[发明专利]形成纤维预制件以用于制造由复合材料制成的部件的系统和方法

说明书

本发明涉及形成纤维预制件以用于制造由复合材料制成的部件的系统和方法。本申请公开了一种制作预制件以用于制造由复合材料制成的部件的方法。该方法包括将纤维缝合到膜上，从而以二维形状形成纤维床；从纤维床移除膜；以及将纤维床调整为三维形状以形成预制件。

政府条款

本发明是在美国能源部授予的批准号DE-EE0009204下在政府支持下做出的。政府具有本发明中的某些权利。

引言

本节中提供的信息是出于总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可能不以其他方式被视为有资格作为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。

技术领域

本公开涉及用于形成纤维预制件以用于制造由复合材料制成的部件的系统和方法。

背景技术

复合材料用于建筑物、桥梁和结构（诸如，船体、游泳池面板、淋浴间、浴缸、储罐、水槽和台面板）。在汽车工业中，复合材料用于内饰部件、结构部件、车体底部部件和闭合零件。复合材料也用于航天器和航空器上的部件。

由复合材料制成的部件是由纤维预制件制造的，纤维预制件由纱线或纤维丝束（tow）构造并形成为三维（3D）形状。纤维预制件通常使用短纤维的3D铺设或3D织造工艺、3D编织工艺来制作。一个或多个纤维预制件被插入模具中，树脂被施加到（多个）纤维预制件，并且（多个）纤维预制件和树脂被模制成复合部件。

发明内容

本申请公开了一种制作预制件以用于制造由复合材料制成的部件的方法。在第一示例中，该方法包括：将纤维缝合到膜上，从而以二维形状形成纤维床；从纤维床移除膜；以及将纤维床调整为三维形状以形成预制件。

在一个方面中，该方法还包括：确定当纤维床从二维形状调整到三维形状时纤维变形的量；以及基于纤维变形量来确定以下各者中的至少一者：在纤维床的平面内纤维的取向、纤维床的每单位面积的纤维的数量、将纤维固定到膜的缝线的材料、纤维床的每单位面积的缝线（stitch）针次的数量、以及缝线针次中的一对相邻缝线针次之间的纤维的长度。

在一个方面中，该方法还包括：确定纤维床的第一区域，在该第一区域中，纤维变形量大于纤维床的第二区域中的纤维变形量；以及将纤维缝合到膜上，使得纤维床的第一区域中的纤维长度大于纤维床的第二区域中的纤维长度。

在一个方面中，该方法还包括：在将纤维缝合到膜上之前在纤维床的第一区域中将一块泡沫放置到膜上，以增加第一区域中的纤维长度。

在一个方面中，该方法还包括：确定纤维床的第一区域，在该第一区域中，纤维变形量大于纤维床的第二区域中的纤维变形量；在纤维床的第一区域中使用第一组缝线将纤维缝合到膜上；在纤维床的第二区域中使用第二组缝线将纤维缝合到膜上；以及在从纤维床移除膜之后且在将纤维床调整到三维形状之前，熔化纤维床的第一区域中的缝线。第一组中的缝线由第一材料制成，并且第二组中的缝线由第二材料制成，该第二材料的熔点高于第一材料。

在一个方面中，该方法还包括：确定纤维床的第一区域，在该第一区域中，纤维变形量大于纤维床的第二区域中的纤维变形量；在纤维床的第二区域中将纤维缝合到膜上；以及在纤维床的第一区域中不将纤维缝合到膜上。

在一个方面中，膜是水溶性的，并且该方法还包括通过使膜溶解来从纤维床移除膜。

在一个方面中，膜是纸张，并且该方法还包括通过撕除膜来从纤维床移除膜。

在制作预制件以用于制造由复合材料制成的部件的方法的第二示例中，该方法包括：将第一纤维缝合到第一膜上，从而以具有第一省道的第一二维形状形成第一纤维床；形成延伸跨越第一省道（dart）的系带；以及拉动系带以闭合第一省道并将第一纤维床调整为第一三维形状。

在一个方面中，该方法还包括使用第一纤维来形成系带。