用于制造纤维复合网格结构的装置、系统、和方法

专利名称：用于制造纤维复合网格结构的装置、系统、和方法
用于制造纤维复合网格结构的装置、系统、和方法 相关申请的交叉参考本申请要求由DavidW. Jensen等人于2005年8月16日提交的名称为 "用于制造纤维缠绕网格结构的装置、系统、和方法"的美国临时专利申请 号60/708,558的权益，该申请通过引证结合在此。发明背景 发明领域本发明涉及纤维复合网格结构的制造，更具体地说涉及利用一个织造 部件、 一个形状定义部件、以及一种固化组分的复合网格结构的自动化制造。相关技术描述在民用、机械、和航空领域中寻求构造上有效的结构是一种不断的追 求。 一个高效的桁架结构是具有一个高的强度重量比和/或者一个高的刚度 重量比的结构。 一个高效的街架结构也可描述为是一种相对便宜、易于生 产和组装、并且不浪费材料的结构。先进的复合结构已经在许多类型的应用中得到使用以创建构造上有 效的结构。某些此类复合结构已经用于创建具有增强的单位质量负荷能力 并且能够承受多重负载的结构构件。这些复合结构的一个实例是在一个网 格结构中附装多重的、直构件的一种纤维复合结构，例如IsoTruss。这些纤維复合网格结构可以在多平面弯曲、压曲、轴向加载、以及组 合载重和扭矩应用中提供出色的重量性能比，并且因此很有价值。然而， 利用现有的方法制造这些结构是劳工密集的、耗时的、并且昂贵的。造纤维复合网格结构的一种装 置、系统、和方法的需求。有利地，这样一种装置、系统、和方法会使制 造纤维复合网格结构的过程自动化并减少与现有的制造这样结构的方法 相关的成本。发明概述本发明是针对于目前的技术发展水平的要求而开发的，并且特别针对 于那些通过当前可供利用的制造纤维复合网格结构的方法的技术仍未能完全解决的问题和需求。因此，本发明的开发提供了克服本领域中上述讨 论的很多或全部缺点的、用于制造纤维复合网格结构的一种装置、系统、 和方法。制造纤维复合网格结构的装置配备有多个模块，这些模块被配置为用 于在功能上执行织造纤维复合网格结构、限定该纤维复合网格结构的形 状、以及从一个织造机构传送该纤维复合网格结构到一个形状保持结构的 必要步骤。在描述的实施例中这些模块包括配置为用于在一个网格结构中 将纤维定位的一个织造机构、配置为将这些纤维保持在网格结构中的 一个形状保持结构、以及配置为用于从该织造机构将纤维传输到该形状保持结 构的一个传送装置。在一个实施例中，该装置进一步包括配置为用于使树脂固化在保持在 该形状保持结构中的纤维上的一个固化装置。在另一个实施例中，该装置 进一步包括配置为用于将树脂涂敷到纤维复合网格结构中的纤维上的一 个树脂浸渍装置。在一个进一步的实施例中，该装置包括配置为用于向纤 维复合网格结构施加一个轴向力的一个牵引装置。在一个实施例中，该装置的织造机构包括多个角齿轮，这些角齿轮被 配置为用于移动一个携带跨越该织造机构表面的纤维的绕线管。在一个进 一步的实施例中，在该多个角齿轮中的一个或多个是由相邻的一个或多个 角齿轮上的一个正齿轮来驱动，这样附装在多个角齿轮之一上的一个电机驱动该多个角齿轮。在另一个实施例中，通过一个单独的电机驱动该多个 角齿轮中的一个或多个。在一个实施例中，该装置的织造机构进一步包括一个或多个开关，这 些开关配置为用于将绕线管从该多个角齿轮中的 一个传输到该多个角齿 轮中的临近的一个上。在另一个实施例中，该多个角齿轮中的一个或多个 进一步包括一个开孔，该开孔配置为允许一个纤维穿过其中。在又一个实 施例中，该多个角齿轮中的一个或多个进一步包括一个齿轮组件，该组件 配置为从该织造机构上单独地移除。同样提出本发明的 一个用于制造纤维复合网格结构的系统。该系统可 以实施为一个织造机构、 一个形状保持结构、和一个控制模块。