复合载具本体制造技术

本发明专利技术公开了一种载具本体，其可具有由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架。多个叠覆层中的每一个可以由涂覆有基质材料的连续纤维制成。连续纤维的轨迹在多个叠覆层的相邻层之间可以不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合载具本体相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年11月3日提交的序列号为62/417,056的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
本专利技术总体上涉及一种载具本体，更具体地，涉及一种由复合材料制成的载具本体。
技术介绍
载具本体(例如，飞机本体、汽车本体或船本体)通常包括赋予车辆形状的内部骨架，以及覆盖骨架并提供光滑外表面的表皮。现代载具本体由不同材料的组合制成，包括复合材料。例如，骨架通常由木材、铝或不锈钢制成，而表皮通常由嵌入树脂基质内的纤维(例如碳纤维或玻璃纤维)制成。拉挤成型是制造载具本体的直骨架部件(例如，横梁，纵梁等)的常用方式。在拉挤成型制造过程中，单根纤维股线、股线编织物和/或织物从相应的线轴拉动穿过树脂浴和固定模具。然后允许树脂固化并硬化。由于在固化之前拉动纤维，因此这些纤维中的一些在固化完成后可以保持一定拉伸应力水平。该拉伸应力可以增加骨架部件在拉动纤维所沿的方向上的强度。在已经形成内部骨架之后，通常使用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)过程来制造载具本体的表皮。在VARTM过程中，将纤维材料片手动拉动在内部骨架上，然后将纤维材料片固定到适当位置。然后将已固定材料用液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)手动涂覆，用真空袋覆盖以促进液体基质的浸渍并允许固化和硬化。虽然拉挤成型制造和VARTM在某些情况下可以成为生产载具本体部分的可接受方式，但它们也存在问题。特别地，VARTM生产的表皮通常附接至拉挤骨架部件和/或通过金属紧固件(例如，螺钉、铆钉和夹子)加固。金属紧固件的使用可以驱动骨架设计并增加载具本体的重量和成本。此外，各种载具本体部件可能需要通过专门设计的硬件彼此连接，这也可能是沉重且昂贵的。此外，在制造之后可能需要将电子器件(例如，传感器、加热器、电引线等)添加到载具本体，这可能进一步增加重量、成本和不可靠性。最后，传统的拉挤成型和VARTM制造过程在载具本体的设计和/或使用方面可能提供很小的灵活性。所公开的复合材料载具本体旨在克服上述一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
技术实现思路
在一个方面，本公开涉及一种载具本体。载具本体可包括由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架。多个叠覆层中的每一个可以由涂覆有基质材料的连续纤维制成。连续纤维的轨迹可以在多个叠覆层的相邻层之间不同。在另一方面，本专利技术涉及另一种载具本体。该载具本体可包括由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架。多个叠覆层中的每一个可以由涂覆有基质材料的连续纤维制成。载具本体还可包括形成在由涂覆有基质材料的连续纤维片制成在内部骨架上的表皮。多个叠覆层可包括形成骨架横截面的中心开口的周界的第一类型层，以及形成骨架的具有周界的横截面以及位于周界的节点之间的横梁件的第二类型层。第一类型层可以与多个叠覆层中的第二类型层交替。在另一方面，本公开涉及另一种载具本体。该载具本体可包括内部骨架，该内部骨架具有肋，该肋具有相反支撑表面、相反支具、以及连接支撑表面和支具的横梁件。相反支撑表面、相反支具和横梁件可以使用中间出离工具路径通过至少一个连续纤维形成。载具本体还可包括形成在内部骨架上的表皮。表皮可包括基质材料和多个连续纤维，所述多个连续纤维包裹在基质材料内并且分层设置成大致平行于载具本体表面。附图说明图1是示例性载具本体的示意图；图2-5是图1的载具本体在制造期间的示例性部分的示意图；图6是可用于制造图1的载具本体的示例性纤维的横截面图示；以及图7-9是图1的载具本体的另外的示例性部分的示意图。具体实施方式图1示出了示例性载具本体(“本体”)10。在所公开的实施例中，本体10是飞行器本体(例如，飞机本体或无人机本体)。然而，可以想到，如果需要，本体10可以是另一种类型(例如，汽车本体，船本体等)。