用于混合复合部件的编织纤维的丝束的铺设和制造制造技术

本发明专利技术涉及用于混合复合部件的编织纤维的丝束的铺设和制造。提供了用于制造层压件的系统和方法。一种方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层，以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。

Laying and manufacturing of tow of braided fibers for hybrid composite parts

【技术实现步骤摘要】
用于混合复合部件的编织纤维的丝束的铺设和制造
本公开涉及制造领域，并且具体地涉及经由丝束的铺设来制造纤维增强复合部件。
技术介绍
组成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压件可以形成为各种形状中的任何形状以便硬化成复合部件。层压件可以成层铺设，每一层包括单向纤维增强材料的丝束。层压件可以用手、通过自动条带铺设机(ATLM)或通过自动纤维铺放(AFP)机来铺设。虽然当层压件硬化成复合部件时层压件提供了期望水平的性能，但是层压件的铺设工艺仍然复杂且耗时。此外，用于将层压件附粘在一起的技术，例如感应焊接，可能难以在由这种材料制成的层压件上执行。例如，经由感应将由这些材料制成的层压件加热可能需要比所期望的更多的电流流过感应线圈。维基百科上的“自动纤维铺放”描述了“自动纤维铺放(AFP)，也称为高级纤维铺放，是制造复合材料的高级方法”。高地复合件的“编织复合件”描述了“编织复合件与使用更常规方法由复合件或金属生产的相同结构相比更强、更坚韧和更耐损坏”。“QISO编织的三轴织物”描述“准各向同性织物在单层编织物中平衡”。因此，期望具有一种考虑到上述问题中的至少一些以及其它可能的问题的方法和设备。
技术实现思路
本文描述的实施方式提供了用于层压件的包括编织纤维的丝束。丝束用热塑性塑料预浸渍，并且可以通过ATLM或AFP机器铺设丝束。此外，由于纤维是导电的，因此纤维之间的交叉点响应于施加的磁场而产生热量。与单向纤维的丝束相比，这增加了感应焊接期间丝束处的加热的量。r>一个实施方式是一种用于制造层压件的方法。该方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层，以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。另一实施方式是一种体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用于执行用于制造层压件的方法。该方法包括铺设用于层压件的包括单向热塑性纤维增强材料的丝束的第一组层，以及铺设用于层压件的包括编织热塑性纤维增强材料的丝束的第二组层。另一实施方式是一种用于制造层压件的设备。所述设备包括：第一线轴，所述第一线轴存储单向热塑性纤维增强材料的丝束；第一末端执行器，所述第一末端执行器铺设用于所述层压件的第一组层，所述第一组层包括存储在所述第一线轴上的所述单向热塑性纤维增强材料的丝束；第二线轴，所述第二线轴存储编织热塑性纤维增强材料的丝束；以及第二末端执行器，所述第二末端执行器铺设用于所述层压件的第二组层，所述第二组层包括存储在所述第二线轴上的所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。一个实施方式是一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的方法。该方法包括编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物，该圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状，在沿圆周的粘合位置处粘合预浸渍纤维，以及在粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物，该刀沿织物的长度在处理方向上行进并布置在辊的后面。另一实施方式是一种体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用于执行一种方法。该方法包括编织单向材料的预浸渍纤维以形成具有圆周的织物，该圆周形成围绕心轴的封闭横截面形状，在沿圆周的粘合位置处粘合预浸渍纤维，以及在粘合位置之间的切割位置处用刀切割织物，该刀沿织物的长度在处理方向上行进并布置在辊的后面。另一实施方式是一种用于制造编织热塑性纤维增强材料的丝束的设备。该设备包括：辊，该辊在沿着单向材料的编织预浸渍纤维的织物的圆周的粘合位置处施加热量和压力，该织物在圆柱形心轴处被铺设，并且辊沿着织物的长度在处理方向上行进；以及刀，该刀在粘合位置之间的切割位置处切割织物，该刀沿着织物的长度在处理方向上行进，并且设置在辊的后面。以下可描述其它说明性实施方式(例如，与前述实施方式相关的方法和计算机可读介质)。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，或者可以在其它实施方式中组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看出。附图说明现在仅通过实施例的方式并参考附图来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是在说明性实施方式中的制造环境的方框图。图2是示出在说明性实施方式中用于操作混合铺设系统的方法的流程图。图3A是在说明性实施方式中的末端执行器的侧视图，该末端执行器将编织纤维的丝束铺设到由单向纤维的丝束构成的层压件上。图3B是在说明性实施方式中的末端执行器的俯视图，该末端执行器将编织纤维的丝束铺设到由单向纤维的丝束构成的层压件上。图4至图6是在说明性实施方式中沿着感应焊接将发生的位置包括编织纤维的丝束的层压件的侧视图。图7是在说明性实施方式中用于产生编织纤维的丝束的制造系统的方框图。图8是示出在说明性实施方式中用于操作制造系统以产生编织纤维的丝束的方法的流程图。图9是在说明性实施方式中图7的制造系统的侧视图，该制造系统切割编织纤维的紧密织物以形成材料的丝束。图10是在说明性实施方式中已经被切割并从心轴移除的织物的立体图。图11是在说明性实施方式中的飞行器生产和维修方法的流程图。图12是在说明性实施方式中的飞行器的方框图。具体实施方式附图和以下描述提供了本公开的具体说明性实施方式。因此，将理解，本领域技术人员将能够设计出虽然未在本文中明确描述或示出但体现本公开的原理并且包括在本公开的范围内的各种布置。此外，本文描述的任何实施例旨在帮助理解本公开的原理，并且将被解释为不限于这样的具体叙述的实施例和条件。因此，本公开不限于下面描述的具体实施方式或实施例，而是由权利要求及其等同物来限定。复合部件，例如碳纤维增强聚合物(CFRP)部件，最初被铺设为多层，一起被称为预制件。预制件的每层内的单独纤维彼此平行地对准，但是不同的层可以呈现不同的纤维定向，以便沿不同的维度增加所得复合材料的强度。预制件可以包括粘性树脂，该粘性树脂固化以便将预制件硬化成复合部件(例如，用于飞行器中)。已经用未固化的热固性树脂或热塑性树脂浸渍的碳纤维被称为“预浸料”。其它类型的碳纤维包括“干纤维”，其未用热固性树脂浸渍，但可以包括增粘剂或粘合剂。干纤维可以在固化之前用树脂浸渍。对于热固性树脂，硬化是被称为固化的单向过程，而对于热塑性树脂，如果树脂被再加热，则树脂可以达到粘性形式。图1是在说明性实施方式中包括混合铺设系统110的制造环境100的方框图。混合铺设系统110包括能够铺设单向丝束126(即，单向纤维的丝束)和编织丝束128(即，编织纤维的丝束)以形成具有单向纤维层和编织纤维层两者的层压件160的任何系统或设备。编织丝束128可以偏置地编织，以便呈现不平行于或垂直于丝束的长度的纤维定向的任何期望组合。例如，纤维定向可以是+22°/-22°，+45°/-45°，+10°/-10°，+80°/-80°，等。此外，编织热塑性纤维增强材料的丝束的每个丝束中的纤维可形成稀松本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造层压件的方法，所述方法包括：/n铺设(204)用于所述层压件的第一组层，所述第一组层包括单向热塑性纤维增强材料的丝束；以及/n铺设(208)用于所述层压件的第二组层，所述第二组层包括编织热塑性纤维增强材料的丝束。/n

【技术特征摘要】
20190628 US 16/456,584;20190628 US 16/456,6761.一种用于制造层压件的方法，所述方法包括：
铺设(204)用于所述层压件的第一组层，所述第一组层包括单向热塑性纤维增强材料的丝束；以及
铺设(208)用于所述层压件的第二组层，所述第二组层包括编织热塑性纤维增强材料的丝束。


2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在铺设所述第二组层期间，操纵用于所述层压件的所述第二组层。


3.根据权利要求1所述的方法，其中：
将所述编织热塑性纤维增强材料的丝束从线轴收回。


4.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述层压件将被感应焊接到另一层压件的位置处执行所述第二组层的铺设。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在铺设所述第一组层和所述第二组层的同时，将所述第一组层和所述第二组层加热至热塑性塑料的熔化温度。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在铺设所述第一组层时从第一线轴分配所述单向热塑性纤维增强材料的丝束。


7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在铺设所述第二组层时从第二线轴分配所述编织热塑性纤维增强材料的丝束。


8.一种用于制造层压件(160)的设备，所述设备包括：
第一线轴(116)，所述第一线...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·奥加勒，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US