特别地， 在一个实施例中，该系统包括配置为用于将纤维定位在一个网格结构中的 一个织造机构、配置为利用一个或多个附着机构将纤维保持在网格结构中 的一个形状保持结构、以及配置为控制该织造机构并引导纤维在网格结构 中定位的一个控制模块。在一个实施例中，在系统中的一个或多个附着机构可以进一步包括一 个或多个钩子，该钩子配置为用于将网格结构保持在一个希望的构形中。 在另一个实施例中，该一个或多个附着机构包括一个或多个伺月良机构，它 们配置为用于网格结构保持在一个希望的构形中。在一个实施例中，该一个或多个附着机构的相对位置是可变的，这样 在由系统制造的一个纤维复合网格结构中的一个间隔长度是可调整的。在 另一个实施例中，该一个或多个附着机构的相对位置是可变的，这样由系 统制造的一个纤维复合网格结构的直径是可调整的。在一个实施例中，该系统包括一个或多个附着机构，当该系统制造一 个纤维复合网格结构时该附着机构相对于织造机构移动从而连续地制造 该纤维复合网格结构。在另一个实施例中，该形状保持结构是弯曲的这样 由系统制造的纤维复合网格结构是弯曲的。同样提出本发明的 一个用于制造纤维复合网格结构的方法。在公开的的功能所必需的步骤。在一个实施例中，该方法包括由一个织造机构使纤 维定位以构成一个网格结构、在组装的网格结构中将纤维传输到 一个形状 保持结构、和在形状定义部件中约束该已组装的网格结构的几何形状。在一个进一步的实施例中，该方法包括在组装的网格结构中使树脂固 化。在另一个实施例中，该方法可以包括利用一个牵引装置拉紧这些纤维。贯穿本说明书所提及的特征、优点、或相似的语言并不暗示利用本发 明可以实现的所有这些特征和优点应该是或就是在本发明的任何单独的 实施例中。相反，提及这些特征和优点的语言应理解为表示为对于一个实 施例所描述的一个确切的特征、优点、或特性是包含在本发明的至少一个 实施例中。因此，贯穿本说明书的这些特征和优点、以及相似语言的讨论 可以，^旦并非必须，涉及同一实施例。另外，所描述的本发明的特征、优点、和特性可以按任何适合的方式 结合在一个或多个实施例中。相关领域熟练的技术人员应该认识到本发明 的实施可以没有一个特定实施例的一个或多个特定的特征或优点也可以。 在其他情况下，在某些实施例中可能认出附加的特征和优点，它们也许不 存在于本发明的所有实施例中。本发明的这些特征和优点在下面的描述和附着的权利要求中将会变 得更加清晰，或者可以通过实施以下给出的本发明而领会。附图简述为使本发明的优点易于理解，将参考在附图中展示的特定实施例来提 供以上简述的本发明的一个更加具体的描述。应理解这些附图仅仅描述了 本发明典型的实施例并因此不得理解为是对本发明范围的限制，通过利用附图将会用额外的详情和细节来描述和解释本发明，其中

图1 M示根据本发明的用于制造纤维复合网格结构的系统的一个实 施例的示意性框图；图2 l艮示根据本发明的用于制造纤维复合网格结构的装置的一个实 施例的侧视图；图3是展示根据本发明的织造机构装置的一个实施例的正视图；图4是展示根据本发明的织造机构的一个实施例的正视图；图5 M示根据本发明的齿轮组件装置的一个实施例的剖面侧视图； 图6是展示根据本发明的绕线管携带装置的一个实施例的侧视图；图7是展示根据本发明的形状保持结构装置的一个实施例的侧视图； 图8是展示根据本发明的转换装置的一个实施例的侧视图；以及图9是展示根据本发明的纤维复合网格结构制造方法的一个实施例的 示意性流程图。发明详述为更加突出地强调功能单元的实施独立性，本说明书中描述的许多功 能单元已经标注为模块。例如， 一个模块可以实施为一个或多个机械部件 的组件，包括惯用VLSI电路或门阵列的一个硬件电路，诸如逻辑芯片、 晶体管、或其他分立元件的现成半导体器件。 一个模块也可以实施于可编 程^/f牛装置中，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装 置或类似物。模块也可在由各种类型的处理器执行的软件中实施。