使用转向的不连续纤维预浸件形成复合特征制造技术

通过将单个切短的纤维预浸段安置和转向到基板上来铺放复合结构的层间特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及使用纤维预浸件制作复合材料层压件结构，而且更特别地涉及用于通过以所需的纤维取向将不连续纤维预浸件转向(steering)到基板上形成复合结构特征的方法和装置。
技术介绍
可以在铺放过程中通过控制纤维取向来优化复合材料层压件结构的强度、刚度和负载传递特性。可以使用预浸带、纤维束或宽幅物品，采用自动纤维安置设备或者手工安置技术铺放材料来铺放传统的复合材料层压件。一般地，所得的复合结构大体上表现出整体一致的结构特性。然而，在一些情况下，控制在复合材料层压件的局部区域的厚度和/或纤维取向以便优化其结构特性和/或引起更高的局部应力可以是必要的或期望的。使用目前的制作过程控制局部厚度/纤维取向的能力受到限制。例如，自动纤维安置设备可以被用于将连续的纤维束转向到基板上，但是能够获得的曲率半径是有限的，因此使在具有紧密的轮廓的局部区域的纤维取向的控制困难。实现在层压件的局部区域的厚度和/或纤维取向上的严密控制也可以是昂贵和耗时的。因此，需要用于在层压件的局部区域控制复合材料层压件的厚度和/或纤维取向的方法和装置以便优化所述层压件的结构特性。还需要以上提到的类型的方法和装置，该方法和装置是有效的、高度可控的且其可以减少劳动力和材料成本。
技术实现思路
所公开的实施例提供了用于制作层压件的复合特征的方法和装置，其提供对在层压件结构的局部区域中的特征厚度和/或纤维取向的增加的控制，如在紧密的轮廓中和/或在层压件厚度中的过渡内。可以铺放复合材料使得纤维取向与在层压件选定的局部区域中的负载矢量是基本上连续对齐的，从而优化了层压件的结构特性。可以通过使用来源于其他产品/过程的废料预浸件形成复合特征来减少提供具有期望结构特性的层压件结构的局部区域所需要的复合材料的量。用于在本公开方法中使用的循环利用的废料预浸件可以减少材料成本，因此优化用于实施例的飞机应用的购买对飞行比率(采购的材料重量与成品重量的比率)。实施例允许以不连续纤维预浸件的形式的复合材料被“转向”到基板上以便获得所需的纤维取向。不连续纤维预浸件的使用允许对在所述层压件的局部区域中的层压件厚度变化上的更大的控制，同时允许在三个维度中局部剪裁层压件厚度来提供在层压件结构的不同特征之间的平滑的过渡。此外，不连续纤维预浸件的使用允许倍增器或者其他具有紧密的轮廓和/或楔形边缘的垫块的形成来获得结构内的平滑负载过渡。另外，不连续纤维预浸件渍的使用可以导致具有更高的纤维含量的复合特征。根据一个公开的实施例，提供了形成具有不连续增强纤维的复合特征的方法。所述方法包括制备每个具有单向增强纤维的多个注入树脂的纤维段；将所述注入树脂的纤维段安置在基板上；以及编排所述注入树脂的纤维段，使得被安置在所述基板上的所述注入树脂的纤维段的增强纤维相对于所需的参考取向大体对齐。制备所述注入树脂的纤维段包括将废料纤维预浸件切短成单个的小片，其可以通过沿且在所述增强纤维之间使纤维预浸件断裂或裂开为单个的小片来实现。将所述注入树脂的纤维段安置在所述基板上包括移动施加器到所述基板的上方；以及当所述施加器移动到所述基板的上方时，从所述施加器将所述注入树脂的纤维段分配到所述基板上。编排所述注入树脂的纤维段包括当所述注入树脂的纤维段正在从所述施加器被分配到所述基板上时对齐所述注入树脂的纤维段。制备所述注入树脂的纤维段通过从所述施加器拉伸连续的纤维预浸带来执行，以及当所述注入树脂的纤维段从所述施加器被分配到所述基板上时将所述预浸带切短成所述注入树脂的纤维段。从所述施加器分配所述注入树脂的段包括将所述注入树脂的纤维段的带宽分配到所述基板上。将所述注入树脂的纤维段安置在所述基板上是通过使所述注入树脂的纤维段从施加器头部流动到所述基板上来形成。通过将所述注入树脂的纤维段引入到空气射流中、以及使用所述空气射流投出所述注入树脂的纤维段到所述基板上来实现注入树脂的纤维段的流动。