混合铺设系统110的制造环境100的方框图。混合铺设系统110包括能够铺设单向丝束126(即,单向纤维的丝束)和编织丝束128(即,编织纤维的丝束)以形成具有单向纤维层和编织纤维层两者的层压件160的任何系统或设备。编织丝束128可以偏置地编织,以便呈现不平行于或垂直于丝束的长度的纤维定向的任何期望组合。例如,纤维定向可以是+22°/-22°,+45°/-45°,+10°/-10°,+80°/-80°,等。此外,编织热塑性纤维增强材料的丝束的每个丝束中的纤维可形成稀松织物(open weave)、密集织物(closed weave)或任何期望的图案。
根据图1,混合铺设系统110包括控制器112和存储器114。控制器112指导混合铺设系统110的操作,存储器114存储用于操作混合铺设系统110的指令(例如,数控(NC)程序)。控制器112可以被实现为例如定制电路系统、执行编程指令的硬件处理器或其某种组合。
混合铺设系统110还包括存储单向丝束126(例如,预浸渍有热塑性塑料的单向纤维的丝束)的线轴116,以及存储编织丝束128(例如,预浸渍有热塑性塑料的编织纤维的丝束)的线轴118。本文所述的每个其它丝束可包括延伸数十或数百英尺的线性、整体条带。末端执行器136铺设单向丝束126,末端执行器138铺设编织丝束128。加热器142和144(例如,辐射加热器、激光器等)以及冷却系统144和148(例如,风扇、冷心轴等)有助于如以下关于图3A和图3B所描述的铺设过程。本文所述的丝束可包括用粘合剂或增粘剂固定的“干纤维”丝束,或用热塑性塑料预浸渍的丝束。
层压件160通过混合铺设系统110铺设到心轴150上,并且包括单向丝束层162和编织丝束层164两者。单向丝束层162包括热塑性塑料163(例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK))和单向纤维165,而编织丝束层164包括热塑性塑料163和编织纤维167。如本文所用,编织/纺织纤维是彼此交织以形成图案的纤维。这些图案可以包括稀松织物、密集织物、三轴织物等。在一个实施方式中,第一组层(即,单向丝束层162)中的纤维的尺寸(例如,直径)等于第二组层(即,编织丝束层164)中的纤维的尺寸。
将关于图2讨论混合铺设系统110的操作的说明性细节。对于该实施方式,假定混合铺设系统110设置在心轴150上方,并且将要执行层压件的铺设。
图2是示出在说明性实施方式中用于操作混合铺设系统的方法200的流程图。方法200的步骤参考图1的混合铺设系统110进行描述,但是本领域技术人员将理解方法200可以在其它系统中执行。本文描述的流程图的步骤不是全部包括在内的,并且可以包括未示出的其它步骤。本文描述的步骤也可以以替代的顺序执行。
在步骤202中,控制器112操作末端执行器136以从第一线轴收回单向纤维增强材料的丝束。在一个实施方式中,这包括经由末端执行器136处的压紧辊(未示出)牵拉丝束。进给速率可以是任何期望的速率,例如数英尺每分钟或更高。
在步骤204中,控制器112铺设第一组层,该第一组层包括用于层压件160的单向热塑性纤维增强材料的丝束。在一个实施方式中,这包括根据存储在存储器114中的NC程序中的指令来操作末端执行器136。这包括在NC程序指示的方向和定向从丝束分配和切割片段。在另一的实施方式中,丝束可占据单独分配和切割的多个通道中的每一个。
在步骤206中,控制器112操作末端执行器138以从第二线轴收回编织热塑性纤维增强材料的丝束。在一个实施方式中,这包括经由末端执行器138处的压紧辊(未示出)牵拉丝束。进给速率可以是任何期望的速率,例如数英尺每分钟或更高。在一个实施方式中,步骤206与步骤202同步执行,而在另一实施方式中,步骤206独立于步骤202执行。
在步骤208中,控制器112铺设第二组层,该第二组层包括用于层压件160的编织热塑性纤维增强材料的丝束。在一个实施方式中,这包括根据存储在存储器114中的NC程序中的指令来操作末端执行器138。这包括在NC程序指示的方向和定向从丝束分配和切割片段。在另一的实施方式中,丝束可占据被单独分配和切割的多个通道中的每一个。在一些实施方式中,在层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处执行铺设第二组层。
