專利名稱：樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)與整體式鋪層系統(tǒng)和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于向復(fù)合材料施加和灌注樹(shù)脂且隨后使灌注的材料鋪層的系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于可控地輸送、施加和灌注樹(shù)脂到一條或多條纖維束上且隨后使灌注的纖維束鋪層的自動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
灌注樹(shù)脂的纖維復(fù)合材料越來(lái)越多地用于多種不同的行業(yè)，例如汽車、飛行器和風(fēng)能，部分是因?yàn)樗鼈冎亓枯p并且強(qiáng)度高的性質(zhì)。所期望的是形成復(fù)雜的復(fù)合材料構(gòu)件和/ 或纖維圖案，其中灌注過(guò)程和鋪層過(guò)程被集成到自動(dòng)順列式進(jìn)料系統(tǒng)中。當(dāng)前的制造工藝通常涉及使用隨后灌注樹(shù)脂的纖維預(yù)型件(或稱為“預(yù)浸料坯”的預(yù)浸漬的纖維板)，以及使用這些灌注的纖維預(yù)型件或預(yù)浸漬的纖維束的單獨(dú)的鋪層系統(tǒng)及程序。目前，進(jìn)行了努力以便使用包括輥(roller)的系統(tǒng)來(lái)提供一條或多條單獨(dú)的纖維束的灌注，其中樹(shù)脂從開(kāi)孔流過(guò)輥中的孔到外表面。然而，這些系統(tǒng)不允許控制單獨(dú)的絲束的灌注。為了提供對(duì)單獨(dú)的絲束的灌注的控制，還進(jìn)行努力以便使用系統(tǒng)提供一系列纖維束的灌注，該系統(tǒng)包括流過(guò)單獨(dú)的可控噴嘴的樹(shù)脂。不論灌注程序如何，在灌注過(guò)程之后，一條或多條纖維束在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)構(gòu)件鋪層工具上經(jīng)受鋪層。該過(guò)程耗時(shí)且昂貴，因?yàn)橐褂脝为?dú)的系統(tǒng)來(lái)完成復(fù)合部件的制造。因此，期望提供改進(jìn)的系統(tǒng)，其允許在自動(dòng)順列式進(jìn)料系統(tǒng)中控制一條或多條纖維束的樹(shù)脂灌注，該進(jìn)料系統(tǒng)集成鋪層系統(tǒng)和程序以便完成復(fù)合部件的制造。此外，期望這樣的系統(tǒng)，其有助于一條或多條干纖維束的實(shí)時(shí)順列灌注以及在單個(gè)制造步驟中鋪層灌注纖維束以用于形成復(fù)雜的復(fù)合構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的一個(gè)方面在于一種自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)，其用于將樹(shù)脂施加到一條或多條纖維束上，利用樹(shù)脂灌注該一條或多條纖維束以形成一條或多條灌注的纖維束，以及隨后將一條或多條灌注纖維束鋪層以形成復(fù)合部件，其中，該一條或多條纖維束中的每條纖維束以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)。該自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)包括自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)，自動(dòng)鋪層系統(tǒng)以及控制器。自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)構(gòu)造成用以將樹(shù)脂輸送和沉積到該一條或多條纖維束中的相應(yīng)纖維束上，以及將樹(shù)脂灌注到該一條或多條纖維束上以形成一條或多條灌注的纖維束。自動(dòng)鋪層系統(tǒng)與自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)順列設(shè)置，以便接收該一條或多條灌注纖維束的進(jìn)料。自動(dòng)鋪層系統(tǒng)包括至少一個(gè)壓輥以及定位系統(tǒng)，該至少一個(gè)壓輥構(gòu)造成用以將該一條或多條灌注纖維束粘附到基底表面上，該定位系統(tǒng)用以相對(duì)于基底的表面使壓輥定向?？刂破鳂?gòu)造成用以控制樹(shù)脂相對(duì)于該一條或多條纖維束中的相應(yīng)纖維束的纖維速度的流率，控制樹(shù)脂、灌注纖維束和自動(dòng)鋪層系統(tǒng)的溫度，以及控制該自動(dòng)鋪層系統(tǒng)內(nèi)的一條或多條灌注纖維束的張力。本發(fā)明的另一方面在于一種自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)，其用于將樹(shù)脂施加到一條或多條纖維束上，利用樹(shù)脂灌注該一條或多條纖維束以形成一條或多條灌注的纖維束，以及隨后將該一條或多條灌注纖維束鋪層以形成復(fù)合部件，其中，該一條或多條纖維束中的每條纖維束以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)。該自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)包括自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)，自動(dòng)鋪層系統(tǒng)以及控制器。自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)構(gòu)造成用以將樹(shù)脂輸送和沉積到該一條或多條纖維束中的相應(yīng)纖維束上，以及將樹(shù)脂灌注到該一條或多條纖維束上以形成一條或多條灌注的纖維束。自動(dòng)鋪層系統(tǒng)與自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)順列設(shè)置，以便接收該一條或多條灌注纖維束。自動(dòng)鋪層系統(tǒng)包括處于一條或多條灌注纖維束的饋送通路中的多個(gè)壓緊輥、至少一個(gè)壓輥以及定位系統(tǒng)，該至少一個(gè)壓輥構(gòu)造成用以將該一條或多條灌注的纖維束粘附到基底的表面上，該定位系統(tǒng)用以相對(duì)于基底的表面使壓輥定向?？刂破鳂?gòu)造成，使用基于用于該一條或多條灌注纖維束中的相應(yīng)纖維束的樹(shù)脂寬度和樹(shù)脂厚度的其中至少一項(xiàng)的測(cè)量數(shù)據(jù)的反饋來(lái)相對(duì)于通過(guò)自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)的該一條或多條纖維束中的相應(yīng)纖維束的纖維速度控制樹(shù)脂的流率，控制樹(shù)脂、灌注纖維束和自動(dòng)鋪層系統(tǒng)的溫度，以及控制該自動(dòng)鋪層系統(tǒng)內(nèi)的該一條或多條灌注纖維束的張力。