在所述注入树脂的纤维段已经被安置在所述基板上之后执行注入树脂的纤维段。所述方法可以进一步包括在所述注入树脂的段被安置在所述基板上之前施加树脂到所述基板。所述的方法也可以包括在所述注入树脂的纤维段被安置在所述基板上之前在每个所述注入树脂的纤维段的至少一端上施加树脂。根据另一个公开的实施例，提供了将复合材料铺放在基板上的方法，所述方法包括将单个切短的纤维预浸段安置在所述基板上；以及控制在所述基板上的所述预浸段的取向。将所述预浸段安置在所述基板上通过沿所需的路径移动施加器头部到所述基板的上方，以及当所述施加器移动到所述基板上方时，从所述施加器头部将所述注入预浸段分配到所述基板上来实现。控制所述预浸段的取向通过将从所述施加器头部分配的所述预浸段对齐来实现。控制所述预浸段的取向包括在所述预浸段已经被安置在所述基板上之后改变所述预浸段的取向。根据又一个实施例，提供了复合材料层压件结构铺层，包括多个复合材料层，每层包括具有对齐的纤维取向的多个单个的切短的纤维预浸段。所述切短的纤维预浸段的所述纤维取向与通过所述复合材料层压件结构的非线性负载路径大体对齐。每个所述单个的切短的纤维预浸段具有约6:1的长宽比。所述多个复合材料层具有特制的横截面形状且沿铺层的长度是波状外形的。根据再一个公开的实施例，提供了用于铺放复合结构的装置。所述装置包括适应于在基板的表面上方移动的施加器，而且将至少一束大体对齐的切短的、注入树脂的纤维段分配到基板的表面上。所述装置也可以包括用于在基板上方沿预先选择的路径移动所述施加器的计算机控制的操纵器。所述施加器包括连续注入树脂的纤维的供应源，以及用于将所述连续的注入树脂的纤维切短成单个的注入树脂的纤维段的切碎机。施加器可以进一步包括用于将所述注入树脂的纤维段从所述施加器携带到所述基板上的空气射流发生器。所述施加器可以适合于同时将多束大体对齐的切短的、注入树脂的纤维段分配到所述基板上。所讨论的这些特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中独立实现或者在其他实施例中被组合。参考后面的【具体实施方式】和附图能够了解实施例的进一步的细节。。总之，根据本专利技术的一个方面，提供了形成具有不连续增强纤维的复合特征的方法，包括制备每个具有单向增强纤维的多个注入树脂的纤维段；将所述注入树脂的纤维段安置在基板上；以及编排所述注入树脂的纤维段，使得被安置在所述基板上的注入树脂的纤维段的增强纤维相对于所需的参考取向是大体对齐的。有利地，在所述方法中，制备所述注入树脂的纤维段包括将废料纤维预浸件切短成单个的小片。有利地，在所述方法中，制备所述注入树脂的纤维段通过沿增强纤维且在所述增强纤维之间使纤维预浸件裂开为单个的小片来实现。有利地，在所述方法中，将所述注入树脂的纤维段安置在所述基板上包括移动所述施加器到所述基板的上方；以及当所述施加器在所述基板的上方移动时，从所述施加器将所述注入树脂的纤维段分配到所述基板上。有利地，在所述方法中，编排所述注入树脂的纤维段包括当所述注入树脂的纤维段正从所述施加器被分配到所述基板上时对齐所述注入树脂的纤维段。有利地，在所述方法中，制备所述注入树脂的纤维段通过从所述施加器拉伸连续的纤维预浸带，以及当所述注入树脂的纤维段从所述施加器被分配到所述基板上时将所述预浸带切短成所述注入树脂的纤维段来实现。有利地，在所述方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成具有不连续增强纤维的复合特征的方法，其包括：制备每个具有单向增强纤维的多个注入树脂的纤维段；将所述注入树脂的纤维段安置在基板上；以及编排所述注入树脂的纤维段，使得被安置在所述基板上的注入树脂的纤维段的所述增强纤维相对于所需的参考取向大体对齐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·H·格里斯，D·P·维特尔，M·J·格雷夫斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US