纤维增强结构制造技术

公开了一种用于制造纤维增强结构的方法。首先，提供第一材料的型芯(10)，其中，型芯(10)包括中空的内部(14)和用于允许流体进入内部(14)的孔(16)。在型芯(10)上提供第二材料的层(18)。第二材料包括未固化的树脂和纤维。将型芯(10)和层(18)放置在由模具(20)形成的模具腔(22)中。加压的流体经由孔(16)引入到型芯(10)的内部(14)中，用于产生用于朝外扩张型芯(10)的力。型芯(10)被加热，使得其变成可形变的并朝外扩张以将层(18)压靠在模具(20)上。层(18)被加热使得其固化。然后型芯(10)被加热到其第一材料的熔点以上的温度，使得其熔化，之后将其移除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维增强结构
本专利技术涉及纤维增强结构的制造。特别地，本专利技术涉及由包括树脂和碳纤维的材料制造三维结构。背景具有高强度与重量比的部件或结构具有许多应用，例如，在航空和航天工业以及高性能汽车工业中。这些部件可以由合金(例如，钛和镁合金)制成。该合金可以以高精度加工或铸造，并且该结构可以在紧密的尺寸公差(tightdimensionaltolerances)内制造。复杂的三维形状或中空形状还可以例如用CNC机床或通过铸造成型生产。包括由树脂固定的纤维的复合材料通常用于需要高强度与重量比的部件中。该强度与重量比甚至可能超过一些高性能合金的强度与重量比。然而，由于这些复合材料的性质，可能难以制造具有对合金而言是可能的紧密的尺寸公差和错综复杂细节的结构。如果部件由预制的重叠片材(例如，树脂浸渍的编织物或布料)制造尤其是这种情况，这是由于纤维降低了片材的柔性，使得它们不太容易变形。例如，可能难以迫使片材遵循尖锐的轮廓，例如，模腔的紧密的内角。此外，具有中空部分的复杂的三维形状的高性能结构通常难以制造，特别是由重叠的片材制造。因此，本专利技术的一个目的是提供一种制造纤维增强结构的方法，其排除了上述缺点，并且通常改进了纤维增强结构的制造。更具体地，本专利技术的目的是提供具有改进的强度与重量比的纤维增强结构。另外的目的是提供一种制造具有精密的尺寸公差的纤维增强的三维结构的方法。本专利技术的另外的目的是改进纤维增强结构的结构强度或强度与重量比，从而允许在成形和形成纤维增强结构的方面的更大的自由度。概述通过以下描述的本专利技术的四个不同方面来实现上述目的以及可以从下面的概述和描述中解释的附加的目的。在本部分和详细描述中描述了各方面的可能的修改。第一方面是用于制造由纤维增强的结构的方法。该方法包括：(i)提供第一材料的型芯(mandrel)，其中，该型芯包括外表面、中空的内部和用于允许流体进入内部的孔，该第一材料在室温下是刚性的，并且具有熔化温度，该第一材料在熔化温度熔化，且该第一材料在接近该熔化温度时变成可形变的(deformable)，以及(ii)在型芯的外表面上提供第二材料的层而不阻塞该孔，其中，第二材料包括未固化的热固树脂和配置成用于增强该结构的纤维，该第二材料具有固化温度，该第二材料在该固化温度以下是易变形的(pliable)，并且在该固化温度以上固化。另外地，该方法包括：(iii)将型芯和层放置在由模具形成的模具腔中，其中，模具配置成允许流体到达型芯的孔，以及(iv)经由该孔将加压的流体引入到型芯的内部中，用于产生用于朝外扩张型芯的力，将型芯加热到第一材料的熔化温度以下的温度，以使型芯可形变，并允许型芯朝外扩张并将层压靠在模具上，并且将层加热到第二材料的固化温度以上的温度以固化并形成结构。该方法还包括：(v)将型芯加热到第一材料的熔点以上的温度以熔化型芯。该方法还可以包括：(vi)从结构移除熔化的型芯。该方法总的来说允许形成更复杂形状的结构，特别是具有中空的部分的结构。例如，在步骤(i)中提供的型芯或芯可以具有复杂的形状，并且模具可以配置成反映复杂的形状，然后复杂的形状将在最终的结构中显示。此外，在步骤(ii)中，在型芯的外表面上提供第二材料的层可以配置成界定结构的复杂部分。步骤(iii)中允许流体到达型芯的孔的模具的配置允许型芯和形式在步骤(iv)中协作并且一起形成最终结构的形状。