多机器高速复合材料铺设制造技术

本发明专利技术涉及多机器高速复合材料铺设。提供了用于铺设层压体的系统和方法。一个实施方式是一种方法，该方法包括通过如下步骤将纤维增强材料的多层层压体铺设在一表面上：将纤维增强材料带供送至带切割器，所述带切割器将所述带切割成片段；在依次位于行进方向上的多个层压单元中的每个层压单元处借助于拾放装置拾取纤维增强材料的片段；以及在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置并且多个片段并行铺设时借助于所述拾放装置放置所述纤维增强材料的片段以形成层压体。

【技术实现步骤摘要】
多机器高速复合材料铺设
本专利技术涉及复合材料制造领域，特别涉及用于固化成复合材料部件的自动铺设多层组分材料的系统。
技术介绍
材料(例如，未固化的碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压体可以形成为任何形状，以固化成复合部件，诸如纵梁，地板梁，或其他组件。为了便于复合部件的制造，可以使用机器人，如平带铺布机(FTLM)。例如，FTLM可以铺设一层或多层材料，形成平坦层压体，然后将其切割，与其他材料放置在一起，并固化成复合部分。FTLM的操作可以由数控(NC)程序来指导，该程序在铺设继续时指示FTLM头在层压体上的移动。铺设平坦的层压体仍然是一个耗时的过程，因为每当要铺设一层中的新的材料路线时，FTLM头可能就不得不重新定位自身。因此，即使是单个平坦层，为了完全铺设，也可能需要多个FTLM路径。此外，FTLM头可能会在每一层之后重新定向，以与新的纤维取向对齐，这再次增加了铺层时间。目前，FTLM技术还不能提供足够高的吞吐量来支持平面层压体的即时铺层过程。因为FTLM技术利用了大量的时间来铺设平坦层压体，所以可以多批次创建层压体，这些批次被储存、冻结，然后解冻以供使用。用于这种层压体的相关储存和冷冻设备既大又贵。因此，技术人员持续渴望能够提高制造速度以降低制造成本的系统和方法。
技术实现思路
这里描述的实施方式利用依次布置的层压单元。每个层压单元可以将材料片段切割、拾取并放置在平坦层压体上以铺设层而形成层压体。这样，可以为单个层压体一次铺设多个层，这极大地提高了制造速度。所述层压体相对于机器人移动，以方便总体速度并且消除了单独重新定位部件的任何需要。一个实施方式是一种方法，该方法包括通过如下步骤将纤维增强材料的多层层压体铺设在一表面上：将纤维增强材料带供送至带切割器，所述带切割器将所述带切割成片段；在依次位于行进方向上的多个层压单元中的每个层压单元处借助于拾放装置拾取纤维增强材料的片段；以及在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置并且多个片段并行铺设时借助于所述拾放装置放置所述纤维增强材料的片段以形成层压体。另一个实施方式是一种实现编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在由处理器执行时可操作成执行一种方法。该方法包括通过如下步骤将纤维增强材料的多层层压体铺设在一表面上：将纤维增强材料带供送至带切割器，所述带切割器将所述带切割成片段；在依次位于行进方向上的多个层压单元中的每个层压单元处借助于拾放装置拾取纤维增强材料的片段；以及在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置并且多个片段并行铺设时借助于所述拾放装置放置所述纤维增强材料的片段以形成层压体。另一个实施方式是一种设备。所述设备包括：多个拾放装置；控制器；联接至所述控制器的传感器；复合材料供应装置，该复合材料供应装置为所述拾放装置供应纤维增强材料的片段；以及移动装置，该移动装置改变被铺设的表面相对于所述拾放装置的位置。所述控制器基于来自传感器的输入来控制所述拾放装置的操作。另一个实施方式是一种系统，该系统包括：表面；和层压单元，所述层压单元沿着行进方向相对于所述表面移动，沿着行进方向依次布置，并且均将纤维增强材料的多层层压体的片段铺设在所述表面上。每个层压单元包括：进料辊，该进料辊供应材料带；驱动辊，该驱动辊将带从所述进料辊抽出；铺层切割器，该铺层切割器从所述材料的带以一角度切割出片段，并且在操作过程中可旋转以改变所述角度；和拾放装置，该拾放装置通过拾取所述片段并将所述片段放置在所述层压体上而铺设所述层压体的层。其它示例性实施方式(例如，涉及上述实施方式的方法和计算机可读介质)可以在下面进行描述。已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以可以在另外其它实施方式中进行组合，参照如下描述和附图可以看到这些实施方式的更多细节。附图说明现在仅通过示例并参考附图描述本公开的一些实施方式。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件或相同类型的元件。图1是一个示例性实施方式中的层压系统的立体图。图2是一个示例性实施方式中的层压系统的侧视图。图3是一个示例性实施方式中的层压系统的一部分的放大图，该层压系统将背衬从带移除。图4是一个示例性实施方式中的层压系统的俯视图。图5是示出了操作一个示例性实施方式中的层压系统的方法的流程图。图6至图9示出了在一个示例性实施方式中通过层压系统进行层压体的构建。图10是一个示例性实施方式的用于层压系统的铺层切割器的立体图。图11至图13示出了一个示例性实施方式中的使层压单元相对于表面移动的系统。图14是一个示例性实施方式中的层压系统的框图。图15是一个示例性实施方式中的飞行器制造和维护方法的流程图。图16是一个示例性实施方式中的飞行器的框图。具体实施方式附图和如下描述说明了本公开的基体示例性实施方式。因此，将认识到，本领域技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然未在这里明确地描述或示出，但体现了本公开的原理并且包括在本公开的范围内。此外，本文所描述的任何示例都旨在帮助理解本公开的原理，并且应被解释为不限于这些明确阐述的示例和条件。结果，该公开不限于下面描述的具体实施方式或示例，而是由权利要求及其等价物限定。图1是示例性实施方式中的层压系统100的立体图。层压系统100铺设纤维增强材料113的多层层压体170，该多层层压体170将固化成复合零件。纤维增强材料113可以包括预浸渍有可固化树脂的未固化碳纤维增强聚合物(CFRP)，可以包括干碳纤维，可以包括经由热塑性面纱(veil)粘着(tack)在一起的干碳纤维，可以包括玻璃纤维层压体等。当层压体170朝着行进方向D前进时，层压体170经过层压单元110。层压单元110沿着行进方向D依次排列。每个层压单元110将材料条113(例如，任何适当宽度的碳纤维带，甚至比用于层压体170所用的带更宽的碳纤维带)切割并放置到层压体170上以便铺设层压体170。例如，在一个实施方式中，每个层压单元110铺设单层层压体170，并且每层的纤维彼此平行取向。层压系统100的框架152给表面150(例如，心轴的表面)提供支撑。在本实施方式中，表面150是沿着D方向传送层压体170的传送器带的上表面。在进一步的实施方式中，表面150可以包括穿梭台的表面，或者包括层压单元110相对其移动的固定台的表面。在大多数实施方式中，该移动是线性的。技术可以涉及在每次放置层压分段(即，片段118)之后使层压体施加表面(即，表面150)线性前进。然而，进一步实施方式可能涉及弧形甚至圆形运动。铺层可以以直列式层压器160开始，该层压器160由支架162保持，并利用供料辊(带分配器)112将材料113供送到层压体170上。由直列式层压器160供应的材料113具有平行于方向D的纤维取向。直列式层压器160可以被称为独立式零度带施加模块，该独立式零度带施加模块独立于多个施加模块(即，层压单元110)并且相对于层压体施加表面(即表面150)移动。当层压体170沿着方向D继续时，到达层压单元110。每个层压单元110包括储存并供应带114的供料辊(复合材料供应装置)112。带114经由驱动辊116从供料辊112拉出，所述驱动辊116旋转以向带114施加向前驱动该带114的力。在该过程中，一次性背衬122从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，该方法包括：通过如下步骤将纤维增强材料的多层层压体铺设在一表面上：将纤维增强材料带供送至带切割器，所述带切割器将所述带切割成片段(501)；在依次位于行进方向上的多个层压单元中的每个层压单元处借助于拾放装置拾取纤维增强材料的片段(508)；以及在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置并且多个片段并行铺设时借助于所述拾放装置放置所述纤维增强材料的片段以形成层压体(510)。

【技术特征摘要】
2017.05.26 US 15/606,4981.一种方法，该方法包括：通过如下步骤将纤维增强材料的多层层压体铺设在一表面上：将纤维增强材料带供送至带切割器，所述带切割器将所述带切割成片段(501)；在依次位于行进方向上的多个层压单元中的每个层压单元处借助于拾放装置拾取纤维增强材料的片段(508)；以及在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置并且多个片段并行铺设时借助于所述拾放装置放置所述纤维增强材料的片段以形成层压体(510)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述层压单元依次位于行进方向上。3.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：在所述层压单元处借助于带切割器将材料带切割成片段，从而使得所述层压单元以不同角度切割所述带(506)。4.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：在所述表面和所述层压单元相对于彼此改变位置时并行操作所述层压单元。5.根据权利要求1所述的方法，其中，将由不同层压单元切割的片段放置在所述层压体的不同层中。6.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述表面和所述层压单元相对于彼此的位置包括移动所述表面。7.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述表面和所述层压单元相对于彼此的位置包括移动所述层压单元。8.根据权利要求1所述的方法，其中，将由不同层压单元切割的片段以不同纤维取向放置在所述层压体上。9.根据权利要求1所述的方法，其中，每个拾放装置有一个带分配器供送所述带。10.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述带从一个带分配器供送至多个拾放装置。11.根据权利要求1所述的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·斯通，W·R·泰勒，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US