[发明专利]用于以TFP工艺生产具有几乎可任选的表面几何形状的纤维预成型件的装置

说明书

技术方案

本发明涉及一种用于以剪裁式纤维铺放法(TFP工艺)来生产纤维预成型件的装置，所述的纤维预成型体具有的几乎可任选的表面几何形状，在此装置中，可以利用引导装置，沿着几乎任选的轨道曲线将纤维束铺放在支撑层上，并且可以利用缝纫头，通过至少一种固定丝线将其缝固在支撑层上。

背景技术

在轻型结构中，特别是在飞机结构和宇航领域中，纤维增强的复合材料构件，因其在轻质的同时具有高强度而具有很大的减重潜力，越来越多地被应用于支撑结构部件上。

在成品复合材料构件中，增强纤维的排列对能达到的刚度和强度产生决定性的影响。增强纤维应尽可能地沿载荷方向取向，不起波皱并均匀地承受载荷。

一种能够满足与载荷相适应的纤维层的要求的方法是通过所谓的TFP工艺(剪裁式纤维铺放法)。此法中，至少将一股纤维束沿着任选的轨道曲线进行铺放、并利用至少一种固定丝线将其缝固在支撑层上，因而根据该工艺制造的纤维预成型件中的个体增强纤维的位置及取向能够以近于理想的方式，与后来复合材料构件中的主导的力的通量方向相适应。

在TFP工艺中，纤维预成型件的生产在公知的装置上实现，特别是在现代的计算机控制的缝纫或刺绣自动机械上实现。此种用于实施TFP工艺的装置通常具有一个固定的缝纫头。仅仅支撑层可在空间的X-Y轴上定位，在支撑层上，纤维预成型件通过纤维束的铺放和缝固来制造。

依照所述方法制造的纤维预成型件可以，例如利用RTM法(树脂传递模塑成型)，用可固化的树脂，更确切的说是用可交联固化的树脂体系浸渍并固化，形成成品复合材料构件。

在公知的装置上实施TFP工艺的缺点在于，只能将纤维束在平面上，例如在X-Y平面上引导并铺放。这样，生产的纤维预成型体通常具有平的表面几何形状。只有通过进一步的，后续的加工步骤，如变形，悬垂或诸如此类的加工步骤，才能使纤维预成型件具有异于平面的表面几何形状。但是，将本来平面的纤维预成型件进行进一步加工，有可能导致例如不期望的起波皱或增强纤维的错位，从而使得不能、或者是仅仅部分达到在纤维预成型件中力求达到的，特别是沿力的通量方向取向的增强纤维的排布。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于生产纤维预成型件的装置，它能够生产具有不同于平面的、几乎任选的表面几何形状的纤维预成型件。此外，按照本发明的装置应只对已公知的用于实施TFP工艺的装置作轻微的、必要的修改。

实现上述目的的技术方案如下：一种通过剪裁式纤维铺放法生产具有任选的表面几何形状的纤维预成型件的装置，其具有以下特征：

a)可以利用引导装置沿着任选的轨道曲线将纤维束铺放在具有弹性的并且柔韧的支撑层上；

b)可以利用缝纫头通过至少一种缝固丝线将纤维束缝固在支撑层上；

c)可以将支撑层在空间的X-Y轴方向上相对于引导装置和缝纫头进行定位；

d)可以将引导装置和缝纫头沿着Z轴方向进行定位；

e)可以通过大量位于支撑层之下矩阵般排布的带有支撑件的冲头将支撑层的表面几何形状进行改变，以生产具有任意表面几何形状的纤维预成型件。

即利用按照本发明的装置通过可以将支撑层在空间的X-Y轴方向上相对于引导装置和缝纫头进行定位，其中可以将缝纫头和/或引导装置在Z轴方向上定位，因而能够以TFP工艺生产具有几乎任选的，特别是不同于平面的表面几何形状的纤维预成型件，并且其中增强纤维基本上按力的通量方向取向。按照本发明的装置仅仅要求增加缝纫头在Z轴上可移动性，从而使得公知的用于实施TFP工艺的装置能够被相对容易地改造，更确切地说是改进。

利用按照本发明的装置例如能够制造具有基本上呈球冠状的表面几何形状，同时具有近乎理想的、特别是沿力的通量方向的纤维取向的纤维预成型件。此外，这样的纤维预成型件在浸渍可固化的树脂后和树脂固化后，例如可作为飞行器机身单元的压力隔框。

根据一种进一步有利的设计，可以通过冲头改变支撑层的表面几何形状，以生产带有几乎任选的表面几何形状的纤维预成型件。这样，就能够在一个通用的底板铺放具有不同表面几何形状的许多变化的实施形式的纤维预成型件。支撑层表面几何形状的改变通过许多位于支撑层之下的冲头实现，所述冲头被设计为可通过执行机构进行移动。其中，支撑层相对于静止的冲头越过其进行移动。

根据一种进一步有利的设计，支撑层被收纳于夹框内。