當(dāng)參照附圖來(lái)閱讀下述詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些與其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更容易理解，其中，所有附圖中的相似標(biāo)號(hào)表示相似的部件，在附圖中圖1在側(cè)視圖中示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于樹(shù)脂輸送、施加和灌注以形成灌注纖維束并且隨后纖維鋪層以形成復(fù)合部件的自動(dòng)順列式系統(tǒng)；圖2在側(cè)視圖中示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于樹(shù)脂輸送、施加和灌注以形成灌注纖維束并且隨后纖維鋪層以形成復(fù)合部件的自動(dòng)順列式系統(tǒng)；圖3在側(cè)視圖中示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于樹(shù)脂輸送、施加和灌注以形成灌注纖維束并且隨后纖維鋪層以形成復(fù)合部件的自動(dòng)順列式系統(tǒng)；圖4在側(cè)視圖中示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于樹(shù)脂輸送、施加和灌注以形成灌注纖維束并且隨后纖維鋪層以形成復(fù)合部件的自動(dòng)順列式系統(tǒng)；以及圖5在頂視圖中示意性地示出了圖4中所示的用于纖維排布系統(tǒng)的一系列示例性的纖維束。項(xiàng)目清單
100復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)
110自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)
112自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)
114纖維分送裝置
116傳感器
117卷軸(spool)
118第一輥元件
120一條或多條干纖維束
122孔眼/對(duì)準(zhǔn)板
124寬度控制輥
5
126輸送、沉積和灌注部分127內(nèi)部弧形表面128噴嘴129外部弧形表面130樹(shù)月旨131計(jì)算機(jī)控制的泵132控制器134灌注纖維束135灌注纖維帶136壓輥(compaction roller)138基底140基底表面142定位系統(tǒng)200復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)210自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)212自動(dòng)鋪層系統(tǒng)214樹(shù)脂分送裝置220干纖維束226灌注部分227內(nèi)部弧形表面228灌注輥229外部弧形表面230樹(shù)月旨231泵232控制器234灌注纖維束235纖維帶236壓輥237壓緊輥(pinching roller)238基底240基底表面242定位和控制系統(tǒng)244復(fù)合部件300自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)310自動(dòng)樹(shù)脂、輸送、沉積和灌注系統(tǒng)320纖維束334灌注纖維400自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)410樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)
412自動(dòng)鋪層系統(tǒng)
414纖維分送裝置
417卷軸
418第一輥元件
419泵
420纖維束
422孔眼
424寬度控制輥
425424上的凹口
426樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分
427用于輸送、沉積和灌注樹(shù)脂的裝置
428噴嘴
430樹(shù)脂
432控制器
434灌注纖維束
436壓輥
437壓緊輥
438基底
440基底表面
442定位和控制系統(tǒng)
444冷卻模塊
具體實(shí)施例方式大體上參照?qǐng)D1描述了用于將樹(shù)脂輸送和施加至一條或多條纖維束120、利用樹(shù)脂來(lái)灌注纖維束以形成一條或多條灌注纖維束134的自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110， 以及用于隨后使灌注纖維束134鋪層的自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112。自動(dòng)樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)110被集成到自動(dòng)順列式鋪層或纖維排布系統(tǒng)112中以形成復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)100，其示例性布置在圖1中示出。這種布置使一條或多條干纖維束120能夠?qū)崟r(shí)順列式灌注，這通過(guò)控制各絲束120的樹(shù)脂施加(并且因此灌注)速率而實(shí)現(xiàn)，并且隨后基于部分特定要求使樹(shù)脂灌注絲束134鋪層以形成復(fù)合部件。所得到的系統(tǒng)100可用于制造復(fù)合部件或結(jié)構(gòu)，其非限制性實(shí)例包括重量輕、強(qiáng)度高的飛行器構(gòu)件和汽車構(gòu)件。對(duì)于圖1中所示的示例性布置，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110包括用于饋送一條或多條干纖維束120的纖維分送裝置114，其中各纖維束120以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)。 更具體而言，取決于設(shè)計(jì)參數(shù)，纖維分送裝置114可構(gòu)造成用以單獨(dú)地饋送該一條或多條纖維束120中的每一條，從而使得可以不同的速率或相同的速率饋送絲束120。