铺设第二组层还可以包括操纵编织热塑性纤维增强材料的丝束。例如,控制器112可以在铺设期间操作末端执行器136和末端执行器138,并且可以在末端执行器138铺设第二组层的同时操纵第二组层。与操纵单向丝束相比,操纵编织丝束是有益的,因为编织丝束中的纤维相对于彼此更容易地移位,并且比整张织物更容易被置于剪切状态。
方法200提供了优于现有系统和技术的优点,因为它使得能够制作具有织物层和单向层的复合件。此外,因为编织层由丝束形成(而不是由单个连续的预制片形成),所以丝束可被铺设以形成任何期望尺寸的编织层。方法200还提供了有助于感应焊接的显著优点,这将在下面讨论。
图3A是在说明性实施方式中的末端执行器138的侧视图,该末端执行器将编织纤维的编织丝束128铺设在由单向丝束126(由单向纤维制成)构成的层压件上。根据图3A,布置成一个或多个通道以便在末端执行器138处铺设的编织丝束128由加热器146加热。这将编织丝束128的温度增加到粘合温度(例如,编织丝束128中的热塑性塑料的熔化温度的三十华氏度内的温度)。在另一实施方式中,在铺设层的同时加热器将层压件的层加热至热塑性塑料的熔化温度。压实辊300将编织丝束128压到层压件上,并且冷却系统148在由压实辊300压实之后将冷却流体(例如,高体积流速的室温空气、水等)施加到编织丝束128的表面。
图3B是在说明性实施方式中的末端执行器138的俯视图,该末端执行器将编织纤维的丝束铺设到由单向纤维的丝束构成的层压件上。根据图3B,末端执行器138沿曲线370移动,同时放置丝束360,执行丝束360的所谓“操纵”。这使得丝束360能够匹配复杂的轮廓,并且能够与下层中的丝束350不同。
图4至图6是在说明性实施方式中包括沿着感应焊接将发生的位置的编织纤维的丝束的层压件的侧视图。具体地,图4示出了在说明性实施方式中沿着线L被布置用于感应焊接的层压件410和层压件420。如图4所示,层压件410和层压件420的层414设置在线L附近。这些层414包括编织纤维的丝束。在纤维由导电材料如碳纤维制成的实施方式中,当暴露于磁场时,纤维之间的交叉点经历感应加热。这继而将线L附近的层压件410和420的温度升高到层压件中热塑性塑料的熔化温度以上的温度,这有利于感应焊接。因此,即使层412包括单向纤维的丝束,也实现了感应焊接的益处。
图5示出了图4的变型,其中层压件510和层压件520被布置成用于沿着线L形成感应焊接。如图5所示,编织纤维的层514设置在线L处,并且与单向纤维的层512左右相邻。这种布置使在感应焊接期间经历最大感应加热的区域局部化。
在图6中,提供了编织纤维的层630,以便有助于形成肘状接头640的感应焊接。如图6所示,肘形层压件610沿线L被感应焊接到平坦层压件620。层630沿着线L设置在两个层压件之间。当暴露于磁场时,例如在感应焊接期间,层630中的纤维之间的交叉点充当感受器并产生热。这种热量使相邻层压件中的热塑性塑料熔化,从而使层压件之间的热塑性塑料混合。在热塑性塑料固化时,层压件结合成单个复合部件。
图7是在说明性实施方式中用于产生编织纤维的丝束的制造系统700的方框图。制造系统700包括能够切割具有封闭横截面形状的织造/编织预制件并将预制件缠绕到线轴上以便随后铺设到层压件上的任何系统或设备。
在该实施方式中,制造系统700包括控制器720,控制器根据数控(NC)程序操作制造系统700。控制器720可以被实现为例如定制电路系统、执行编程指令的硬件处理器或其某种组合。
编织机710包括将材料的单向丝束编织成三维编织物的三维编织机。例如,编织机710可以包括线轴,每个线轴提供单向纤维,并且以预定图案盘绕(orbit)彼此,以便将这些纤维编织成绕心轴730形成并具有期望图案的织物740。在完成织物740后,织物740围绕心轴730缠绕,具有圆周780,并且可延伸数十或数百英尺(在行进到页面中的方向上)。
编织后,织物740被切割(例如,如以下关于图9所解释的)并从心轴730移除。为了有助于这个过程,辊750由加热器752加热,并且将织物740的温度提高到织物740内的热塑性塑料的粘合温度。辊还施加力F,该力F将织物740推入粘合位置T处的心轴730中。在辊750行进(例如,在行进到页面中的方向上)之后,热塑性塑料冷却并且将热塑性塑料粘附到芯轴。这防止了织物740在切割织物740时滑动。刀760沿着切割位置C切割织物740。然后,织物740从心轴730释放,并绕线轴770缠绕。当它绕线轴770缠绕时,织物740的圆周是展开的并且被压平。
