用于制造未固化的近净形层片的装置和方法制造方法及图纸

用于制造未固化的近净形层片(150)的装置和方法，此类装置包括分配干丝束(110)的线轴(100)；任选地，铺展这些干丝束的铺展器(120)；任选地，将这些干丝束结合成多个带或捆的器件；以平行布置携带丝束、带或捆的进料器(130)；适配为将每个单独的丝束、带或捆独立切割成预定的长度的切割器具(140)；任选地，适配为将经切割的丝束、带或捆从该切割器具输送走的传送机(170)；适配为用树脂材料浸渍这些干丝束、带或捆的在线树脂注入器(190)；以及用于这些经切割的丝束、带或捆的接收器(160)，其中这些经切割的丝束、带或捆是经浸渍的并且以近净形层片的形式配置。净形层片的形式配置。净形层片的形式配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造未固化的近净形层片的装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年11月21日提交的美国临时申请号62/938518以及2020年2月5日提交的欧洲专利申请20155530.7的优先权，将这些申请中的每一个的全部内容通过此援引明确并入本申请。

技术介绍

[0003]纤维增强的树脂复合物(或“复合材料”)广泛用作各种应用中的坚固的轻量金属替代品，包括在汽车和航空航天领域中。开始于树脂和纤维并且结束于复合材料零件的用于制造复合材料的工艺是复杂的并且可以采用许多不同的路径。每条路径提供其自身的优势，但是也有相当显著的劣势。
[0004]例如，大多数零件制造工艺利用预浸料，该预浸料是树脂浸渍纤维或基于纤维的纺织品的连续片材或卷。预浸料被认为是行业标准，因为它们的生产相对简单，在热熔工艺或溶剂浸渍工艺中典型地使用连续长度的纤维材料或使用由热熔树脂或溶剂化树脂浸渍的连续长度的纤维材料。最近，材料供应商已经集中在制造快速固化预浸料，这些预浸料是为经由压缩模制(压制)的零件制造而设计的。压缩模制预浸料是制造零件的有利手段，因为它将结合的纤维和树脂的品质控制与经由压缩模制实现的快速制造速度相结合，这是大批量生产线所需的必要组合。虽然预浸料为最终使用者提供确定的树脂含量，但是单独的层片必须从片材或卷上切割，导致材料浪费(典型地在20％与50％之间)，甚至当最终使用者仔细地计划预浸料的切割模式时也是如此。此外，使用可消耗的材料制造预浸料，这些可消耗的材料用于令人满意的树脂浸渍和最终产品的保护。此类可消耗品也导致显著的二次浪费和与之相关的成本。
[0005]另一种用于制造复合材料零件的手段是高压树脂传递模制(或HPRTM)。HPRTM涉及在热量和压力下，在匹配的模具工具中，用经催化的液体树脂快速注射预成型的干纤维层片的叠层。使经催化的树脂体系在工具中反应并固化，由此形成成品零件。尽管具有不需要将纤维和树脂结合(预浸料)的初始阶段的零件制造工艺可能是有利的，但是HPRTM仍使用纤维材料的片材或卷，并且因此(像使用预浸料一样)也导致材料浪费。HPRTM还需要(a)初始成型阶段以产生干纤维预成型件；(b)夹杂粘结剂材料以保持干纤维预成型件的形状(典型地为粉末粘合剂)；(c)设计用于树脂注射的专用模制工具；(d)液体树脂体系，其能够在展示出足够的流体特性以渗透干纤维预成型件的同时非常快地反应；以及(e)与使用大量加热的高反应性液体操作相关的安全考虑。
[0006]预浸渍的纤维材料也可以在自动纤维铺放机(AFP)或自动带铺设机(ATL)中使用。AFP和ATL涉及丝束或带(预浸渍的)的自动铺放以产生平面坯件或三维预成型件。AFP与ATL之间的主要不同仅仅是所使用的丝束或带的宽度。在AFP或ATL中，材料沉积末端执行器安装在多轴机器人或机架(丝束或带从其沉积到工具上)上。可以移动并旋转末端执行器，使得材料可以沉积在不同位置和不同方向，从而产生多层坯件。虽然AFP或ATL可以在材料使用方面产生显著的效率(典型地大于90％)，但是这些工艺(如从预浸料制造零件)仍依赖于
额外的将纤维和树脂结合的初始制造阶段。此外，AFP和ATL可能是极其缓慢的，并且使用非常昂贵的工具(机器人、末端执行器、机架系统等)。

技术实现思路

[0007]本领域已知的每种方法提供其自身的优点但也有缺点。本专利技术人已经发现用于获得近净形层片的手段，这些层片以与预浸料相当的速度制造并具有通过自动纤维铺放实现的高的材料利用率。此类近净形层片适用于后续加工以产生适用于压缩模制或其他零件制造技术的平面坯件。
[0008]因此，在一些方面，本传授内容涉及用于制作未固化的近净形层片的装置。此类装置总体上包括：
[0009]‑
多个线轴，每个线轴分配干丝束；
[0010]‑
任选地，铺展这些干丝束的多个铺展器；
[0011]‑
任选地，将这些干丝束结合成多个带或捆的器件；
[0012]‑
多个进料器，每个进料器携带丝束、带或捆并且适配为将这些丝束、带或捆维持呈平行布置；
[0013]‑
切割器具，其适配为将每个单独的丝束、带或捆独立切割成预定的长度；
[0014]‑
任选地，传送机，其适配为将经切割的丝束、带或捆从该切割器具输送走；
[0015]‑
在线树脂注入器(in
‑
line resin infuser)，其适配为用树脂材料浸渍这些干丝束、带或捆；以及
[0016]‑
用于这些经切割的丝束、带或捆的接收器，其中这些经切割的丝束、带或捆是经浸渍的并且以近净形层片的形式配置。
[0017]在一些实施例中，切割器具包括一个或多个接触式切割器例如闸刀刀片(guillotine blade)、一个或多个非接触式切割器、或两者。
[0018]在一些实施例中，该树脂注入器定位为在进料器之前浸渍干丝束。在其他实施例中，该树脂注入器定位为在进料器之后，例如在切割器具之后浸渍干丝束。在一些实施例中，该树脂注入器是至少一个树脂池(resin bath)、狭缝式模具(slot die)、印刷工具、树脂定量给料器、泵或其组合。
[0019]在一些实施例中，进料器适配为将近净形层片直接进料至接收器上。在某些实施例中，该接收器适配为接收呈堆叠布置的不同取向的多个层片。例如，该接收器可以是可旋转的并且可以在至少一个轴线上行进。该接收器可以是例如旋转台。在其他实施例中，该接收器包括多轴机器人，该多轴机器人配备有适配为拾取近净形层片的末端执行器。
[0020]在某些实施例中，装置还包括适配为在切割之前改性丝束、带或捆的模块，或者适配为改性或以其他方式加工近净形层片的模块，例如其中该模块是适配为在切割之前改变丝束、带或捆的粘性或改变层片的粘性的模块。
[0021]在其他方面，本传授内容涉及用于制造未固化的近净形层片的方法。此类方法典型地包括：
[0022]‑
经由多个线轴提供多个干丝束；
[0023]‑
任选地，铺展这些干丝束中的每一个；
[0024]‑
任选地，将这些干丝束结合成多个带或捆；
[0025]‑
经由多个进料器将该多个干丝束、带或捆进料至切割器具，其中每个进料器携带丝束、带或捆并且该多个进料器将这些丝束、带或捆维持呈平行布置；
[0026]‑
在该切割器具中将每个单独的丝束、带或捆独立切割成预定的长度；以及
[0027]‑
在在线树脂注入器中用树脂材料浸渍这些干丝束、带或捆，
[0028]由此提供未固化的近净形层片。
[0029]在一些实施例中，切割器具包括一个或多个接触式切割器例如闸刀刀片、一个或多个非接触式切割器、或两者。
[0030]在一些实施例中，该树脂注入器定位为在进料器之前浸渍干丝束。在一些实施例中，该树脂注入器是至少一个树脂池、狭缝式模具、印刷工具、树脂定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造未固化的近净形层片的装置，该装置包括：
‑
多个线轴，每个线轴分配干丝束；
‑
任选地，铺展这些干丝束的多个铺展器；
‑
任选地，将这些干丝束结合成多个带或捆的器件；
‑
多个进料器，每个进料器携带丝束、带或捆并且适配为将这些丝束、带或捆维持呈平行布置；
‑
切割器具，其适配为将每个单独的丝束、带或捆独立切割成预定的长度；
‑
任选地，传送机，其适配为将经切割的丝束、带或捆从该切割器具输送走；
‑
在线树脂注入器，其适配为用树脂材料浸渍这些干丝束、带或捆；以及
‑
用于这些经切割的丝束、带或捆的接收器，其中这些经切割的丝束、带或捆是经浸渍的并且以近净形层片的形式配置。2.根据权利要求1所述的装置，其中，该切割器具包括一个或多个接触式切割器例如闸刀刀片、一个或多个非接触式切割器、或两者。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该树脂注入器定位为在这些进料器之前浸渍这些干丝束。4.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的装置，其中，该树脂注入器定位为在该进料器之后，例如在该切割器具之后，浸渍这些干丝束。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该树脂注入器是至少一个树脂池、狭缝式模具、印刷工具、树脂定量给料器、泵或其组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该进料器适配为将该近净形层片直接进料至该接收器上。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该接收器适配为接收呈堆叠布置的不同取向的多个层片。8.根据权利要求7所述的装置，其中，该接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：