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，分送裝置114可與一個(gè)或多個(gè)卷軸117連通，該一條或多條絲束120中的每條絲束首先卷繞到卷軸的其中一個(gè)相應(yīng)卷軸上。對(duì)于圖1的示例性布置，在系統(tǒng)操作期間， 該一條或多條纖維束120中的每條纖維束經(jīng)過(guò)第一輥元件118，以便促進(jìn)一條或多條纖維束120的對(duì)準(zhǔn)。為了圖示簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖1中僅示出了一個(gè)輥元件118。該一條或多條纖維束120中的每條纖維束接下來(lái)穿過(guò)相應(yīng)的孔眼或?qū)?zhǔn)板122。為了圖示簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖1中僅示出了一個(gè)孔眼122。然而，通常可對(duì)該一條或多條纖維束中的每條纖維束120提供一個(gè)孔眼122。該一條或多條纖維束120然后可穿過(guò)寬度控制輥124。這種控制有助于確保整條絲束跨過(guò)其寬度的合適灌注，以及確保合適的絲束大小以用于自動(dòng)鋪層系統(tǒng)112中的絲束處理。該一條或多條纖維束120從寬度控制輥IM移動(dòng)至自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)Iio的樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分126。如圖1中所示，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng) 110包括樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分126，其包括用于將樹(shù)脂130輸送、沉積和灌注到該一條或多條纖維束120上的裝置。在所示的實(shí)施例中，樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分1 形成為單獨(dú)的構(gòu)件，但應(yīng)當(dāng)理解的是，通過(guò)本公開(kāi)可構(gòu)思單構(gòu)件輸送、沉積和灌注部分126。關(guān)于樹(shù)脂130和一條或多條纖維束120，本發(fā)明不限于特定的樹(shù)脂或纖維類型。然而，在一個(gè)非限制性實(shí)例中，樹(shù)脂130為可用于復(fù)合纖維的熱固性樹(shù)脂?？墒褂玫倪m合的熱固性樹(shù)脂的實(shí)例包括但不限于環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚酰胺，或這些中的兩種或多種的組合。此外，任何適合的加強(qiáng)材料可使用本文所述的設(shè)備、系統(tǒng)和方法來(lái)灌注。例如，相對(duì)連續(xù)的纖維或絲束可設(shè)置為用以形成單向排列的纖維、交叉合股排列的纖維，或束扎在絲束中，這些絲束設(shè)置為用以形成單向排列的絲束，或者織造或交叉合股以形成二維排列，或者織造或編織以形成三維織物。對(duì)于三維織物而言，例如，成組的單向絲束可彼此橫切而交織。被包括到這樣的加強(qiáng)材料(例如帶或織物)中的可用纖維包括但不限于玻璃纖維、碳和石墨纖維、玄武巖纖維、聚合物纖維(包括芳綸和硼絲、石英纖維、銅纖維等)。該纖維可取決于復(fù)合纖維的預(yù)期應(yīng)用而為非傳導(dǎo)性或傳導(dǎo)性的。在該特定的非限制性實(shí)例中， 樹(shù)脂130為環(huán)氧樹(shù)脂，并且該一條或多條纖維束120包括碳纖維。然而，本發(fā)明不限于這些特定樹(shù)脂或纖維類型。在一非限制性實(shí)例中，輸送、沉積和灌注部分1 包括構(gòu)造成用以將樹(shù)脂130沉積到該一條或多條纖維束120的相應(yīng)纖維束上的一個(gè)或多個(gè)噴嘴128。在一優(yōu)選實(shí)施例中， 為該一條或多條纖維束120中的每條纖維束提供了一個(gè)噴嘴128。本發(fā)明不限于任何特定的噴嘴布置。在共同未決申請(qǐng)中進(jìn)一步描述了結(jié)合使用噴嘴的施加和灌注系統(tǒng)的另外的方面，該共同未決的申請(qǐng)由相同受讓人提交，帶有代理卷號(hào)236021-1和美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào) 12/575，668，名稱為 “Resin Application and Infusion System”，并且該申請(qǐng)通過(guò)該引用而包括到本文中。所述的樹(shù)脂灌注設(shè)備可設(shè)置為輸送、沉積和灌注部分126的一部分，并用于將任何期望的樹(shù)脂灌注到任何期望的加強(qiáng)材料中。將期望這樣的系統(tǒng)包括期望的樹(shù)脂130的來(lái)源，以及一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)控制的泵131，其中，各泵構(gòu)造成用以將樹(shù)脂130供給至一個(gè)或多個(gè)噴嘴128，并且，其中，各泵131由控制器(不久描述)控制。如圖1中指出的那樣，復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)100還包括控制器132，其構(gòu)造成用以控制輸送、沉積和灌注部分126(并且更具體而言穿過(guò)纖維分送裝置114的樹(shù)脂130的流率)以及自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112，以便基于纖維束120中的相應(yīng)纖維束的纖維速度提供所期望的樹(shù)脂含量?？刂破?32可與如圖1中所示的自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112交換信息， 以便對(duì)于任何鋪設(shè)順序優(yōu)化灌注。控制器132可構(gòu)造成用以相對(duì)于一條或多條纖維束120中的相應(yīng)纖維束的纖維速度控制樹(shù)脂130的流率，對(duì)樹(shù)脂130、灌注纖維束134和自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112提供溫度控制，以及控制自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112內(nèi)的該一條或多條灌注纖維束134的張力。