复合网格结构制造技术

网格结构，例如格子或网格加强结构，以及制造这种网格结构的过程。将纤维材料铺设在基底工具上以形成限定具有多个空腔的网格的交叉肋。在同一步骤中，铺设纤维材料以形成一个或多个局部子结构。这些块被放置在空腔的位置处。肋及局部子结构的纤维材料用树脂浸渍。可选地，将一层或多层纤维材料放置在基底工具上和/或在肋和块上方以形成外表皮。肋、局部子结构和可选的外表皮被联合地加固以形成网格结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合网格结构
本专利技术涉及一种复合网格结构和一种用于制造这种复合网格结构的过程。这种复合网格结构通常包括由纤维增强复合材料制成的交叉肋的网格或格子图案。可选地，这样的结构可以是包括表皮或壳体的网格加强复合结构。在一些情况下，第二壳体或表皮可存在于与第一表皮相对的肋的顶部。其他网格结构是没有表皮的格子结构。
技术介绍
这种网格结构的肋可以例如在两个或更多个方向上平行延伸，形成矩形、三角形、菱形或多边形空腔的重复图案。这种网格结构结合了轻重量和高承载能力，并且例如用于空间技术。网格结构可以例如使用膨胀块来制造。在这种过程中，预浸料丝束(prepregtows)被铺设在基底工具上以形成交叉肋。然后，将膨胀块放置在肋之间的空腔中。膨胀块通常是可热膨胀的材料，例如硅橡胶或PTFE。这些块可以是单独的块，或者可以与承载这些块的连续基层一体形成。可选地，用于形成表皮的预浸材料被铺设在膨胀块的顶部上。定位好膨胀块后，将组件放入真空袋中并放入高压灭菌器或烤箱中。在固化过程期间，膨胀块膨胀并在各肋上施加压力。膨胀块施加的压力使肋成形并压紧肋。固化之后，膨胀块被允许冷却和收缩并被去除。制造网格结构的替代过程包括干纤维浸泡过程和细丝缠绕过程。在这两种情况下，首先放置这些块，然后将形成肋的丝束放置在块之间的凹槽中。借助干纤维浸泡(infusion)，组件于是被浸有树脂并固化。通过细丝缠绕，在将丝束放入凹槽之前，这些丝束被浸湿。虽然网格结构提供了极好的整体刚度和强度，但网格结构不适于连接到其他结构或局部负载引入，因为这种连接或负载引入所需的任何修改都需要通过后续制造过程添加的附加材料，或者会扰乱网格并降低结构的承载能力和机械性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种允许更复杂用途的网格结构，例如使得它可以连接到一个或多个其他结构而不会危害结构的承载能力和可制造性。本专利技术的目的通过制造网格结构的过程来实现，其中纤维材料(例如干纤维或预浸料丝束)被放置在基底工具上以形成限定具有多个空腔的网格的交叉肋，同时在同一步骤中，纤维材料(例如干纤维或预浸料层片)被铺设以形成一个或多个局部子结构。在较早或稍后的步骤中，将块放置在空腔的位置处。在较早或稍后的步骤中，肋和局部子结构的纤维材料用树脂浸渍。可选地，将一层或多层纤维材料放置在基底工具上和/或在肋和块上方以形成外表皮。肋、局部子结构和可选的外部表皮(例如通过固化)被共同地加固，以形成网格结构。已经发现，将局部子结构与该结构的其余部分共同加固或固化可以制造使负载引入被优化并可以连接到其他结构的网格结构。而且，该过程具有成本效益且不耗费时间，因为该结构是在单一铺设步骤中构建起来的，并且可以在单一步骤中进行加固。这消除了后续铺设或固化操作的需要。在这个方面，局部子结构是不构成网格图案或表皮的一部分的结构，其被设计为能够局部引入外部负载和/或局部加强肋和/或表皮。局部子结构可以例如包括加强结构(诸如在表皮上的盖板，例如在开口或切除部周围的盖板)，或者可以包括连接到一个或多个相邻的肋的负载引入结构或者在结构的边缘处的负载引入结构，所述负载引入结构适于将结构联接到其他结构。