[发明专利]用于制造先进复合部件的方法和系统

说明书

本发明涉及一种使用纤维放置系统(1)生产复合部件的方法，该纤维放置系统(1)具有：材料存储封壳(2)；材料馈送工位(8)，其具有夹辊系统(9)和切割装置(10)；以及材料传送工位(12)，其具有用于每层形成的每个纤维束(24)的相应可动引导槽(13)。在该方法中，夹辊驱动系统被启用以牵拉每个材料幅材并引导材料幅材进入材料幅材的相应引导槽。夹持器(21)转动到与可动引导槽对准，下降到与纤维束接触，启用并拉回，从而从可从引导槽取出纤维束。然后夹持器放置在真空台或铺放表面上方，下降、停用并拉回，使得纤维束在真空台或铺放表面上先前铺放层的顶上保留就位。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2003年8月19日授权的美国专利第6,607,626号、2005年9月6日授权的美国专利第6,939,423号、2007年6月26日授权的美国专利第7,235,149号、2011年8月30日授权的美国专利第8,007,894号、2011年11月1日授权的美国专利第8,048,253号、2012年5月1日授权的美国专利第8,168,029号、2012年3月30日提交的美国专利申请第13/435,006号；以及2012年7月25日提交的美国专利申请第13/557,621号，所有这些专利全文以参见的方式纳入本文。

发明领域

本发明总体涉及先进复合部件的制造。更具体地，本发明涉及利用单相预浸料坯复合材料通过自动纤维放置工艺制造先进复合部件的方法和系统。

背景技术

常规纤维放置系统通常优化成形成非常大且通常轮廓浮凸明显的复合部件，其在固化之前接受很少或不接受后成形。形成的常规设计构造在用于生产小型大致平坦复合部件坯件时具有显著缺点，如下文揭示的：

最小过程长度(MCL)：常规纤维放置系统通过将来自材料卷轴的落纤通过复杂纤维输送路径以或多或少连续的方式馈送到沿工作表面行进的辊的夹点内而将每个过程的材料施加到工作表面进入。这要求用于将每个落纤切割成所需长度的机构位于分配头上，尽可能靠近夹辊。切割机构与辊夹点之间的距离决定可形成和铺放的最短落纤(或过程)的长度。较长的最小过程长度尺寸因此增加修剪操作期间所要去除的废料的量。用常规纤维放置构造可得到的最小过程长度因此可能太长而对于形成非常小型平坦复合部件是不实际的。

复杂张力控制：因为常规系统以或多或少的连续方式将每个过程的材料施加到工作表面，每个落纤必须必要地从材料卷轴行进大量距离到达分配头，同时经受通过沿路径重复所需弯曲和扭绞而施加的应力。因为落纤穿过纤维输送系统的速度必须匹配工作表面上材料的铺放速率，所以馈送和切割每个落纤到一定长度的操作通常在飞行中执行。这些情况使得使用复杂且昂贵系统来控制每个单独落纤内的张力。与这些张力控制系统相关的成本使得常规纤维放置系统作为用于生产非常小型大致平坦复合部件的手工铺放的替代方式是不实际的。

轮廓铺放能力：常规纤维放置系统的构造部分地由该需求驱动以能够将材料过程施加到掠过相当复杂轮廓的工作表面。对这种能力的要求以多种显著的方式影响该设计，其净效果驱使太复杂且昂贵的系统设计作为小型大致平坦复合部件的手工铺放工艺的可行替代方式。

常规系统通常需要分配头设计，这允许每个单独落纤能够在全铺放速度的同时单独铺放，从而更好地能够适形于工作表面的轮廓；

常规系统通常需要具有足够顺应性的复杂夹辊设计以适应轮廓的陡峭局部变化；

常规系统通常需要高功率工艺热源以全铺放速度粘化该层上的复合部件表面；以及

常规系统通常需要具有6个(且在某些情况下7个)自由度的相对大的操纵器，从而能够以正确定向和路径将材料过程施加到工作表面，具有足够的模具间隙。

需要改进的技术，包括高效形成先进复合部件坯料、尤其是小型大致平坦先进复合部件坯料的技术。

发明内容