盡管單獨(dú)的控制器可用于復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)100，并且更具體地用于自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110和用于自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112，但也需要這種控制集成。在一些實(shí)施例中，控制器132可包括一個(gè)或多個(gè)處理器。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限于用于執(zhí)行本發(fā)明的處理任務(wù)的任何特定的處理器。如本文所使用的用語(yǔ)“處理器”旨在表示能夠執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)所需執(zhí)行的計(jì)算或運(yùn)算以及用以控制本發(fā)明中的機(jī)械和電氣裝置的任何機(jī)器。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，用語(yǔ)“處理器”旨在表示能夠根據(jù)預(yù)定規(guī)則接收結(jié)構(gòu)輸入和/或處理輸入以便產(chǎn)生輸出的任何機(jī)器。對(duì)于某些實(shí)施例，控制器132還構(gòu)造成用以使用基于纖維束120中的相應(yīng)纖維束的樹(shù)脂寬度和/或樹(shù)脂厚度的測(cè)量數(shù)據(jù)的反饋而控制穿過(guò)各噴嘴128的樹(shù)脂130的流率。 對(duì)于圖1中所示的示例性構(gòu)造，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110還包括用于監(jiān)測(cè)樹(shù)脂寬度和樹(shù)脂厚度的其中至少一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)傳感器116。盡管為了圖示簡(jiǎn)單在圖1中僅示出了一個(gè)傳感器116，但也可采用多個(gè)傳感器116，并且在一個(gè)非限制性實(shí)例中，對(duì)每條纖維束120提供了一個(gè)傳感器116。示例性傳感器包括光學(xué)傳感器或接觸傳感器。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112設(shè)置為與自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110成進(jìn)料式定位。更具體而言，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112排列成用以在樹(shù)脂130的灌注之后接收該一條或多條纖維束120的進(jìn)料，并且更具體而言用以接收一條或多條灌注的纖維束134。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112大體上包括至少一個(gè)壓輥136，壓輥136構(gòu)造成用以傳遞力以便使一條或多條灌注的纖維束134粘附到基底138(例如模具或工具)的表面140上。在構(gòu)建期間， 所選的樹(shù)脂130的濃度可使得樹(shù)脂130足夠粘以便粘附至基底138而非壓輥136。在其它非限制性的實(shí)例中，樹(shù)脂灌注絲束134的溫度可需要包括加熱或冷卻裝置(不久描述)以便滿足溫度要求。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112還可包括定位系統(tǒng)142，該定位系統(tǒng)142使壓輥 136相對(duì)于基底138的表面140定向。在一個(gè)非限制性的實(shí)例中，順列式鋪層系統(tǒng)112可安裝在基底138前方的自動(dòng)機(jī)械頭部或模具上，從而使得一條或多條樹(shù)脂灌注的纖維束134 粘附到基底138上，并且在自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)112相對(duì)于基底138移動(dòng)時(shí)牽拉樹(shù)脂進(jìn)料通過(guò)自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110。復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)100的特定構(gòu)造可基于該應(yīng)用而變化。圖1示出了單條纖維束120，其中，樹(shù)脂130如前文所述那樣經(jīng)由單個(gè)噴嘴1 沉積，以便形成灌注的纖維帶 135?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)210以及自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212的另一示例性實(shí)施例，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)210用于將樹(shù)脂施加到一條或多條干纖維束220上，以及利用樹(shù)脂來(lái)灌注干纖維束以形成一條或多條灌注的纖維束234， 自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212用于隨后將灌注的纖維束234鋪層以及制造復(fù)合部件。如圖2中所示，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)210被集成到自動(dòng)順列式鋪層或纖維排布系統(tǒng)212中，以便形成復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)200，其示例性布置在圖2中示出。這種布置利用對(duì)各絲束220的樹(shù)脂施加和灌注的速率的控制使一條或多條干纖維束220能夠?qū)崟r(shí)順列式灌注，并且隨后基于部分特定要求使樹(shù)脂灌注絲束234鋪層而形成復(fù)合部件。對(duì)于圖2中所示的示例性布置，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)210包括用于饋送
9該一條或多條干纖維束220的纖維分送裝置214，其中各纖維束以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)。類似于圖1的實(shí)施例，取決于設(shè)計(jì)參數(shù)，纖維分送裝置214構(gòu)造成用以饋送單條纖維束220， 或單獨(dú)地饋送該一條或多條纖維束220中的每條纖維束，從而使得絲束220可以不同的速率或相同的速率饋送。在系統(tǒng)操作期間，該一條或多條絲束220中的每條纖維束被饋送至自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)210的施加和灌注部分226，以用于將樹(shù)脂230輸送、沉積和灌注到該一條或多條纖維束220上。在所示的實(shí)施例中，樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分2 形成為整體構(gòu)件，但應(yīng)當(dāng)理解的是，通過(guò)本公開(kāi)可構(gòu)思復(fù)合構(gòu)件輸送、沉積和灌注部分226。 在一個(gè)非限制性實(shí)例中，樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分2 可包括一個(gè)或多個(gè)灌注輥228，每個(gè)灌注輥具有內(nèi)部弧形表面227和外部弧形表面229。該一個(gè)或多個(gè)灌注輥2 構(gòu)造成與樹(shù)脂230流體連通。多個(gè)孔(未示出)設(shè)置成與該一個(gè)或多個(gè)灌注輥2 連接，并使其弧形表面穿孔， 即，多個(gè)孔將內(nèi)部弧形表面227連接至外部弧形表面229。該一個(gè)或多個(gè)灌注輥2 可設(shè)有多個(gè)孔，它們大體上延伸跨過(guò)該一個(gè)或多個(gè)灌注輥228中的每個(gè)灌注輥的全部長(zhǎng)度，或者任何更短的長(zhǎng)度，或以不規(guī)則的方式或圖案間隔開(kāi)，其中，這些孔彼此不等距。在共同未決的申請(qǐng)中進(jìn)一步描述了包括使用一個(gè)或多個(gè)灌注輥以及穿孔的施加和灌注系統(tǒng)的另外方面，該申請(qǐng)帶有代理卷號(hào)M1776-1和美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/648，404，名稱為“Resin Infusion Apparatus and System, Layup System, and Methods of Using These，，，并且該申請(qǐng)通過(guò)引用而包括到本文中。所述的樹(shù)脂灌注設(shè)備可設(shè)置為輸送、沉積和灌注部分226的一部分，并用于將任何期望的樹(shù)脂灌注到任何期望的加強(qiáng)材料中。這種系統(tǒng)將希望包括期望的樹(shù)脂230的來(lái)源，以及泵231，該泵231能夠?qū)⑵谕膲毫κ┘拥綐?shù)脂230上以迫使其相對(duì)均勻地穿過(guò)灌注輥228并且離開(kāi)其孔，以便灌注期望的加強(qiáng)材料。類似于圖1中所述的實(shí)施例，復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)200還包括控制器232，其構(gòu)造成用以控制輸送、沉積和灌注部分226(并且更具體而言樹(shù)脂230穿過(guò)各分送裝置214 的流率)以及自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212，以便基于纖維束220中的相應(yīng)纖維束的纖維速度提供所期望的樹(shù)脂含量?？刂破?32以與圖1的控制器132大體相同的方式操作，并且因此為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將不會(huì)再參照?qǐng)D2來(lái)描述。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212設(shè)置為與自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注210系統(tǒng)成進(jìn)料式定位。更具體而言，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212排列成用以接收一條或多條灌注的纖維束 234。在一非限制性實(shí)施例中，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212大體上包括至少一個(gè)壓輥236和至少一組壓緊輥237，壓緊輥237構(gòu)造成用以將一條或多條灌注纖維束234粘附到基底238的表面240上以便形成復(fù)合部件M4。壓輥236與該一條或多條灌注的纖維束234的進(jìn)料順列設(shè)置，并且提供用于將該一條或多條灌注的纖維束234壓緊到基底238的表面240上的力。該多個(gè)壓緊輥237與進(jìn)料順列設(shè)置，并且更具體而言設(shè)置在自動(dòng)輸送、沉積和灌注系統(tǒng) 210與壓輥236之間。該多個(gè)壓緊輥237提供許多不同的功能，包括但不限于下列項(xiàng)(i) 如果該一條或多條纖維束220并未被輸送、沉積和灌注部分2 完全灌注，提高樹(shù)脂230的灌注的程度；(ii)使一條或多條灌注纖維束234(或帶)定形以產(chǎn)生更加矩形的截面；以及 (iii)正好在通過(guò)壓輥236鋪層之前，減小該一條或多條灌注的纖維束234的進(jìn)料上的張力。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)212還可包括定位和控制系統(tǒng)M2，該定位和控制系統(tǒng)242使壓輥236相對(duì)于基底238的表面240定向。此外，該定位和控制系統(tǒng)242可提供對(duì)參數(shù)(例如多個(gè)壓緊輥237的間距等)的控制，并從而提供對(duì)進(jìn)料張力的控制。復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)200的特定構(gòu)造可基于應(yīng)用而變化。圖2示出了單條纖維束220，其中樹(shù)脂230如之前所述那樣經(jīng)由灌注輥2 沉積以便形成灌注的纖維帶235。圖3中示出了大體上類似于圖2的前述系統(tǒng)200的復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)300， 只是在該特定實(shí)施例中，將多條纖維束320提供給自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)310(其大體上類似于圖2的自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)210)，從而產(chǎn)生多條灌注纖維334。現(xiàn)在參看圖4，示出了大體上類似于圖1的前述系統(tǒng)100的復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)400，只是在該特定實(shí)施例中，將多條纖維束420提供給自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng) 410，從而產(chǎn)生多條灌注纖維434。更具體而言，示出了自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410 和自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410用于將樹(shù)脂施加至多條纖維束420，以及利用樹(shù)脂430來(lái)灌注多條纖維束420以便形成多條灌注的纖維束434，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412用于隨后使灌注纖維束434鋪層。復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)400使得能夠在對(duì)多條絲束420中的每條絲束的樹(shù)脂施加和灌注的速率進(jìn)行控制的情況下實(shí)時(shí)順列灌注多條干纖維束420，并且隨后基于部分特定要求使樹(shù)脂灌注的絲束434鋪層以形成復(fù)合部件。類似于關(guān)于圖1所述的實(shí)施例，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410包括用于饋送一條或多條干纖維束420的纖維分送裝置414，其中各纖維束以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)。與圖 1中所述的實(shí)施例相比，在該特定實(shí)施例中，取決于設(shè)計(jì)參數(shù)，纖維分送裝置414構(gòu)造成用以單獨(dú)地饋送多條纖維束420，從而使得該多條絲束420中的每條絲束可以不同的速率或相同的速率饋送。例如，在一些情況下，對(duì)于一條或多條纖維束，纖維速度可為零，而其它絲束移動(dòng)。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，分送裝置414可與一個(gè)或多個(gè)卷軸417、第一輥元件418、 孔眼422和寬度控制輥4M連通(類似于圖1中所示的實(shí)施例中所述的那些)。在該特定實(shí)施例中，寬度控制輥4 可包括一個(gè)或多個(gè)凹口 425 (如圖5中最佳示出的那樣)以用于接收和引導(dǎo)該多條纖維束420中的相應(yīng)纖維束，凹口 425定形為提供對(duì)離開(kāi)輥424的絲束的寬度的控制。這種控制有助于確保整條絲束跨過(guò)其寬度的合適灌注，以及對(duì)于自動(dòng)鋪層系統(tǒng)412中的絲束處理設(shè)備確保合適的絲束大小。該一條或多條纖維束420從寬度控制輥4M移動(dòng)至自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410的施加和灌注部分。如圖4中所示，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410包括樹(shù)脂輸送、沉積和灌注部分426，其包括用于將樹(shù)脂427輸送、沉積和灌注到該多條纖維束420中的各纖維束上的裝置。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，多個(gè)噴嘴428(大體上類似于關(guān)于圖1所述的噴嘴128)構(gòu)造成用以將樹(shù)脂430沉積到該多條纖維束420中的相應(yīng)纖維束上。在一優(yōu)選實(shí)施例中，為該多條纖維束420中的每條纖維束提供了一個(gè)噴嘴428。如圖4中所示，復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)400還包括控制器432，其構(gòu)造成用以控制輸送、沉積和灌注部分426(并且更具體而言樹(shù)脂430穿過(guò)用于輸送、沉積和灌注樹(shù)脂427 的各裝置的流率)以及自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412基于多條纖維束 420中的相應(yīng)纖維束的纖維速度提供所期望的樹(shù)脂含量?？刂破?32如之前在圖1中示出的那樣構(gòu)造，以便優(yōu)化灌注和鋪設(shè)順序。對(duì)于圖4中所示的示例性構(gòu)造，自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410還包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)控制的泵419。對(duì)于所示的實(shí)施例，各泵419構(gòu)造成用以將樹(shù)脂430供給至該多個(gè)噴嘴4 中的相應(yīng)噴嘴。更具體而言，對(duì)于所示的實(shí)例，為每個(gè)噴嘴4 提供了單獨(dú)的泵 419。如所示的那樣，各泵419由控制器432控制。在其它構(gòu)造中，其中至少一個(gè)泵419可配備有多個(gè)閥(未示出)，以便控制樹(shù)脂430從泵419到多個(gè)噴嘴428的流動(dòng)。例如，各泵 419可用于將樹(shù)脂輸送至多個(gè)噴嘴428。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，泵419為正排量泵。在特定的實(shí)例中，采用了帶有較少泄漏的正排量泵。泵419可通過(guò)管路或?qū)Ч?未示出)連接至噴嘴似8。對(duì)應(yīng)特定的實(shí)施例，控制器432還構(gòu)造成用以接收該多條纖維束430中的相應(yīng)纖維束的纖維饋送速率信號(hào)，并且至少部分地基于該多條纖維束420中的相應(yīng)纖維束的纖維饋送速率信號(hào)來(lái)控制泵419。對(duì)于某些實(shí)施例，纖維束420具有不同的纖維饋送速率，從而使得控制器432將不同的控制信號(hào)施加至相應(yīng)的泵419。在一些情況下，對(duì)于其中一條或多條纖維束420，纖維速度可為零。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，纖維饋送速率信號(hào)從計(jì)量輥(未示出)中讀取。該計(jì)量輥可沿絲束路徑定位。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412設(shè)置成與自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注410系統(tǒng)成進(jìn)料式定位。更具體而言，自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412排列成用以接收多條灌注纖維束434的進(jìn)料。 自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412大體上包括至少一個(gè)壓輥436和至少一組壓緊輥437，壓縮輥437 構(gòu)造成用以將一條或多條灌注纖維束434粘附到基底438的表面440上。類似于前述實(shí)施例，壓輥436與進(jìn)料順列設(shè)置，并且提供用于將灌注纖維束434壓到基底438上的力。該多個(gè)壓緊輥437順列設(shè)置在自動(dòng)輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410與壓輥436之間。如前文所述，如果一條或多條纖維束420在灌注步驟期間沒(méi)有完全灌注，則該多個(gè)壓緊輥437提供進(jìn)一步的樹(shù)脂430灌注，從而使該一條或多條灌注的纖維束434 (或帶)定形以產(chǎn)生更加矩形的截面，并且正好在通過(guò)壓輥436鋪層之前減小一條或多條灌注纖維束434的進(jìn)料上的張力。自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412還可包括冷卻模塊444，以及使壓輥436相對(duì)于基底438 的表面440定向的定位和控制系統(tǒng)442。此外，定位和控制系統(tǒng)442可提供對(duì)多個(gè)壓緊輥 437的參數(shù)(例如間距等)的控制。在通過(guò)壓緊輥437之后，樹(shù)脂灌注的纖維束434被饋送通過(guò)圖4中所示的自動(dòng)順列式鋪層系統(tǒng)412中的冷卻模塊444。冷卻模塊444的非限制性實(shí)例包括空氣冷卻器以及由ITW Air Management (公司所在地為俄亥俄州辛辛那提市)以商品名Vortex Coolers銷售的冷卻器。對(duì)于某些實(shí)施例，冷卻模塊444將樹(shù)脂灌注的絲束 434冷卻至大約40° F至大約70° F范圍內(nèi)的溫度。對(duì)于圖4中所示的構(gòu)造，然后通過(guò)壓輥436將冷卻的樹(shù)脂灌注纖維束434壓到基底438的表面440上以形成復(fù)合部件444。圖4中示出了大體上類似于圖1的前述系統(tǒng)100的復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)400， 只是在該特定實(shí)施例中，將多條纖維束402提供給自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)410(大體上類似于圖1的自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)110)，從而產(chǎn)生多條灌注纖維434。復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)400的特定構(gòu)造可基于應(yīng)用而變化。有利的是，通過(guò)順列式地集成自動(dòng)樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)110、210、310、410 以及與自動(dòng)鋪層系統(tǒng)112、212、312、412集成，可制造出高級(jí)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而不論是否具有需要單獨(dú)的制造過(guò)程和步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)纖維束的輸送、施加和灌注以及隨后使灌注纖維束鋪層的復(fù)雜形狀。所產(chǎn)生的復(fù)合自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)集成了本發(fā)明的順列式樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)以及自動(dòng)鋪層系統(tǒng)，從而與常規(guī)纖維排布系統(tǒng)相比對(duì)這些復(fù)雜復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造提供改善的控制和更低的成本。 盡管本文僅示出和描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到許多修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求意圖覆蓋落入本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神內(nèi)的所有這樣的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)(100，200，300，400)，其用于將樹(shù)脂(130，230，430)施加到一條或多條纖維束(120，220，320，420)上，利用所述樹(shù)脂灌注所述一條或多條纖維束以形成一條或多條灌注的纖維束(134，234，334，434)，以及隨后將所述一條或多條灌注的纖維束鋪層以形成復(fù)合部件，其中，所述一條或多條纖維束中的每條纖維束以相應(yīng)的纖維速度移動(dòng)，所述自動(dòng)系統(tǒng)包括自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)(110，210，310，410)，其構(gòu)造成用以將所述樹(shù)脂(130， 230,430)輸送和沉積在所述一條或多條纖維束(120，220，320，420)中的相應(yīng)纖維束上，以及將所述樹(shù)脂(130，230，430)灌注到所述一條或多條纖維束中以形成所述一條或多條灌注纖維束(134，234，334，434)；自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(112，212，312，412)，其與所述自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)(110， 210,310,410)順列設(shè)置以接收所述一條或多條灌注纖維束(134，234，334，434)的進(jìn)料， 