由于型芯在步骤(vi)中移除之前在步骤(v)中熔化，因此开口可以保持较小，并且对结构的整体形状具有很小的影响。因此，该方法的所有步骤(i)-(vi)协同地促进了在成形和形成纤维增强结构方面的较大的自由度。这种较大的自由度允许关于结构强度和强度与重量比优化的特定功能的结构。该方法的其它协同效应如下所述。通过步骤(i)-(iii)可以实现的步骤(iv)促使层在压靠模具上时开始固化，这有助于改进最终结构的强度与重量比，这是由于第二材料被压实。此外，在步骤(i)中提供的型芯和在步骤(iii)中提供的模具使得加压的流体可以在步骤(iv)中将高压输送到型芯的内部，从而允许模具具有更错综复杂的细节和尖锐的特征，例如，紧密内角。因此，型芯和模具允许在结构的成形和形成方面具有更大的自由度。步骤(iv)还在层开始固化时迫使层抵靠在模具上，这有助于改进最终结构的尺寸公差，特别是如果使用加压的流体的高压。该结构可以是中空的结构。在步骤(ii)中，该层可以被提供成覆盖型芯的整个或一部分外表面。在步骤(ii)中，该层可以被提供成包围或包裹型芯或型芯的一部分。此外，在步骤(ii)中，在型芯的外表面上提供第二材料的层可以配置成界定结构或结构的一部分中的中空的空间。室温在这里被理解为包括但不限于执行整个该方法的周围温度(ambienttemperature)或执行步骤(ii)的周围温度。室温可以在10-50℃的范围内，在20-23℃的范围内或约21℃。另外地或替代地，第二材料在室温下可以是易变形的。易变形的这里被理解为包括柔性的。第一种材料变成可形变的在这里被理解为包括第一材料变成弹性的、易变形的、柔性的、柔软的和/或屈服的。第一材料从易变形的变为液体的温度可能难以界定或不对应于精确温度。在这些情况下，熔化温度应被理解为发生这种变化的近似指示。例如，熔化温度可以是指发生变化的温度范围的平均温度，或者这种范围的端点中的一个。类似地，树脂的固化温度可能难以定义，或者不对应于精确温度。那么，固化温度应被理解为包括在工业上可应用或操作上有效固化可以发生或开始的最低温度的近似指示。例如，固化温度可以是指以在工业上可应用或操作上有效的方式发生固化的温度范围中的温度，或这种范围的下端点或上端点。固化的树脂可以具有玻璃化转变温度，该玻璃化转变温度可以在第一材料的熔化温度以上。在树脂的固化中，可以在第一材料的熔化温度以下实现凝胶化或初始固化，而可以在第一材料的熔化温度以上实现玻璃化或完全固化。在步骤(iv)中，该层可以被加热到第一材料的熔化温度以下的温度。步骤(ii)还可以包括：向层提供一个或更多个开口，其中，该一个或更多个开口中的每个配置成防止型芯在其熔化之前通过该一个或更多个开口移除，或具有防止型芯在其熔化之前通过该一个或更多个开口移除的尺寸。此外，该一个或更多个开口中的每个可以配置成允许型芯在型芯熔化之后通过一个或更多个开口移除，或具有允许型芯在型芯熔化之后通过一个或更多个开口移除的尺寸。型芯在室温下可以是刚性的或自支撑的。步骤(iv)还可以包括：将热量供应到型芯的内部以将型芯加热到第一材料的熔化温度以下的温度，以及将层加热到第二材料的固化温度以上的温度。第二材料的固化温度可以低于第一材料的熔化温度。如果将热量供应到型芯的内部，则这是有利的，这是由于热量在其到达层之前必须通过型芯，这意味着型芯通常在给定时间内达到更高的温度。因此，如果第二材料的固化温度高于第一材料的熔化温度，则在层的固化开始之前型芯将熔化。步骤(iv)还可以包括：向模具供应热量，以将模具内的型芯加热到第一材料的熔化温度以下的温度，以及用于将模具内的层加热到第二材料的固化温度以上的温度。第二材料的固化温度可以高于第一材料的熔化温度。如果将热量供应到模具，则这是有利的，这是由于热量在其到达型芯之前必须通过层，这意味本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造由纤维增强的结构的方法，所述方法包括：(i)提供第一材料的型芯，其中，所述型芯包括外表面、中空的内部和用于允许流体进入所述内部的孔，所述第一材料在室温下是刚性的，并且具有熔化温度，所述第一材料在所述熔化温度熔化，且所述第一材料在接近所述熔化温度时变成可形变的，(ii)在所述型芯的所述外表面上提供第二材料的层而不阻塞所述孔，其中，所述第二材料包括未固化的热固树脂和配置成用于增强所述结构的纤维，所述第二材料具有固化温度，所述第二材料在所述固化温度以下是易变形的，并且在所述固化温度以上固化，(iii)将所述型芯和所述层放置在由模具形成的模具腔中，其中，所述模具配置成允许流体到达所述型芯的所述孔，(iv)经由所述孔将加压的流体引入到所述型芯的所述内部中，用于产生用于朝外扩张所述型芯的力，将所述型芯加热到所述第一材料的所述熔化温度以下的温度，以使所述型芯可形变，并且允许所述型芯朝外扩张并将所述层压靠在所述模具上，并且将所述层加热到所述第二材料的所述固化温度以上的温度以固化并形成所述结构，(v)将所述型芯加热到所述第一材料的熔点以上的温度以熔化所述型芯，以及(vi)从所述结构移除熔化的型芯。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 EP 14199259.41.一种用于制造由纤维增强的结构的方法，所述方法包括：(i)提供第一材料的型芯，其中，所述型芯包括外表面、中空的内部和用于允许流体进入所述内部的孔，所述第一材料在室温下是刚性的，并且具有熔化温度，所述第一材料在所述熔化温度熔化，且所述第一材料在接近所述熔化温度时变成可形变的，(ii)在所述型芯的所述外表面上提供第二材料的层而不阻塞所述孔，其中，所述第二材料包括未固化的热固树脂和配置成用于增强所述结构的纤维，所述第二材料具有固化温度，所述第二材料在所述固化温度以下是易变形的，并且在所述固化温度以上固化，(iii)将所述型芯和所述层放置在由模具形成的模具腔中，其中，所述模具配置成允许流体到达所述型芯的所述孔，(iv)经由所述孔将加压的流体引入到所述型芯的所述内部中，用于产生用于朝外扩张所述型芯的力，将所述型芯加热到所述第一材料的所述熔化温度以下的温度，以使所述型芯可形变，并且允许所述型芯朝外扩张并将所述层压靠在所述模具上，并且将所述层加热到所述第二材料的所述固化温度以上的温度以固化并形成所述结构，(v)将所述型芯加热到所述第一材料的熔点以上的温度以熔化所述型芯，以及(vi)从所述结构移除熔化的型芯。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结构是中空的结构，并且在步骤(ii)中，所述层被设置成包围或包裹所述型芯或所述型芯的一部分。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中，所述第一材料是热塑性塑料，所述树脂包括环氧树脂，和/或所述纤维包含碳纤维。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，在步骤(iii)中，所述模具配置成使所述孔保持向所述模具的周围敞开，并且所述步骤(iv)还包括：将所述模具放置在热压器中并且在所述热压器内产生加压和加热的环境，以提供所述加压的流体并加热所述型芯和所述层。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述步骤(iv)还包括：经由压力管道将所述型芯的孔连接到压力源，其中，所述压力源提供所述加压的流体，并且所述压力管道将所述加压的流体输送到所述孔，并且步骤(iv)还包括：将所述模具放置在产生热量的烘箱中，用于加热所述型芯和所述层。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，步骤(iv)中的所述固化是第一固化，并且所述方法还包括以下步骤：(vii)在大于所述第一固化的温度的温度下使所述层或结构经历第二固化。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤(vii)中使所述第二材料经历第二固化包括：将所述层或结构加热至170℃-200℃范围内的温度。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·冯科尼希斯埃格，
申请(专利权)人：阿尔普拉兹公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE