[发明专利]复合成形设备、方法和系统

说明书

本发明涉及复合成形设备、方法和系统。该复合成形设备包括末端执行器以及联接至该末端执行器的成形特征。该末端执行器相对于成形工具移动该成形特征，以使复合层片在该成形工具的成形表面上的或者在该成形工具的成形表面上的先前成形的复合材料上成形。该复合成形设备还包括与成形特征接合的定位构件。该定位构件与成形特征之间的接合有利于该成形特征与复合层片之间的位置，以促进在成形工具的成形表面上均匀施加压紧力。

技术领域

本申请涉及制造复合部件，更特别地，涉及用于使复合部件成形的设备、方法、以及系统。

背景技术

经成形的复合结构通常被用于需要轻质和高强度的应用中，诸如用于飞行器和载具中。通常，这些应用利用必须被成形然后进行固化的轮廓化部件。复合结构，特别是相对较大的复合结构或具有复杂轮廓的复合结构的常规成形在进行固化之前需要大量的人工劳动。例如，复合纤维层片(ply)(例如，预浸渍纤维层片或干织物)是手动铺设在经定形的成形工具或心轴上的。然后，通常通过加热和加压来使该部件固化。最终所得的部件与成形工具的形状相匹配。然而，纤维层片的手工敷设是耗时且费力的。

一些已知的复合制造工艺尝试使成形操作的一部分自动化。作为示例，热片材垂帘(drape)成形工艺包括加热预浸渍纤维层片的层压堆(“复合装料(compositecharge)”)，并且使用真空袋或橡胶囊来迫使该层压堆围绕心轴。然而，这种方法在具有更复杂形状的厚层压件或结构上取得的成功是有限的。作为另一示例，可以将压紧机用于在制造期间将复合装料抵着工具表面压紧。然而，在使工具表面和最终所得的结构进行轮廓化时，这种方法通常需要在压紧之后进行补充的手工成形。因此，虽然这些方法可以有效地成形相对小而薄的复合结构或者具有相对简单形状的复合结构，但是当被应用于成形大的复合结构或者具有更复杂形状的复合结构时，它们可能是低效的。具体地，将复合材料成形为成形工具的复杂且难懂的轮廓可能是有挑战性的。

因此，本领域技术人员继续在复合制造领域，更特别是在相对大型和/或相对复杂的复合结构的制造领域进行研究和开发工作。

发明内容

公开了复合成形设备。

在一个示例中，公开了一种复合成形设备，该复合成形设备包括末端执行器以及联接至该末端执行器的成形特征。该成形特征相对于成形工具扫动以与复合层片接合，以使复合层片在当该成形工具的成形表面没有复合材料时的该成形表面以及当该成形工具的成形表面包括至少一个先前成形的层片时该成形表面上的至少一个先前成形的层片中的一者上成形。该复合成形设备还包括可与成形特征接合的定位构件。该定位构件与成形特征之间的接合有利于该成形特征与复合层片之间的位置，以促进在成形工具的成形表面上均匀施加压紧力。

在另一示例中，所公开的复合成形设备包括：末端执行器；成形特征，该成形特征联接至末端执行器，该成形特征相对于成形工具扫动以与复合层片接合，以使复合层片在该成形工具的成形表面以及在该成形工具的成形表面上的至少一个先前成形的层片中的一者上成形；以及定位构件，该定位构件可与成形特征接合，其中，该定位构件与成形特征之间的接合有利于该成形特征与复合层片之间的位置。

还公开了用于使复合部件成形的方法。

在一个示例中，所公开的用于使复合部件成形的方法包括以下步骤：在成形工具的成形表面上施加复合材料的至少一个层片。所述方法还包括以下步骤：将定位构件定位成与成形特征接合。所述方法还包括以下步骤：在定位步骤之后，利用成形特征使复合材料的所述至少一个层片在成形工具的成形表面和/或在前成形的基底层片上成形。

还公开了用于在工具上操纵复合材料的方法。

在一个示例中，所公开的用于在工具上操纵复合材料的方法包括以下步骤：将定位构件定位成与成形特征接合，以操纵该成形特征的位置。所述方法还包括以下步骤：将成形特征移动成与复合材料接合。

还公开了复合成形系统。