所述自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(112，212，312，412)包括至少一個(gè)壓輥(136，236，336)以及定位系統(tǒng) (142，242，442)，所述至少一個(gè)壓輥(136，236，336)構(gòu)造成用以將所述一條或多條灌注的纖維束(134，234，334，434)粘附到基底(138，238，438)的表面(140,240,440)上，所述定位系統(tǒng)(142,242,442)用以相對(duì)于所述基底(138，238，438)的所述表面(140,240,440)使所述壓輥(136，236，436)定向；以及控制器(132，232，432)，其構(gòu)造成用以相對(duì)于所述一條或多條纖維束(120，220，320， 420)中的相應(yīng)纖維束的纖維速度控制所述樹(shù)脂(130，230，430)的流率，控制所述樹(shù)脂 (130，230，430)、所述灌注的纖維束(134，234，334，434)和所述自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(112,212, 412)的溫度，以及控制所述自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(112，212，412)內(nèi)的所述一條或多條灌注的纖維束(134,234,334,434)的張力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(132，232，432)還構(gòu)造成，使用基于所述一條或多條灌注的纖維束(134，234，334，434)中的相應(yīng)纖維束的樹(shù)脂寬度和樹(shù)脂厚度的其中至少一項(xiàng)的測(cè)量數(shù)據(jù)的反饋來(lái)控制所述樹(shù)脂(130，230，430)通過(guò)所述自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)(110，210，310，410)的流率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)順列式系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)傳感器(116)，所述傳感器(116)用于監(jiān)測(cè)所述樹(shù)脂寬度、所述樹(shù)脂厚度、所述樹(shù)脂溫度、所述系統(tǒng)溫度以及所述自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(112)內(nèi)的所述一條或多條灌注的纖維束 (134)的張力的其中至少一項(xiàng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)(210)還包括至少一個(gè)灌注輥0 )，所述至少一個(gè)灌注輥(228)具有穿過(guò)其弧形表面027)的多個(gè)孔，并構(gòu)造成用以將所述樹(shù)脂(230)灌注到所述一條或多條纖維束(220) 中以及形成所述一條或多條灌注的纖維束034)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)(110，410)還包括至少一個(gè)噴嘴(1 ，4 )，其中，所述至少一個(gè)噴嘴中的每個(gè)噴嘴構(gòu)造成用以將所述樹(shù)脂(130，430)沉積在所述一條或多條纖維束(120，420)中的至少一條纖維束上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)順列式系統(tǒng)還包括順列設(shè)置在所述自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)Gio)以及所述壓輥(436)之間的冷卻模塊(444)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)鋪層系統(tǒng)(212，412) 還包括順列設(shè)置在所述自動(dòng)沉積和灌注系統(tǒng)Ο10，410)以及所述壓輥(236，436)之間的多個(gè)壓緊輥037，437)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述一條或多條灌注的纖維束(134,234)構(gòu)造為樹(shù)脂灌注的纖維帶(135, 235) 0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式系統(tǒng)，其特征在于，所述一條或多條灌注的纖維束(134，234，334，434)構(gòu)造為多條樹(shù)脂灌注的復(fù)合纖維。
10.一種使用如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)順列式制造系統(tǒng)(100，200，300，400)將樹(shù)脂 (130，230，330，430)灌注到一條或多條纖維束(120，220，320，420)中以形成一條或多條灌注的纖維束(134，234，334，434)以及將所述一條或多條灌注的纖維束鋪層的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及樹(shù)脂輸送、施加和灌注系統(tǒng)與整體式鋪層系統(tǒng)和使用方法。具體而言，一種自動(dòng)順列式進(jìn)料系統(tǒng)集成將樹(shù)脂輸送、施加和灌注到一條或多條纖維束上以及將該一條或多條灌注的纖維束鋪層以便形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)包括自動(dòng)樹(shù)脂輸送、沉積和灌注系統(tǒng)，其構(gòu)造成用以將樹(shù)脂沉積到一條或多條纖維束中的相應(yīng)纖維束上并形成灌注的纖維束。該系統(tǒng)集成自動(dòng)鋪層系統(tǒng)，該自動(dòng)鋪層系統(tǒng)包括壓輥，該壓輥構(gòu)造成用以將該一條或多條灌注的纖維束粘附到基底上。該系統(tǒng)還包括控制器，控制器構(gòu)造成用以控制樹(shù)脂的流率，控制樹(shù)脂、灌注纖維束和自動(dòng)鋪層系統(tǒng)的溫度，以及控制自動(dòng)鋪層系統(tǒng)內(nèi)的該一條或多條灌注纖維束的張力。還提供了自動(dòng)順列式系統(tǒng)的其它方面。
文檔編號(hào)B29C70/34GK102555230SQ201110296668
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者B·B·帕羅迪, J·S·U·謝爾, J·T·奧弗林, M·E·費(fèi)爾米爾伊, M·奧斯托吉克, R·克尼格, S·G·范紐溫霍夫, T·克盧格, T·克爾維恩, T·庫(kù)爾庫(kù)特薩基, 郭書敬 申請(qǐng)人:通用電氣公司