本体10，无论其构造和预期用途，可包括由外部表皮18覆盖的内部骨架16(例如，翼梁、肋、纵桁、隔板、桁架、纵梁等)制成的一个或多个部件(例如，机身12、一个或多个翼14等)。在一些实施例中，本体10的部件可以单独制造并随后连接在一起(例如，通过螺纹紧固、铆接等)。在其他实施例中，本体部件可以一起制造为整体一体结构(例如，在缺少至少一些破坏的情况下不能拆卸的结构)。如图2所示，本体10的一个或多个部件可以通过增材制造过程制造。例如，骨架16可以由第一增材制造过程制造，而表皮18可以由第二且不同的增材制造过程制造。如果需要，可以预期骨架16和表皮18都可以由相同的增材制造过程制造。第一增材制造过程可以是拉挤成型和/或挤出过程，其由复合材料(例如，具有基质M和至少一种连续纤维F的材料)形成中空管状结构20。特别地，一个或多个头部22可以联接到支撑件24(例如，到机械臂)，该支撑件24能够在结构20的排出期间沿多个方向移动一个或多个头部22，使得得到的结构20的纵向轴线26是三维的。例如，在美国专利申请号13/975,300和15/130,207以及PCT申请号2016042909中公开了这种头部，所有这些都通过引用整体并入本文。一个或多个头部22可以被配置成接收或以其他方式包含基质材料M。基质材料M可以包括可固化的任何类型的液体树脂(例如，零挥发性有机化合物树脂)。示例性树脂包括环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯、热塑性塑料、光聚合物、聚环氧化物、热固性丙烯酸酯、热固物、双马来酰亚胺、硅等。在一个实施例中，一个或多个头部22内部的基质材料M的压力可以由外部装置(例如，挤出机或其他类型的泵)产生，该外部装置通过对应导管流体连接到一个或多个头部22(未示出)。然而，在另一个实施例中，压力可以通过类似类型的装置完全在一个或多个头部22内部产生和/或仅仅是作用在基质材料M上的重力的结果。在一些情况下，一个或多个头部22内部的基质材料M可能需要保持冷却和/或阴暗以抑制过早固化；而在其他情况下，基质材料M可能由于同样的原因需要保温。在任一种情况下，一个或多个头部22可以被特殊配置的(例如，绝热的、冷却的和/或加热的)以满足这些需求。存储在一个或多个头部22内部的基质材料M可用于涂覆任何数量的连续纤维F，并且与纤维F一起构成复合结构20的壁。纤维F可包括单个股线，数个股线的丝束或粗纱，或许多股线的编织物。股线可包括例如碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属线、SiC陶瓷纤维、玄武岩纤维等。根据需要，纤维F可以在纤维F位于一个或多个头部22内部时、纤维F正通过一个或多个头部22时、和/或纤维F从一个或多个头部22排出时涂覆基质材料M。在一些实施方式中，填料材料(例如短切纤维)可在基质材料M涂覆纤维F之前和/或之后与基质材料M混合。基质材料、干燥纤维、已经涂覆有基质材料M的纤维和/或填料可以本领域技术人员显而易见的任何方式输送到一个或多个头部22中。然后，基质涂覆的纤维F可以经过位于一个或多个头部22的口部处的集中分流器(未示出)，在口部处，通过一个或多个固化增强器27(例如UV灯和/或超声发射器)使树脂固化(例如，从内向外、从外向内，或两者)。在图2的示例中，结构20在翼14的长度方向上延伸并且构成骨架16的至少一部分。每个结构20可以与另一个结构20相邻排出和/或与先前排出的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载具本体，其包括由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架，所述多个叠覆层中的每一个由涂覆有基质材料的连续纤维制成，其中，所述连续纤维的轨迹在所述多个叠覆层的相邻层之间是不同的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.03 US 62/417,056;2017.08.22 US 15/682,818;1.一种载具本体，其包括由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架，所述多个叠覆层中的每一个由涂覆有基质材料的连续纤维制成，其中，所述连续纤维的轨迹在所述多个叠覆层的相邻层之间是不同的。2.如权利要求1所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层包括：第一类型层，其形成所述骨架的横截面的中心开口的周界；以及第二类型层，其形成所述骨架的具有周界以及在所述周界中的节点之间的横梁件的横截面。3.如权利要求2所述的载具本体，其中，所述第一类型层与所述第二类型层在所述多个叠覆层中交替。4.如权利要求2所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层包括重复的一组所述第二类型层。5.如权利要求4所述的载具本体，其中，所述组包括所述第二类型层的三种不同图案。6.如权利要求5所述的载具本体，其中，所述组中的所述三种不同图案中的每一个包括所述骨架的所述横截面的周界的部段，来自所述组的所述三种不同图案的所述部段一起完成所述周界。7.如权利要求6所述的载具本体，其中，所述三种不同图案中的每一个的所述部段为所述横截面的长度的约1/3至1/6。8.如权利要求2所述的载具本体，其中，所述横梁件相对于所述横截面的所述周界的支撑表面形成约25-65°的角度。9.如权利要求8所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层的所述横梁件在所述骨架的所述横截面的中心处形成至少一个完整的“X”。10.如权利要求1所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层中的每一个包括：形成所述骨架的内圈；以及形成所述骨架上的表皮的外圈。11.如权利要求1所述的载具本体，还包括由涂覆有基质材料的连续纤维片在所述骨架上形成的表皮。12.如权利要求11所述的载具本体，其中，所述表皮的基质材料不同于所述骨架的基质材料。13.如权利要求1所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层中的每一个由所述连续纤维的中间出离工具路径形成。14.如权利要求1所述的载具本体，其中：所述骨架呈翼形；以及所述多个叠覆层中的每一个形成所述翼形的肋横截面。15.一种载具本体，包括：由彼此结合的多个叠覆层形成的骨架，所述多个叠覆层中的每一个由涂覆有基质材料的连续纤维制成；以及由涂覆有基质材料的连续纤维片在所述骨架上形成的表皮，其中，所述多个叠覆层包括：第一类型层，其形成所述骨架的横截面的中心开口的周界；第二类型层，其形成所述骨架的具有周界以及所述周界中的节点之间的横梁件的横截面；以及所述第一类型层与所述第二类型层在所述多个叠覆层中交替。16.如权利要求15所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层包括重复的一组所述第二类型层。17.如权利要求16所述的载具本体，其中，所述组包括所述第二类型层的三种不同图案。18.如权利要求17所述的载具本体，其中，所述组的所述三种不同图案中的每一个包括所述骨架的所述横截面的周界的部段，来自所述组的所述三种不同图案的所述部段一起完成所述周界。19.如权利要求18所述的载具本体，其中，所述多个叠覆层的所述横梁件在所述骨架的所述横截面的中心处形成至少一个完整的“X”。20.一种载具本体，包括：包括肋的内部骨架，所述肋具有相反支撑表面、相反支具以及连接所述相反支撑表面和所述相反支具的横梁件，其中，所述相反支撑表面、所述相反支具以及所述横梁件使用中间出离工具路径由至少一个连续纤维形成；以及形成在所述内部骨架上的表皮，所述表皮包括：基质材料；多个连续纤维，其包裹在所述基质材料内并且分层设置成大致平行于所述载具本体的表面。21.一种载具本体，包括：内部骨架；以及形成在所述内部骨架上的表皮，所述表皮包括：基质材料；以及包裹在所述基质材料内的多个连续纤维，其中，所述多个连续纤维中的至少一个处于拉伸状态并沿其长度具有不同的拉力水平。22.如权利要求21所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维沿多个不同方向定向。23.如权利要求22所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维中的每个都处于拉伸状态并且沿其长度具有不同的拉力水平。24.如权利要求3所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维具有弯曲轨迹。25.如权利要求24所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维有机地排列在所述表皮内。26.如权利要求25所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多个连续纤维从所述翼形的前/后中心附近的基端部朝向所述翼形的前缘和后缘处的尖端延伸。27.如权利要求26所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维的密度沿所述翼形的长度变化。28.如权利要求27所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维在所述基端部处的密度大于在所述尖端处的密度。29.如权利要求21所述的载具本体，其中，所述基质材料包括沉积在所述表皮中的关键位置处的多种类型树脂。30.如权利要求29所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多种类型树脂包括：位于所述翼形的后缘处的柔性树脂；以及远离所述后缘使用的丙烯酸树脂。31.如权利要求29所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多种类型树脂包括：位于所述翼形的前缘处的热解树脂；以及远离所述前缘使用的丙烯酸树脂。32.一种载具本体，包括：形成翼形的内部骨架；以及形成在所述内部骨架上的表皮，所述表皮包括：基质材料；以及包裹在所述基质材料内的多个连续纤维，其中，所述多个连续纤维以弯曲轨迹从所述翼形的前/后中心附近的基端部朝向所述翼形的前缘和后缘处的尖端延伸。33.如权利要求32所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维有机地排列在所述表皮内。34.如权利要求33所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多个连续纤维从所述翼形的前/后中心附近的基端部朝向所述翼形的前缘和后缘处的尖端延伸。35.如权利要求34所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维的密度沿所述翼形的长度变化。36.如权利要求35所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维在所述基端部处的密度大于在所述尖端处的密度。37.如权利要求32所述的载具本体，其中，所述基质材料包括沉积在所述表皮中的关键位置处的多种类型树脂。38.如权利要求37所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多种类型树脂包括：位于所述翼形的后缘处的柔性树脂；以及远离所述后缘使用的丙烯酸树脂。39.如权利要求37所述的载具本体，其中：所述内部骨架形成翼形；以及所述多种类型树脂包括：位于所述翼形前缘处的热解树脂；以及远离所述前缘使用的丙烯酸树脂。40.一种载具本体，包括：内部骨架；以及形成在所述内部骨架上的表皮，所述表皮包括：多种基质材料，所述多种基质材料定位于所述内部骨架的不同位置处，所述多种基质材料包括丙烯酸酯化环氧树脂以及柔性树脂和热解树脂中的至少一种；以及多个连续纤维，其包裹在所述多种基质材料中。41.一种载具本体，包括：通过第一增材制造系统制造的内部骨架；以及通过与第一增材制造系统不同的第二增材制造系统在所述内部骨架上原位制造的表皮。42.如权利要求41所述的载具本体，其中，所述内部骨架包括多个相邻的中空管。43.如权利要求42所述的载具本体，其中：所述内部骨架和所述表皮一起形成翼形；以及所述多个相邻的中空管沿所述翼形的长度方向延伸。44.如权利要求43所述的载具本体，其中，所述多个相邻的中空管由基质材料以及包裹在所述基质材料内的多个连续纤维制成。45.如权利要求44所述的载具本体，其中，所述表皮由基质材料以及包裹在所述基质材料内的多个连续纤维制成。46.如权利要求45所述的载具本体，其中，所述内部骨架和所述表皮中的至少一个的所述多个连续纤维处于拉伸状态。47.如权利要求45所述的载具本体，其中，所述内部骨架和所述表皮中的至少一个的所述多个连续纤维沿多个不同方向定向。48.如权利要求45所述的载具本体，其中，所述内部骨架和所述表皮中的至少一个的所述多个连续纤维具有在至少两个维度上弯曲的轨迹。49.如权利要求48所述的载具本体，其中，所述多个连续纤维有机地排列在所述表皮内。50.如权利要求49所述的载具本体，其中，所述表皮中的所述多个连续纤维从所述翼形的前/后中心附近的基端部朝向所述翼形的前缘和后缘处的尖端延伸。51.如权利要求50所述的载具本体，其中，所述表皮中的所述多个连续纤维的密度沿着所述翼形的长度变化。52.如权利要求51所述的载具本体，其中，所述表皮中的所述多个连续纤维在所述基端部处的密度大于在所述尖端处的密度。53.如权利要求55所述的载具本体，其中，所述内部骨架和所述表皮的所述基质材料包括UV固化树脂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·泰勒，赖安·C·斯托科特，
申请(专利权)人：CC三D有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US