图8是示出在说明性实施方式中用于操作制造系统以产生编织纤维的丝束的方法800的流程图。根据图8,步骤802包括编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物,该圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状(例如,圆形、椭圆形、正方形)。在一个实施方式中,该步骤由根据NC程序操作的工业三维编织机执行。
在步骤804中,通过用沿着织物的长度在处理方向上行进的辊750加热和压实预浸渍纤维(例如,通过加热和压实表面层或织物处的所有层),在沿着织物740的圆周的粘合位置处粘合预浸渍纤维。粘合过程将织物740粘附在粘合位置处。这意味着织物740被固定,并且当织物740被切割时阻止沿心轴730滑动。
步骤806包括在粘合位置之间的切割位置处用沿着织物740行进并设置在辊750后面的刀760切割织物740。这种切割打开织物740,使织物能够变平并卷绕/卷取到线轴上。
图9是在说明性实施方式中图7的制造系统的侧视图,该制造系统切割编织纤维的织物740以形成材料的丝束。如图9所示,辊750被加热器752加热,并将织物740压实到心轴730上。当辊750在处理方向上行进时,刀760跟随并切割织物740。然后,织物740被拉离心轴730(例如,向前、向下等,从而破坏将织物740固定到心轴730的任何粘合)。织物740的圆周780被压平成平面形状,并且织物740卷绕到线轴上,使得线轴的每匝获得织物740的更多长度(即,其纵向长度卷绕到线轴上)。
图10是在说明性实施方式中已经被切割并从心轴移除的织物1000的立体图。在该实施方式中,织物1000包括侧边1010和侧边1012,以及切割边缘1020和切割边缘1022。织物1000已被压平成平面形状(例如,通过压制),尽管在图中保留了一些曲率以将织物的侧边与切割边缘区分开。
在一个实施方式中,通过将织物的第一切割边缘(例如切割边缘1020)放置成与线轴接触,卷绕线轴以卷取织物的侧边(例如侧边1010和侧边1012),并通过将织物的第二切割边缘(例如切割边缘1022)放置在线轴处而完成,从而将织物1000卷绕到线轴上。在另一实施方式中,通过将织物的第一侧边(例如,侧1010)放置成与线轴接触,卷绕线轴以卷取织物的切割边缘(例如,切割边缘1020和切割边缘1022),并通过将织物的第二侧边(例如,侧边1012)放置在线轴处而完成,从而将织物1000卷绕到线轴上。
实施例
在以下实施例中,在用于混合复合部件的制造和铺设系统的背景下描述了附加的过程、系统和方法。
更具体地参考附图,本公开的实施方式可以在如图11所示的方法1100和如图12所示的飞行器1102中的飞行器制造和维修的上下文中描述。在预生产期间,方法1100可以包括飞行器1102的规格和设计1104以及材料采购1106。在生产期间,进行飞行器1102的部件和子组件制造1108和系统集成1110。此后,飞行器1102可以经历认证和交付1112以便投入服役1114。当由客户使用时,飞行器1102被安排在维护和维修1116中进行例行工作(其也可以包括修改、重新构造、整修等)。在方法1100中描述的生产和维修的任何一个或多个合适阶段(例如,规格和设计1104、材料采购1106、部件和子组件制造1108、系统集成1110、认证和交付1112、服役1114、维护和维修1116)和/或飞行器1102的任何合适部件(例如,机身1118、系统1120、内饰1122、推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128、环境系统1130)期间,可以采用本文体现的设备和方法。
方法1100的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如,客户)执行或实行。为了本说明书的目的,系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统转包商;第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供货商;并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、维修组织等。
如图12所示,由方法1100生产的飞行器1102可包括具有多个系统1120和内饰1122的机身1118。系统1120的实施例包括推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128和环境系统1130中的一种或多种。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空航天的实施例,但是本发明的原理可以应用于其它工业,例如汽车工业。
如上所述,在方法1100中描述的生产和维修的任何一个或多个阶段期间,可以采用本文体现的设备和方法。例如,对应于部件和子组件制造1108的部件或子组件可以以类似于在飞行器1102在服役中生产的部件或子组件的方式制造或生产。而且,在子组件制造1108和系统集成1110期间,例如通过充分加快飞行器1102的组装或降低其成本,可以利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或其组合。类似地,例如且不限于在维护和维修1116期间,在飞行器1102在服役中,可利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或其组合。例如,本文描述的技术和系统可以用于材料采购1106、部件和子组件制造1108、系统集成1110、服役1114和/或维护和维修1116,和/或可以用于机身1118和/或内饰1122。这些技术和系统甚至可以用于系统1120,包括例如推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128和/或环境系统1130。
在一个实施方式中,部件包括机身1118的一部分,并且在部件和子组件制造1108期间制造。然后,该部件可以在系统集成1110中被组装到飞行器中,然后在服役1114中使用,直到磨损使该部件不可用。然后,在维护和维修1116中,该部件可以被丢弃并用新制造的部件替换。本发明的部件和方法可贯穿部件和子组件制造1108使用,以便制造新的部件。
附图中所示或本文所述的各种控制元件(例如,电气或电子部件)中的任一个可被实现为硬件、实现软件的处理器、实现固件的处理器或这些的某种组合。例如,元件可以被实现为专用硬件。专用硬件元件可被称为“处理器”、“控制器”或一些类似术语。当由处理器提供时,功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供,其中一些可以被共享。此外,术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件,并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用应用集成电路(ASIC)或其它电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储设备、逻辑或一些其它物理硬件部件或模块。
此外,控制元件可以被实现为可由处理器或计算机执行以执行元件的功能的指令。指令的一些实施例是软件、程序代码和固件。当由处理器执行时,指令可操作以引导处理器执行元件的功能。指令可以存储在处理器可读的存储装置上。存储装置的一些实施例是数字或固态存储器、诸如磁盘和磁带之类的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。
此外,本公开包括根据以下条款的实施例:
条款1.一种用于制造层压件的方法,所述方法包括:铺设用于所述层压件的第一组层,所述第一组层包括单向热塑性纤维增强材料的丝束;以及铺设用于所述层压件的第二组层,所述第二组层包括编织热塑性纤维增强材料的丝束。
条款2.条款1的方法还包括:在铺设所述第二组层期间,操纵所述层压件的所述第二组层。
条款3.条款1或2的方法,其中:所述第一组层中的纤维的尺寸等于所述第二组层中的纤维的尺寸。
条款4.条款1至3中任一项的方法,其中:将所述编织热塑性纤维增强材料的丝束从线轴收回。
条款5.条款1至4中任一项的方法,其中:所述编织热塑性纤维增强材料的丝束的每个丝束中的纤维形成稀松织物。
条款6.条款1至5中任一项的方法,其中:在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处执行所述第二组层的铺设。
条款7.条款1至6中任一项的方法还包括:在铺设所述第一组层和所述第二组层的同时,将所述第一组层和所述第二组层加热至所述热塑性塑料的熔化温度。
条款8.条款1至7中任一项的方法还包括:在铺设所述第一组层的同时从第一线轴分配所述单向热塑性纤维增强材料的丝束。
条款9.条款1至8中任一项的方法还包括:在铺设所述第二组层的同时从第二线轴分配所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
条款10.一种根据条款1至9中任一项的方法组装的飞行器的一部分。
条款11.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行用于制造层压件的方法,所述方法包括:铺设用于所述层压件的第一组层,所述第一组层包括单向热塑性纤维增强材料的丝束;以及铺设用于所述层压件的第二组层,所述第二组层包括编织热塑性纤维增强材料的丝束。
条款12.条款11的介质,其中,所述方法还包括:在铺设所述第二组层期间,操纵所述层压件的所述第二组层。
条款13.条款11或12的介质,其中:所述第一组层中的纤维的尺寸等于所述第二组层中的纤维的尺寸。
条款14.条款11至13中任一项的介质,其中:将所述编织热塑性纤维增强材料的丝束从线轴收回。
条款15.条款11至14中任一项的介质,其中:所述编织热塑性纤维增强材料的丝束的每个丝束中的纤维形成稀松织物。
条款16.条款11至15中任一项的介质,其中:在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处执行所述第二组层的铺设。
条款17.条款11至16中任一项的介质,其中,所述方法还包括:在铺设所述第一组层和所述第二组层的同时,将所述第一组层和所述第二组层加热至所述热塑性塑料的熔化温度。
条款18.条款11至17中任一项的介质还包括:在铺设所述第一组层的同时从第一线轴分配所述单向热塑性纤维增强材料的丝束。
条款19.条款11至18中任一项的介质还包括:在铺设所述第二组层的同时从第二线轴分配所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
条款20.一种根据由存储在条款11至19中任一项的计算机可读介质上的指令限定的方法组装的飞行器的一部分。
条款21.一种用于制造层压件的设备,所述设备包括:第一线轴,所述第一线轴存储单向热塑性纤维增强材料的丝束;第一末端执行器,所述第一末端执行器铺设用于所述层压件的第一组层,所述第一组层包括存储在所述第一线轴上的所述单向热塑性纤维增强材料的丝束;第二线轴,所述第二线轴存储编织热塑性纤维增强材料的丝束;以及第二末端执行器,所述第二末端执行器铺设用于所述层压件的第二组层,所述第二组层包括存储在所述第二线轴上的所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
条款22.条款21的设备还包括:控制器,在铺设期间所述控制器操作所述第一末端执行器和所述第二末端执行器,并且在所述第二末端执行器铺设所述第二组层的同时操纵所述第二组层。
条款23.条款21或22的设备,其中:所述第一组层中的纤维的尺寸等于所述第二组层中的纤维的尺寸。
条款24.条款21至23中任一项的设备,其中:所述编织热塑性纤维增强材料的丝束的每个丝束中的纤维形成稀松织物。
条款25.条款21至24中任一项的设备还包括:控制器,所述控制器指引所述第二末端执行器在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处铺设所述第二组层。
条款26.条款21至25中任一项的设备还包括:加热器142,在铺设所述第一组层和所述第二组层期间所述加热器将所述第一组层和所述第二组层加热至所述热塑性塑料的熔化温度。
条款27.使用条款21至26中任一项的设备制造飞行器的一部分。
条款28.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行条款1至9中任一项的用于制造层压件的方法。
条款A1.一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的方法,所述方法包括:编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物,所述圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状;在沿所述圆周的粘合位置处粘合所述预浸渍纤维;以及在所述粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物,所述刀沿着织物的长度在处理方向上行进并且设置在辊的后面。
条款A2.条款A1的方法,其中:编织包括三维地编织所述预浸渍纤维。
条款A3.条款A1或A2的方法,其中:所述封闭横截面形状是圆形。
条款A4.条款A1至A3中任一项的方法,其中:加热所述预浸渍纤维包括将所述预浸渍纤维的温度提高到所述热塑性塑料的熔化温度。
条款A5.条款A1至A4中任一项的方法还包括:从所述心轴移除所述织物;将所述织物压平成具有两个切割边缘和两个侧边的平面形状;以及通过将所述织物的第一切割边缘放置成与所述线轴接触,将所述织物卷绕到线轴上,卷绕所述线轴以卷取所述织物的所述侧边,并且通过将所述织物的第二切割边缘放置在所述线轴处来完成。
条款A6.条款A1至A5中任一项的方法还包括:从所述心轴移除所述织物;将所述织物压平成具有两个切割边缘和两个侧边的平面形状;以及通过将所述织物的第一侧边放置成与线轴接触、卷绕所述线轴以卷取所述织物的所述切割边缘并且通过将所述织物的第二侧边放置在所述线轴处来完成,从而将所述织物卷绕到所述线轴上。
条款A7.条款A1至A6中任一项的方法,其中:所述织物包括稀松织物。
条款A8.条款A1至A7中任一项的方法,其中:通过用沿着所述织物的长度在处理方向上行进的辊加热和压实所述预浸渍纤维来执行粘合。
条款A9.条款A1至A8中任一项的方法,其中:所述织物包括圆柱形编织结构。
条款A10.一种根据条款A1至A9中任一项的方法组装的飞行器的一部分。
条款A11.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的方法,所述方法包括:编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物,所述圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状;在沿所述圆周的粘合位置处粘合所述预浸渍纤维;以及在所述粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物,所述刀沿着织物的长度在处理方向上行进并且设置在辊的后面。
条款A12.如条款A11的介质,其中:编织包括三维地编织所述预浸渍纤维。
条款A13.条款A11或A12的介质,其中:所述封闭横截面形状是圆形。
条款A14.条款A11至A13中任一项的介质,其中:加热所述预浸渍纤维包括将所述预浸渍纤维的温度提高到所述热塑性塑料的熔化温度。
条款A15.条款A11至A14中任一项的介质,其中,所述方法还包括:从所述心轴移除所述织物;将所述织物压平成具有两个切割边缘和两个侧边的平面形状;以及通过将所述织物的第一切割边缘放置成与所述线轴接触、卷绕所述线轴以卷取所述织物的所述侧边并且通过将所述织物的第二切割边缘放置在所述线轴处来完成,从而将所述织物卷绕到线轴上。
条款A16.条款A11至A15中任一项的介质,其中,所述方法还包括:从所述心轴移除所述织物;将所述织物压平成具有两个切割边缘和两个侧边的平面形状;以及通过将所述织物的第一侧边放置成与线轴接触、卷绕所述线轴以卷取所述织物的所述切割边缘并且通过将所述织物的第二侧边放置在所述线轴处来完成,从而将所述织物卷绕到所述线轴上。
条款A17.条款A11至A16中任一项的介质,其中:所述织物包括稀松织物。
条款A18.条款A11至A17中任一项的介质,其中:通过用沿着所述织物的长度在处理方向上行进的辊加热和压实所述预浸渍纤维来执行粘合。
条款A19.条款A11至A18中任一项的介质,其中:所述织物包括圆柱形编织结构。
条款A20.根据由存储在条款A11至A19中任一项的计算机可读介质上的指令限定的方法组装的飞行器的一部分。
条款A21.一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的设备,所述设备包括:辊,所述辊在沿着单向材料的编织预浸渍纤维的织物的圆周的粘合位置处施加热量和压力,所述织物在圆柱形心轴处被铺设,并且所述辊在处理方向上沿着所述织物的长度行进;以及刀,所述刀在所述粘合位置之间的切割位置处切割所述织物,所述刀沿着所述织物的长度在处理方向上行进,并且设置在所述辊的后面。
条款A22.条款A21的设备还包括:加热器,所述加热器将所述辊加热到所述织物中的热塑性塑料的熔化温度。
条款A23.条款A21或A22的设备还包括:在所述织物被切割后卷取所述织物的线轴。
条款A24.条款A21至A23中任一项的设备,其中:所述织物包括所述预浸渍纤维的三维编织物。
条款A25.条款A21至A24中任一项的设备还包括圆柱形心轴,所述织物的圆周形成围绕所述心轴的封闭横截面形状。
条款A26.条款A25的设备,其中,所述封闭横截面形状是圆形。
条款A27.条款A21至A26中任一项的设备,其中,所述织物包括稀松织物。
条款A28.条款A21至A27中任一项的设备,其中,所述织物包括圆柱形编织结构。
条款A29.使用条款A21至A28中任一项的设备制造飞行器的一部分。
条款A30.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质,所述编程指令在由处理器执行时可操作用于执行条款A1至A9中任一项的用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的方法。
尽管本文描述了具体实施方式,但是本公开的范围不限于那些具体实施方式。本公开的范围由所附权利要求及其任何等同物限定。
Claims (13)
1.一种用于制造层压件的方法,所述方法包括:
铺设(204)用于所述层压件的第一组层,所述第一组层包括单向热塑性纤维增强材料的丝束;以及
铺设(208)用于所述层压件的第二组层,所述第二组层包括编织热塑性纤维增强材料的丝束。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括:
在铺设所述第二组层期间,操纵用于所述层压件的所述第二组层。
3.根据权利要求1所述的方法,其中:
将所述编织热塑性纤维增强材料的丝束从线轴收回。
4.根据权利要求1所述的方法,其中:
在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处执行所述第二组层的铺设。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,所述方法还包括:
在铺设所述第一组层和所述第二组层的同时,将所述第一组层和所述第二组层加热至热塑性塑料的熔化温度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,所述方法还包括:
在铺设所述第一组层时从第一线轴分配所述单向热塑性纤维增强材料的丝束。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,所述方法还包括:
在铺设所述第二组层时从第二线轴分配所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
8.一种用于制造层压件(160)的设备,所述设备包括:
第一线轴(116),所述第一线轴(116)存储单向热塑性纤维增强材料的丝束(126);
第一末端执行器(136),所述第一末端执行器(136)铺设用于所述层压件的第一组层(162),所述第一组层包括存储在所述第一线轴上的所述单向热塑性纤维增强材料的丝束;
第二线轴(118),所述第二线轴(118)存储编织热塑性纤维增强材料的丝束(128);以及
第二末端执行器(138),所述第二末端执行器(138)铺设用于所述层压件的第二组层(164),所述第二组层包括存储在所述第二线轴上的所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。
9.根据权利要求8所述的设备,所述设备还包括:
控制器,在铺设期间所述控制器操作所述第一末端执行器和所述第二末端执行器,并且在所述第二末端执行器铺设所述第二组层的同时所述控制器操纵所述第二组层。
10.根据权利要求8所述的设备,其中:
所述第一组层中的纤维(165)的尺寸等于所述第二组层中的纤维(167)的尺寸。
11.根据权利要求8所述的设备,其中:
所述编织热塑性纤维增强材料的丝束中的每个丝束中的所述纤维形成稀松织物。
12.根据权利要求8所述的设备,所述设备还包括:
控制器(112),所述控制器指引所述第二末端执行器在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处铺设所述第二组层。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的设备,所述设备还包括:
加热器(142),在铺设所述第一组层和所述第二组层期间所述加热器将所述第一组层和所述第二组层加热至热塑性塑料的熔化温度。
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