肋和子结构由多个纤维增强复合材料层片或层制成。用于肋的纤维材料通常是单向纤维材料的纵向丝束。层片或层可以包括一个或多个丝束。用于子结构的纤维材料可以是任何合适类型的纤维材料，例如编织复合层片、单向片材或缝合层片堆叠或任何其它合适的类型。也可以使用不同纤维材料的组合。纤维材料可以例如包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、高模量纤维、超高模量纤维或上述的混合物。纤维材料可以是干纤维材料、用可固化或热塑性树脂浸渍的预浸材料或用树脂浸湿的材料。合适的树脂包括但不限于环氧树脂、氰酸酯树脂、聚酯树脂或双马来酰亚胺树脂、或诸如PEI或PEEK的热塑性树脂。表皮也由纤维材料制成，例如一层或多层织物和/或不同定向的浸渍单向材料，其可以是浸渍的预浸材料。表皮的树脂通常与肋和局部子结构的树脂类型相同。通常，如果形成肋的丝束的端部与形成局部子结构的层交织，则可实现非常好的负载传递。肋的层片和局部子结构的层片之间的重叠量可针对每个特定应用和负载情况进行定制。实际上，该重叠例如可以是至少1mm，例如，至少3mm。在特定实施例中，局部子结构包括叠层(laminate)边缘，该叠层边缘具有厚度朝着交叉肋的一排末端逐渐增加的部段。这种叠层边缘部段可以有效地用于优化负载引入，例如，在结构附接到另一负载承载部件的情况下。肋的末端例如可以与栅格结构的外边缘相距一定距离，外边缘通过延伸叠层边缘部段的层片而形成。如果存在表皮，则厚度逐渐增加的部段可以形成从外表皮到外叠层边缘的逐渐过渡。可以针对特定的负载分布模式来优化叠层边缘部段的锥形或构建速率和/或厚度。实际上，合适的构建速率例如为2至20，即对于每4-20mm长度的1mm厚度。为了避免在肋和叠层边缘部段之间的过渡处的应力集中，交叉肋可以在叠层边缘部段附近设置有与叠层边缘部段齐平的端部。交叉肋的丝束终止于叠层边缘部段中。结果，叠层边缘部段的层片的定位和定向独立于网格图案并且可以针对其特定应用和负载转移模式进行优化。例如，肋的至少一部分层与叠层边缘部段的层端部重叠并形成交织层端部的倾斜堆叠。在倾斜堆叠的具体实施例中，肋的这些层的重叠部分逐渐脱落，使得较高层片端部延伸超过较低层片端部，而叠层边缘部段的重叠层片端部逐渐构建，使得较低层片端部延伸超过较高层片端部。交织层端部的堆叠相对于叠层边缘部段的表面的倾斜角度可以是0至90度之间的任何合适角度，实际上其将为最多约70度，例如最多约45度，例如最多约30度，例如最多20度，例如最多15度。将肋的高度降低到叠层边缘部段的水平可以通过脱落层片来完成，例如通过较高层片的层片端部重叠较低层片的层片端部。肋的层片的脱落及定位独立于叠层边缘部段的构建，并且因此可以在到达叠层边缘部段的区域之前和/或在叠层部段的构建部段处完成。肋的层片的脱落速率以及因此肋的脱落速率可以是线性或非线性的。实际的脱落速率例如将在20至2的范围内，即每5mm肋长度的肋高度降低0.2-2.5mm。也可以使用其他的脱落速率，但需要考虑工程因素。叠层边缘部段例如可以用于与另一部件的粘合连接。替代地或附加地，可以在固化之后，在叠层边缘部段中设置开口和/或凹部，例如垂直于叠层边缘部段和/或在叠层边缘部段的平面内。这些开口可以使用机械紧固装置(例如螺栓)。在固化期间，例如通过基底工具或人工和/或通过插入工具将压缩压力施加到叠层边缘部段上。这样的插入工具可以例如由金属、复合材料、陶瓷材料、基于盐或其他矿物的材料，或者可膨胀材料(例如硅橡胶)制成。硬工具材料(如金属)会改善所得结构的表面质量。也可以使用可膨胀材料的混合工具，该可膨胀材料具有使工具表面平滑的薄金属顶层。局部子结构还可以包括盖板，例如与表皮中的切除部相邻的表皮增厚盖板，例如围绕这样的切除部或网格结构的任何其他部分。这样的盖板可以例如包括一个或多个预浸料层片。盖板可以与结构的其余部分一起在一次性过程中共同固化。一个或多个盖板例如可以应用在表皮的肋侧和/或表皮的相对侧。在后一种情况下，可以使用诸如基底工具或垫板的工具板，其具有定制以适应一个或多个表皮增厚盖板的材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造包括纤维和树脂的层状复合材料的网格结构的过程，其中，在一个步骤中，将纤维材料铺设在基底工具上以形成交叉肋，所述交叉肋限定具有多个空腔的网格；在同一步骤中，铺设所述纤维材料以形成一个或多个局部子结构；在较早或稍后的步骤中，将膨胀块放置在所述空腔的位置处；在较早或稍后的步骤中，所述肋和所述局部子结构的纤维材料用树脂浸渍；可选地，将一层或多层所述纤维材料放置在所述基底工具上和/或放置在所述肋和所述膨胀块上以形成外表皮；所述肋、所述局部子结构以及可选的所述外表皮被共同地加固，以形成网格结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.08 NL 20159271.一种制造包括纤维和树脂的层状复合材料的网格结构的过程，其中，在一个步骤中，将纤维材料铺设在基底工具上以形成交叉肋，所述交叉肋限定具有多个空腔的网格；在同一步骤中，铺设所述纤维材料以形成一个或多个局部子结构；在较早或稍后的步骤中，将膨胀块放置在所述空腔的位置处；在较早或稍后的步骤中，所述肋和所述局部子结构的纤维材料用树脂浸渍；可选地，将一层或多层所述纤维材料放置在所述基底工具上和/或放置在所述肋和所述膨胀块上以形成外表皮；所述肋、所述局部子结构以及可选的所述外表皮被共同地加固，以形成网格结构。2.根据权利要求1所述的过程，其中，形成所述肋的所述纤维材料的部分与形成所述局部子结构的所述纤维材料的端部交织。3.根据权利要求1或2所述的过程，其中，形成所述肋的所述纤维材料包括预浸料丝束，并且形成所述局部子结构的所述纤维材料包括预浸料层片。4.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中，所述一个或多个局部子结构中的至少一个包括叠层件，所述叠层件的部段的厚度朝向所述交叉肋的一排末端逐渐增加。5.根据权利要求4所述的过程，其中，所述肋的末端与所述网格结构的外边缘相距一段距离，所述外边缘通过延伸逐渐增厚的叠层部段的层片而形成。6.根据权利要求5所述的过程，其中，所述交叉肋具有靠近所述叠层边缘部段的端部，所述端部与所述外叠层边缘齐平。7.根据权利要求4或5或6所述的过程，其中，多层所述交叉肋终止于所述叠层边缘部段中。8.根据权利要求7所述的过程，其中，多层所述肋重叠下部丝束以逐渐减小所述肋的高度。9.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中，在固化之后，在所述叠层边缘中设置诸如开口或凹部的连接结构。10.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中，在加固期间，将压紧压力施加到所述叠层边缘上。11.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·巴甫洛夫，I·蒂克勒泽，B·J·R·斯梅茨，S·M·西蒙尼安，
申请(专利权)人：ATG欧洲私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL