[发明专利]用于树脂浸渍纤维的自动化传送和叠层的系统和方法

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及用于树脂浸渍纤维的浸渍和叠层的系统，且更具体地涉及用于一个或更多个纤维束的可控的浸渍、传送和叠层的自动化系统。

背景技术

树脂浸渍纤维复合材料部分地由于它们的低重量和高强度特性而越来越多地用于各种不同行业，例如汽车、飞行器和风能。形成复杂的复合部件和/或纤维图案将会是期望的，其中将浸渍和叠层过程集成到自动化直列(in-line)直通(feed-through)系统中。当前制造过程典型地包括使用随后进行树脂浸渍的纤维预成型件，或叫做“预浸材料”的预浸渍纤维束，以及使用这些经浸渍的纤维预成型件或经预浸渍的纤维束的单独的叠层系统和工序。

当前，致力于使用包括辊的系统来提供一个或更多个纤维束的浸渍，其中树脂从孔口到外表面流经辊中的孔。虽然这些系统适用于许多情形，但它们不容许对单独的束的浸渍进行控制。为了提供对单独的束的浸渍的控制，还致力于使用包括流经可单独控制的喷嘴的树脂的系统来提供纤维束阵列的浸渍。不论浸渍工序如何，在浸渍工序以后，一个或更多个纤维束面临在一个或更多个单独的部件叠层工具上进行叠层。该过程耗时而且昂贵，因为利用单独的系统来完成复合部件的制造。

因此希望提供一种改进的自动化系统，其利用自动化的直列系统将一个或更多个树脂浸渍纤维的叠层与浸渍过程相结合，该直列系统将一个或更多个纤维束的传送、沉积和浸渍与后续的叠层工序相结合，以完成复合部件的制造。另外，希望该自动化系统将用于一个或更多个干纤维束的实时直列浸渍与用于形成复杂的复合部件的经浸渍的纤维束的叠层相结合。

发明内容

简而言之，本公开内容的一方面在于一种自动化直列制造系统，该系统用于将树脂涂敷到一个或更多个纤维束上、用树脂浸渍该一个或更多个纤维束以形成一个或更多个经浸渍的纤维束以及随后叠层该一个或更多个经浸渍的纤维束以形成复合部件，其中一个或更多个纤维束中的每一个都以相应的纤维速度移动。该自动化直列制造系统包括自动化树脂传送、沉积和浸渍系统、自动化叠层系统和配置成控制该自动化叠层系统的控制器。该自动化树脂传送、沉积和浸渍系统构造成形成一个或更多个树脂浸渍纤维束。该自动化叠层系统与自动化树脂传送、沉积和浸渍系统直列构造，以接收一个或更多个树脂浸渍纤维束的直通。该自动化叠层系统包括联接到伸缩缸(extending cylinder)的至少一个导向辊、设置在该导向辊下游并构造成使一个或更多个经浸渍的纤维束粘附到衬底的表面上的至少一个压实辊、设置在该压实辊下游的至少一个辅助辊以及用以相对于衬底的表面定向导向辊、压实辊和辅助辊的定位和控制系统。该控制器配置成控制自动化叠层系统，并控制自动化叠层系统内的一个或更多个树脂浸渍纤维束的张力。

本公开内容的另一方面在于一种使用自动化直列制造系统制造复合部件的方法。该制造复合部件的方法包括：将树脂浸渍到一个或更多个纤维束中，以形成一个或更多个树脂浸渍纤维束的源(supply)；将一个或更多个树脂浸渍纤维束的源传送到构造成接收一个或更多个树脂浸渍纤维束的源的自动化直列叠层系统；将一个或更多个树脂浸渍纤维束的源定位在自动化叠层系统内以及压实辊的表面与衬底的表面之间，从而限定直通路径；将一个或更多个树脂浸渍纤维束的第一道叠层到衬底的表面上，其中压实辊提供用以使一个或更多个树脂浸渍纤维束粘附到衬底的表面上的力；将至少一个辅助辊定位在粘附在衬底的表面上的一个或更多个树脂浸渍纤维束的第一道的端部近侧；使至少一个压实辊从一个或更多个树脂浸渍纤维束缩回；使缸伸出以移动导向辊并在一个或更多个树脂浸渍纤维束的源中产生缓冲量；切割至少一个压实辊与至少一个辅助辊之间的一个或更多个树脂浸渍纤维的源；使自动化直列叠层系统绕竖直轴线旋转以将其定位以用于一个或更多个树脂浸渍纤维的源的后续道的叠层，而同时使至少一个辅助辊缩回到存储位置；将至少一个压实辊定位到一个或更多个树脂浸渍纤维的源上，以将一个或更多个树脂浸渍纤维的源粘附到以前粘附的一个或更多个树脂浸渍纤维的道上并形成附加道；移动自动化叠层系统直到一个或更多个树脂浸渍纤维束的源中的缓冲量被吸收并且一个或更多个树脂浸渍纤维束的源开始粘附到以前粘附的道上，其中由附加道的粘附部分提供的一个或更多个树脂浸渍纤维的源上的张力大于由缓冲量提供的低张力；以及重复前面的步骤以限定多个限定复合部件的道。该自动化叠层系统包括联接到伸缩缸的至少一个导向辊、设置在该导向辊下游的至少一个压实辊以及设置在该压实辊下游的至少一个辅助辊，至少一个压实辊和至少一个辅助辊构造成使一个或更多个树脂浸渍纤维束粘附到衬底的表面上，以及用以绕竖直轴线并相对于衬底的表面定向导向辊、压实辊和辅助辊的定位和控制系统。