用于制造物品的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在模具里制造物品、尤其是纖維復合物品的系統(tǒng)和方法，所述物品優(yōu)選為用于風力渦輪機的葉片的至少部分。
【背景技術】
[0002]纖維復合物品的制造一般涉及在成型模具內(nèi)敷設纖維復合材料，通常將上述纖維復合材料作為連續(xù)層的條帶施加。然后，可將樹脂施加到模具內(nèi)的纖維復合材料，上述樹脂隨后固化以將纖維復合材料凝固成模制物品。然后，可將已模制物品從模具移除以進行附加加工或機加工，且上述模具已準備好在該模具內(nèi)敷設和固化下一物品。
[0003]傳統(tǒng)上，將敷設材料手動施加到模具表面。然而，當一些纖維復合物品相當長時，例如現(xiàn)代風力渦輪機葉片可在長度上超過40米，這種手動敷設使單個物品制造花費相當多的周期時間。
[0004]為了減少這些物品的制造時間，可從自動化敷設頭分配纖維復合材料，自動化敷設頭配置為從設置在敷設頭處或上的滾筒施加這些材料，材料沿著線性施加平面施加。敷設頭可相對于模具移動，以沿著任何期望模具部分分配材料。
[0005]然而，盡管使用這種敷設頭可使得敷設時間較快，但這種敷設自動化有時候導致纖維復合材料在模具內(nèi)的錯位，尤其是在模具包括傾斜或斜面式模具表面的時候。在這種情況下，材料從線性施加平面到彎曲表面的分配可因重力對材料的作用而導致纖維復合材料的滑移，從而使得上述材料偏離模具內(nèi)的期望敷設路徑。對這種錯位的校正可需要手動檢查和改正敷設材料位置，因而引發(fā)對制造工藝的附加時間和勞動。另外，以近似豎向排列進行材料施加可導致敷設頭位于運動奇異點(kinematic singularity)附近，意即敷設頭的適應性或適配性受到限制。
[0006]在一些系統(tǒng)中，在敷設之后，可將增粘劑施加于纖維復合材料和/或可將夾具施加于材料邊緣，以阻止敷設后的運動或滑移。然而，這些系統(tǒng)并未完全消除滑移問題，和/或將附加步驟引入了制造工藝。
[0007]本發(fā)明的目的是提供用于制造纖維復合物品的改進系統(tǒng)和方法，其尋求減少這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，提供一種在具有傾斜或彎曲表面的模具內(nèi)制造纖維復合物品的方法，所述纖維復合物品優(yōu)選為用于風力渦輪機的葉片的部分，其中，所述方法包括如下步驟:
沿著傾斜的施加平面將纖維材料施加到所述模具的所述傾斜或彎曲表面，其中，所述施加平面具有相對于所述模具的所述傾斜或彎曲表面而言更水平的定向，使得所施加的纖維材料掉落到所述模具的所述傾斜或彎曲表面，以及
將樹脂施加到所述纖維材料并固化所述樹脂以形成纖維復合物品。
[0009]通過沿著比所述傾斜或彎曲表面的名義平面更水平地定向的平面分配纖維材料，所述纖維材料將在重力作用下有效地下落到模具內(nèi)的期望位置。
[0010]附加地或替代地，提供一種在模具內(nèi)制造纖維復合物品的方法，所述纖維復合物品優(yōu)選為用于風力渦輪機的葉片的部分，所述纖維復合物品具有傾斜或彎曲表面，所述方法包括如下步驟:
提供模具，所述模具具有在所述模具的傾斜或彎曲表面上限定的敷設平面，優(yōu)選地在所述模具內(nèi)限定敷設平面，所述敷設平面設置為與所述模具的傾斜或彎曲表面的期望施加纖維材料層的至少一部分相交；
提供用于分配纖維材料層的敷設頭，其中所述纖維材料層沿著施加平面從所述敷設頭分配；
定位所述敷設頭，其中，所述施加平面相對于所述敷設平面旋轉，使得相對于水平面而言，所述敷設平面的斜率比所述施加平面的斜率大；
將至少一個纖維材料層從所述敷設頭的所述已旋轉施加平面施加到所述模具的所述敷設平面；
將樹脂施加到所述模具內(nèi)的所述至少一個纖維材料層；以及固化所述樹脂以形成具有傾斜表面的纖維復合物品。
[0011]通過設置敷設頭的施加平面以具有比模具的敷設平面小的傾斜角，因此纖維層由于重力而錯位的風險將降低。進而，敷設頭將以相對高的傾斜程度移離可能的運動奇異點。優(yōu)選地，所述施加平面繞相對于所述敷設平面介于5-30度之間的縱向或水平軸線旋轉到與所述敷設平面相比更水平的排列位置。
[0012]將會理解，平面的斜率是對平面傾斜度的測量，是相對于水平軸線測得的。將進一步理解，所述施加平面的斜率和所述敷設平面的斜率沿相同方向測得。
[0013]優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟:
為用于沿著所述模具的表面施加纖維材料的所述敷設頭設置名義參照敷設框架，所述參照敷設框架的施加平面初始設置為與所述敷設平面重合；
繞所述縱向或水平軸線旋轉所述名義參照敷設框架，使得所述施加平面具有相對于所述敷設平面而言更水平的定向；以及
移動所述敷設頭以與所述已旋轉敷設框架重合，用于從所述敷設頭施加纖維材料。
[0014]優(yōu)選地，所述纖維材料層施加到沿著所述模具的表面的部分限定的敷設路徑，所述敷設路徑沿著所述模具的縱向范圍延伸，所述敷設路徑具有第一縱向路徑邊緣和第二縱向路徑邊緣，其中所述第一縱向路徑邊緣和所述第二縱向路徑邊緣位于所述敷設平面上，且其中，所述方法包括如下步驟:
將從所述敷設頭分配的纖維材料層的第一邊緣與所述敷設路徑的所述第一路徑邊緣對齊，使得當所述至少一個纖維材料層從所述敷設頭施加到所述模具時，所述纖維材料層的第二邊緣掉落到所述敷設路徑的所述第二路徑邊緣。
[0015]將會理解，在所述模具的表面上限定的所述縱向敷設路徑可包括位于所述第一和第二路徑邊緣之間的大體凹表面。優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟，即平行于所述敷設路徑沿著所述模具的縱向范圍的部分移動所述敷設頭，以將所述纖維材料層施加到所述敷設路徑。將會理解，所述纖維材料層的寬度和/或所述敷設路徑的寬度可沿著所述模具的長度而改變。
[0016]優(yōu)選地，所述的定位所述敷設頭步驟包括:
為用于沿著所述敷設路徑施加纖維材料的所述敷設頭設置名義參照敷設框架，所述參照敷設框架的施加平面初始設置為與所述敷設平面重合；
繞所述敷設路徑的縱向旋轉所述名義參照敷設框架，使得所述施加平面具有相對于所述敷設平面而言更水平的定向；
偏移所述已旋轉框架以將從所述敷設頭分配的纖維材料層的所述第一邊緣定位在所述敷設路徑的所述第一邊緣處以提供名義已平移敷設框架；
移動所述玻璃敷設頭以與所述名義已平移敷設框架重合；以及后續(xù)基于所述名義已平移敷設框架沿著模具施加纖維材料層。
[0017]優(yōu)選地，所述旋轉步驟包括相對于所述敷設平面在5-30度之間旋轉所述施加平面。
[0018]附加地或替代地，當所述敷設平面在關于豎直面的30度內(nèi)定向、優(yōu)選在關于豎直面的20度內(nèi)定向時，執(zhí)行所述的旋轉所述施加平面的步驟。
[0019]通過僅在所述敷設平面以及相關敷設路徑是大體豎向時執(zhí)行旋轉所述施加平面，僅對所述模具的重力和運動奇異點的作用最大的那些區(qū)域執(zhí)行平移敷設頭的相對復雜操作。
[0020]優(yōu)選地，所述偏移步驟包括調(diào)整所述敷設頭位置以在所述模具上方留有間隙。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述敷設平面的斜率沿著所述敷設路徑的長度改變，且其中，所述方法包括如下步驟，即當所述敷設頭沿著所述敷設路徑的長度移動時，響應于所述敷設平面的所述斜率改變，調(diào)整所述敷設頭的位置以改變所述施加平面的斜率。
[0022]因為所述模具的形狀可沿著模具長度而改變，因此敷設路徑以及相關敷設平面可改變傾斜度。在這種情況下，優(yōu)選地，所述敷設頭能操作以調(diào)整適合于這種改變，從而確保纖維材料層精確地施加到所述模具的表面。
[0023]優(yōu)選地，所述的調(diào)整所述敷設頭的位置以改變所述施加平面的斜率的步驟包括如下步驟，即當所述敷設平面的斜率小于閾值時，調(diào)整所述敷設頭，使得所述施加平面與所述敷設平面重合。
[0024]如果敷設路徑以及相關敷設平面的斜率降低到了這樣的程度，即將重力對層施加過程的負面作用減小、和/或敷設路徑的角充分遠離敷設頭的運動奇異點，則敷設頭可設置為跟隨敷設路徑，而無需校正或偏移。
[0025]優(yōu)選地，所述纖維材料層是玻璃纖維層、碳纖維層、或混合玻璃碳纖維層。
[0026]優(yōu)選地，所述纖維材料層從設置在所述敷設頭上的所述纖維材料的卷筒分配。
[0027]優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟，即在所述的施加至少一個纖維材料層的步驟之前，將熱熔膠粘劑或增粘劑施加到所述模具內(nèi)。
[0028]通過在模具內(nèi)使用合適的熱熔膠粘劑或增粘劑，阻止了纖維材料層在從敷設頭施加之后在模具內(nèi)滑移。將會理解，熱熔或增粘劑可直接地施加到模具表面，和/或可施加到先前施加到模具內(nèi)的纖維材料層的頂部上。附加地或替代地，可提供夾具以當沿著敷設路徑的長度施加層時，將纖維材料層固定到模具上的合適位置。
[0029]優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟，即在從所述敷設頭施加之后，將至少一個輥子和/或