用于同时层压和修整复合层压件的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于同时层压和修整复合层压件的系统和方法。制造系统包括多个层压头部，该多个层压头部以彼此端对端的关系静止地定位并且限定层压站，并且被构造成沿着分配方向分配铺设材料。该制造系统还包括可在层压站下方移动的层压表面。层压头部被构造成当层压表面穿过层压站时将铺设材料顺序地施加到层压表面上和先前施加的铺设材料上，从而形成具有以由层压站内的层压头部相对于彼此的位置限定的期望片层堆叠顺序布置的复合片层的堆叠的复合层压件。该制造系统还包括被构造成修整复合层压件的一个或多个修整装置。

System and method for laminating and finishing composite laminates simultaneously

【技术实现步骤摘要】
用于同时层压和修整复合层压件的系统和方法
本公开总体上涉及制造系统，并且更具体地，涉及用于同时层压和修整复合层压件的系统和方法。
技术介绍
复合材料由于其诸如高比强度、高比刚度和高耐腐蚀性之类的有利性能而被用于各种应用中。复合结构的制造通常包括将多个复合层压材料片层铺设到心轴上以形成复合层压件。铺设材料通常是预浸渍有树脂的纤维材料(例如预浸料坯)。例如，铺设材料可以是环氧树脂浸渍的碳纤维预浸料坯。目前铺设复合层压件的方法包括逐片层的层压，其中单个层压头部在层压心轴上进行多次经过(pass)。在每次经过期间，层压头部都施加单个铺设材料片层。在每次经过结束时，层压头部可以返回到最近施加的片层的开始处，并将另一铺设材料片材施加在最近施加的片层上。重复该过程，直到复合层压件具有期望的片层数量和片层堆叠顺序。可以认识到，连续施加单个铺设材料片材限制了复合层压件可以被制造的速率。进一步限制制造速率的是，传统实践上作为在层压之后执行的单独的后处理步骤来修整复合层压件。可以看出，在本领域中存在对一种用于制造复合层压件的系统和方法的需要，该系统和方法避免与作为单独步骤的逐片层的层压和修整相关的上述限制。
技术实现思路
本公开具体解决和减轻了与制造复合层压件相关的上述需要，本公开提供了一种制造系统，该制造系统具有以彼此端对端的关系静止定位并限定了层压站的多个层压头部。每个层压头部被构造成沿着分配方向分配铺设材料。该制造系统包括层压表面，该层压表面可在层压站下方沿着与分配方向大致对准的方向在层压表面原始位置和层压表面后部位置之间移动。该层压头部被构造成当层压表面穿过层压站时将铺设材料顺序地施加到层压表面上和先前施加的铺设材料上，从而形成具有以由层压站内的层压头部相对于彼此的位置限定的期望片层堆叠顺序布置的复合片层的堆叠的复合层压件。该制造系统还包括一个或多个修整装置，该修整装置位于靠近层压站的相对端中的至少一端的位置。修整装置被构造成在层压表面从层压站移动到层压表面原始位置期间和/或在层压表面从层压站移动到层压表面后部位置期间修整复合层压件。在另一实施方式中，公开了一种制造系统，其具有一系列层压头部，该系列层压头部以彼此端对端的关系静止地定位并且限定层压站。该系列内的每个层压头部被构造成沿着分配方向分配铺设材料。该制造系统还包括层压带，该层压带具有可在层压站下方沿与分配方向大致对准的方向移动的外表面。层压头部被构造成当层压带的外表面移动穿过层压站时将铺设材料顺序地施加到层压带的外表面上和先前施加的铺设材料上，从而形成具有以由层压站内的层压头部相对于彼此的位置限定的期望片层堆叠顺序布置的复合片层的堆叠的复合层压件。该制造系统还包括一个或多个修整装置，该修整装置位于层压站的下游，并被构造成在复合层压件中周期性地形成横向切割，以将复合层压件分成纵向分段。还公开了一种制造复合层压件的方法。该方法包括沿着分配方向从一系列层压头部中的一个或多个分配铺设材料，该系列层压头部以彼此端对端的关系静止地定位并且限定了层压站。该方法包括在层压站下方沿与分配方向大致对准的方向在层压表面原始位置和层压表面后部位置之间移动层压表面。此外，该方法包括当层压表面穿过层压站时，从一个或多个层压头部将铺设材料施加到层压表面上和先前施加的铺设材料上，从而形成具有以期望片层堆叠顺序布置的复合片层的堆叠的复合层压件。层压头部布置在该系列层压头部内，以根据片层堆叠顺序来顺序地施加铺设材料。该方法还包括在层压表面从层压站移动到层压表面原始位置期间和/或在层压表面从层压站移动到层压表面后部位置期间使用一个或多个修整装置修整复合层压件。已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可以在其他实施方式中组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看到。附图说明参考附图，本公开的这些和其它特征将变得更加明显，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中：图1是具有制造系统的实施例的侧视图，该制造系统具有包括一系列层压头部的固定层压站，并具有一个或多个修整装置，以同时层压和修整复合层压件；图2是图1的制造系统的俯视图；图3是由图1的附图标记3标识的环绕区域的放大图，并且示出了由支撑框架支撑的每个层压头部，并且还示出了被构造为至少一个层压心轴的层压表面，该层压心轴可在层压站下方移动并且接收由该系列层压头部中的一个或多个施加的铺设材料；图4是图3的制造系统的一部分的侧视图，示出了在该系列层压头部下方经过的层压心轴；图5是制造系统的实施例的侧视图，其中层压表面被构造为一个或多个层压带；图6是一系列层压头部的实施例的立体图，该层压头部将铺设材料施加到在层压头部下方移动的层压表面；图7是将铺设材料施加到层压表面的层压头部的实施例的侧视图；图8是列出由层压站中的10个层压头部中的每一个分配的铺设材料的材料构造的表格；图9是沿图6的线9截取的复合层压件的截面图，该层压件具有由顺序施加图8中列出的由层压头部分配的铺设材料而产生的片层堆叠顺序；图10是在层压心轴移动穿过层压站期间的第一时间点将铺设材料施加到层压心轴的一系列层压头部的示意图；图11是在层压心轴移动穿过层压站期间的第二时间点的图10的该系列层压头部的示意图，并且示出了由于2号头部的暂时停止和重新启动而在片层2中产生间隙；图12是复合层压件的实施例的截面图，其中由层压头部分配的铺设材料具有不同的材料宽度，导致复合层压件的相对侧边缘以斜角形成；图13是复合层压件的实施例的截面图，其中减少数量的10个层压头部分配铺设材料，导致复合层压件与图12所示的复合层压件相比具有减小的厚度和更小的斜角；图14是沿图3的线13截取的制造系统的实施例的端视图，并示出了支撑层压头部的支撑框架；图15是沿图3的线14截取的制造系统的实施例的端视图，并示出了支撑修整装置的支撑框架；图16是制造系统的层压站的一部分的俯视图，其中层压头部均具有第一侧和第二侧，第一侧和第二侧均被构造成分配铺设材料，并且示出了层压头部中的一个层压头部横向平移而与该系列层压头部脱离对准，以允许替换层压头部的第一侧上的耗尽的材料卷；图17是图16的层压站的俯视图，示出了层压头部绕竖直轴线旋转180度，使得层压头部的第二侧旋转至先前由层压头部的第一侧占据的位置；图18是图17的层压站的俯视图，示出了层压头部平移回到与该系列层压头部对准，以允许层压头部的第二侧分配铺设材料；图19是图18的层压站的俯视图，示出了替换材料卷安装在层压头部的第一侧上；图20是被构造成允许一个或多个层压头部竖直平移而与该系列层压头部脱离对准的制造系统的实施例的端视图；图21示出了在竖直平移允许层压头部绕竖直轴线旋转180度的量之后的图20的层压头部中的一个，作为将层压头部的第二侧旋转到先前由层压头部的第一侧占据的位置的装置；图22是层压系统的另一实施例的俯视图，其中该系列层压头部被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造系统(100)，该制造系统(100)包括：/n多个层压头部(152)，所述多个层压头部(152)以彼此端对端的关系静止地定位并且限定层压站(150)，每个层压头部(152)被构造成沿着分配方向(204)分配铺设材料(228)；/n层压表面(120)，所述层压表面(120)能够在所述层压站(150)下方沿着与所述分配方向(204)大致对准的方向在层压表面原始位置(134)和层压表面后部位置(136)之间移动，所述层压头部(152)被构造成当所述层压表面(120)穿过所述层压站(150)时将所述铺设材料(228)顺序地施加到所述层压表面(120)上和先前施加的铺设材料(228)上，从而形成具有以由所述层压站(150)内的所述层压头部(152)相对于彼此的位置限定的期望片层堆叠顺序布置的复合片层(402)的堆叠的复合层压件(400)；/n一个或多个修整装置(312)，所述一个或多个修整装置(312)位于靠近所述层压站(150)的相对端中的至少一端的位置，并且被构造成在以下至少一个期间修整所述复合层压件(400)：/n所述层压表面(120)从所述层压站(150)移动到所述层压表面原始位置(134)期间；以及/n所述层压表面(120)从所述层压站(150)移动到所述层压表面后部位置(136)期间。/n...

【技术特征摘要】
20181101 US 16/178,4341.一种制造系统(100)，该制造系统(100)包括：
多个层压头部(152)，所述多个层压头部(152)以彼此端对端的关系静止地定位并且限定层压站(150)，每个层压头部(152)被构造成沿着分配方向(204)分配铺设材料(228)；
层压表面(120)，所述层压表面(120)能够在所述层压站(150)下方沿着与所述分配方向(204)大致对准的方向在层压表面原始位置(134)和层压表面后部位置(136)之间移动，所述层压头部(152)被构造成当所述层压表面(120)穿过所述层压站(150)时将所述铺设材料(228)顺序地施加到所述层压表面(120)上和先前施加的铺设材料(228)上，从而形成具有以由所述层压站(150)内的所述层压头部(152)相对于彼此的位置限定的期望片层堆叠顺序布置的复合片层(402)的堆叠的复合层压件(400)；
一个或多个修整装置(312)，所述一个或多个修整装置(312)位于靠近所述层压站(150)的相对端中的至少一端的位置，并且被构造成在以下至少一个期间修整所述复合层压件(400)：
所述层压表面(120)从所述层压站(150)移动到所述层压表面原始位置(134)期间；以及
所述层压表面(120)从所述层压站(150)移动到所述层压表面后部位置(136)期间。


2.根据权利要求1所述的制造系统(100)，其中，所述层压表面(120)包括以下中的一者：
至少一个连续环形层压带(124)的外表面，所述至少一个连续环形层压带(124)能够在所述层压头部(152)下方移动；和
至少一个刚性层压心轴(122)的外表面，所述至少一个刚性层压心轴(122)能够在所述层压头部(152)下方平移。


3.根据权利要求2所述的制造系统(100)，其中：
所述层压头部(152)被构造成将铺设材料(228)连续地分配到所述层压表面(120)的所述外表面上；以及
所述一个或多个修整装置(312)被构造成沿着横向方向周期性地切割所述复合层压件(400)，以将所述复合层压件(400)分成端对端的纵向分段(401)。


4.根据权利要求2所述的制造系统(100)，所述制造系统(100)还包括：
真空压力源(146)；
所述层压表面(120)具有流体地联接到所述真空压力源(146)的多个孔(144)；并且
所述真空压力源(146)被构造成至少在将铺设材料(228)施加到所述外表面上或施加到先前施加到所述外表面的铺设材料(228)上期间在所述外表面处产生真空压力以将所述复合层压件(400)固定到所述外表面。


5.根据权利要求1或2所述的制造系统(100)，其中：
所述层压头部(152)均包括横向相对侧，所述横向相对侧包括第一侧(158)和第二侧(160)，所述第一侧(158)和所述第二侧(160)均具有头部部件(220)；并且
至少一个所述层压头部(152)的所述第一侧(158)能够移动到与所述分配方向(204)对准的材料施加位置(206)以将铺设材料(228)施加到所述层压表面(120)，同时所述第二侧(160)移动到材料再装载位置(208)以维修所述层压头部(152)的所述第二侧(160)；并且
所述第二侧(160)能够移动到与所述分配方向(204)对准的所述材料施加位置(206)以将铺设材料(228)施加到所述层压表面(120)，同时所述第一侧(158)移动到所述材料再装载位置(208)以维修所述层压头部(152)的所述第一侧(158)。


6.根据权利要求1或2所述的制造系统(100)，所述制造系统(100)还包括：
具有头部传送机构(452)和再装载站(460)的再装载系统(450)；并且
所述头部传送机构(452)被构造成从所述层压站(150)移除所述层压头部(152)中的一个，安装替换层压头部(466)以代替移除的层压头部(468)，并且将所移除的层压头部(468)运输到所述再装载站(460)。


7.根据权利要求1或2所述的制造系统(100)，所述制造系统(100)还包括：
具有头部传送机构(452)和再装载站(460)的再装载系统(450)；
至少一个安装框架(154)；
所述层压头部(152)被构造为头部模块(170)，所述头部模块(170)均包括将头部部件(220)以可移除的方式联接到所述安装框架(154)的框架联接元件(172)；
至少一个所述头部模块(170)能够在所述框架联接元件(172)处从所述安装框架(154)移除，以允许替换所述头部模块(170)；并且
所述头部传送机构(452)被构造成从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·E·莫丁，D·D·琼斯，K·S·威尔登，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US