例如， 一个可执 行代码的已识别的模块可以包括一个或多个物理的或逻辑的机器指令块， 例如，它们可以组合为一个目的、过程、或功能。尽管如此， 一个已识别 的模块的多个可执行部分不必物理上地放在一起，而是可以包括存储在不 同位置的相异的指令，当在逻辑上联合到一起时，这些指令就构成了该模 块并实现为该模块设定的目的。的确，可执行代码的一个模块可以是一个单独的指令，或者是许多指 令，并且甚至可以在几个不同的代码^爻中、在不同的程序之间、以及i 争越 几个存储装置而分布。类似地，在模块中可以识别和展示可操作的数据， 并它们能够以任何合适的形式来实现以及在任何合适的数据结构类型中 进行组织。可操作数据可以作为一个单独的数据集来收集，或者可以分布在包含不同的存储装置的不同位置上，并且可以至少部分地在一个系统或 网络中仅仅作为电信号存在。贯穿本说明书所提及的"一个实施例"、"一种实施例"、或者相似的语 言是指与该实施例相关而描述的一个特定的特征、结构、或特性是包括在 本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书出现的短语"在一个实施 例中"、"在一种实施例中"、以及相似的语言可以，但并非必须，全都涉及 同一个实施例。涉及的信号承载介质可以具有任何在一个数字处理装置上能够产生 信号、导致信号生成、或促使执行可用计算机处理的指令程序的形式。一 个信号承载介质可以实现为一根传输线、 一个光盘、数字视频盘、 一个磁带、 一个Bernoulli驱动器、 一张^磁盘、 一个穿孔卡、闪存、集成电i 各、或 者其他数字处理装置的存储装置。另外，所描述的本发明的特征、结构、或特性可以任何合适的方式结 合在一个或多个实施例中。在下面的描述中，提供很多具体的细节，例如 程序设计、软件模块、用户选择、网络业务、数据库查询、数据库结构、 硬件模块、硬件电路、硬件芯片等等，以此提供一个对本发明诸实施例的 透彻的理解。然而，相关领域熟练的技术人员应该认识到实施本发明可以 不利用该具体细节的一个或多个，或者用其他的方法、组件、材料等等。 在其他情况下，未示出或详述一些众所周知的结构、材料、或操作以避免 混淆了本发明的重要方面。一个复杂的复合结构的制造的一些基本特征在2004年12月9日公开 的美国专利公开号No.US2004/0247866Al中予以描述，该文件通过引用 结合在本文中。图1展示用于制造一个网格结构的一个系统100。在一个实施例中， 该系统100可以包括一个网格结构制造装置102、 一个织造机构104、 一 个转换装置106、 一个形状保持结构108、 一个树脂浸渍装置110、 一个固 化装置112、 一个牵引装置114、以及一个控制模块116。该系统110从纤 维制造一个网格结构。在一个实施例中，网才各结构制造装置102包括一个织造机构104、 一 个转换装置106、 一个形状保持结构108、 一个树脂浸渍装置110、 一个固 化装置112、以及一个牵引装置114。该织造才几构104引导组成该网格结 构的多根纤维的相对位置。在一个实施例中，该织造机构104可织造多根 纤维。在另一个实施例中，该织造机构104可以编结多根纤维。在又一个 实施例中，该织造机构104可以将一根或多跟纤维相互缠绕。
本领域的技术人员应该认识到，该织造机构104的各种构造应认为是 在本发明的范围之内。例如，在一个实施例中，该织造机构104可以在网 格结构的接合点上使纤维交织，这些接合点可以比非交织的接合点更坚固 和耐用。在另一个实施例中，该织造机构104可以围绕网格结构的直元件 缠绕纤维以帮助加固纤维。在又一个实施例中，该织造机构104可以有能 力将纤维安排到多个网格构造中，例如IsoTrusses、矩形网格结构桁架、 扁平网4各结构面板、以及类似物。
在一个实施例中，转换装置106将来自织造机构104的纤维引导到形 状保持结构108上。该转换装置106可以包括多个钩子、扣钩、引导件、 或者类似物。该转换装置106用以确保纤维恰当地转换到一个正确的几何 形状之中。
在一个实施例中，形状保持结构108从转换装置106接收纤维并以恰 当的形状为网格结构保持这些纤维。该形状保持结构108约束网格结构的 几何形状并在结构的固化过程中维持该几何形状。该形状保持结构108可 以构形为在一个网格结构形成时连续地操作，释放已经固化的结构部分， 并从转换装置106接收另外的未固化的网格结构部分。在一个实施例中， 该形状保持结构108可以包括多个钩子、扣钩、夹子、或者类似物，它们 保持在一个框架中的并且连接到网格结构上。
本领域的技术人员应该认识到形状保持结构108的多种构造应认为是 在本发明范围之内。例如，在一个实施例中，该形状保持结构108可以包 括一个心轴。在另一个实施例中，该形状保持结构108可以包括一个整体 的转换装置106。在另一个实施例中，该形状保持结构108可以包括约束 网格结构的几何形状的多个机器臂。在又一个实施例中，该形状保持结构108可以包括一个框架，该框架具有一个可变几何形状，这样可使网格结 构弯曲。
树脂浸渍装置110在网格结构中的纤维上涂敷树脂。该树脂稍后被固 化并作为一个基质将纤维保持在位置上。在一个实施例中，该树脂浸渍装 置110将树脂喷洒到保持在形状保持结构108中的纤维上。
在另一个实施例中，树脂浸渍装置110在织造机构104中的纤维上涂 敷树脂。在又一个实施例中，该树脂浸渍装置将树脂涂敷到在转换装置106 中的纤维上。在另一个实施例中，用树脂预先浸渍纤维(预浸)并且不包 括树脂浸渍装置110。在一个实施例中，固化装置112使由形状保持结构 108保持的网格机构中的树脂固化。该固化装置112可以在网格结构进行 组装时连续地固化网格结构中的树脂。在一个实施例中，该固化装置112 可以包括一个热固化装置。
正如本领域的技术人员所能认识到，可以实施固化装置112的多种类 型和构造而不偏离本发明的范围和精神。例如，在一个实施例中，该固化 装置112可以使用一种微波固化装置。在另一实施例中，该固化装置112 可以使用一种紫外线(UV)固化装置。在又一个实施例中，该固化装置 112可以在网格结构中使树脂全面地固化。在另一个实施例中，该固化装
在一个实施例中，牵引装置114在网格结构上施加一个轴向力。该轴 向力可以通过网格结构转移到织造机构104中的纤维上。随着该结构逐步 地进行组装，通过该牵引装置114生成的轴向力从网格结构制造装置102 中将网格结构拉出，并在组装网格结构时在纤维上保持适当的张力。在一 个实施例中，该牵引装置114包括带有连接到网格结构的一根缆绳的一个 电才几驱动绞盘。
本领域的技术人员应该认识到可以实施牵引装置112的多种类型和构 造而不偏离本发明范围和精神。例如，在一个实施例中，该牵引装置112 包括附加到与网格结构连接的缆绳上的一个配重。在另一个实施例中，该 牵引装置112包括由形状保持结构108施加的并施加到网格结构上的张 力。在一个实施例中，控制模块116提供对网格结构制造装置102的各种 部件的控制。该控制模块116可以包括一个配置在软件代码中的计算装置 以便控制织造机构104、转换装置106，形状保持结构108、树脂浸渍装置 110、固化装置112、和/或者牵引装置114的运动和动作。在一个实施例 中，该控制模块116可以配置为允许一个用户选择或设计一个网格结构的 几何形状、调整网格结构制造装置102的部件以创建该结构、并且在创建 所希望的结构时控制该网格结构制造装置102的部件的动作。
图2展示了制造纤维复合网格结构的一个装置200的一个实施例的侧 视图。该装置200可以包括一个织造机构104、 一个转换装置106、 一个 形状保持结构108、 一个固化装置112、以及一个牵引装置114。同样展示 了多根纤维202和一个网格结构204。该装置200用纤维织造一个网格结 构。织造机构104、转换装置106、形状保持结构108、固化装置112、以 及牵引装置114在功能上相似于以上对于图1讨论的相同编号的要件。
在一个实施例中，多根纤维202包括由装置200构成网格结构的纤维。 这些纤维202可以是任何用来制作复合结构的纤维，例如碳、芳族聚酰胺、 玻璃纤维，或类似物。在一个实施例中，这些纤维202在进入装置200之 前浸渍了树脂。在另一个实施例中，该纤维202在进入装置200之前不浸
渍树脂。
网格结构204通过装置200从多个纤维202构成。在一个实施例中， 该网格结构204可以是一个IsoTruss结构。在另 一个实施例中，该网格结 构204可以是一个具有矩形横截面的网格结构街架。在又一个实施例中， 该网格结构204可以是一个扁平网4各结构面板。在另一个实施例中该，网 格结构204可以是一个弯曲的网格结构。在另一个实施例中，该网格结构 204可以是一个有锥度的网格结构。
图3展示了一个织造机构300的实施例的一个前视图。该织造机构300 包括多个角齿轮(horngear) 302、以及一个或多个绕线管承载件304。该 织造机构300在跨越织造机构300面的一个路径上传送一个或多个绕线管 承载件304,以便将纤维定位在一个网格结构中。本领域的技术人员会认识到，包括任何数量的角齿轮302和以任何形状进 行安排的织造机构300的变体均应认为是在本发明范围和精神之内。图1 展示了一个织造机构300包括16个安排在一个正方形面板中的角齿轮 302。在另一个实施例中，织造机构300可以包括几百个角齿轮302。在另 一个实施例中，这些角齿轮302可以安排在跨越织造机构300的面的一个
圆圏中。
在一个实施例中，多个角齿轮302各自包括一个或多个槽口 306、 一 个开孔308、以及一个旋转轴310。每个角齿轮302围绕其旋转轴310旋 转并可以在一个槽口 306中携带一个绕线管承载件304。 一个角齿轮302 可以将一个绕线管承载件304传送到一个临近的角齿轮302。 一个绕线管 承载件304的传送可以响应于具有对准的槽口 306的两个角齿轮302以及 一个开关(未示出)方向而发生。通过这些传送， 一个绕线管承载件304 可以沿着一条跨越织造机构300的表面的路径而行进。
相邻的角齿轮302相同的速率旋转，但是在相反的方向。在另一个实施例 中，每个角齿轮302的旋转是独立控制的。该多个角齿轮302可以由一个 或多个电机驱动。
该多个角齿轮302可各自包括在旋转轴线310上的一个开孔308。 一 根或多根纤维可以穿过该开孔308然后结合到网格结构之中。在一个实施 例中，穿过开孔308的纤维构成了网格结构的纵向构件。穿过开孔308的 纤维可以通过网格结构的前进通过开孔308被拉动。
在一个实施例中，该一个或多个绕线管承载件304在它们穿过织造机 构300时各自可以携带一个纤维绕线管。纤维可以从该绕线管拉出并通过 绕线管承载件304的运动和网格结构的前进而安排进入网格结构。当绕线 管承载件304跨织造机构300移过时，纤维可以被编结、织造、和/或者彼 此缠绕。
图4展示了 一个织造机构400的实施例的一个正视图。该织造机构400 包括多个角齿轮302、 一个或多个绕线管承载件304、和一个或多个开关402。该织造机构400在跨越织造机构400的面的一个路径上传送该一个 或多个绕线管承载件304,以便将纤维定位到一个网格结构中。
在一个实施例中，该多个角齿轮302和该一个或多个绕线管承载件304 优选地配置为与以上关于图3说明的相似编号的部件类似的方式。该一个 或多个开关402在角齿轮302之间引导绕线管承载件304的传输。在一个 实施例中，这些开关402位于角齿轮302之间的界面处。
在一个实施例中，该一个或多个开关402包括一个可变几何形状的引 导件，它在一个传送状态和一个连续状态之间进行切换。在传送状态中横 穿一个开关402的绕线管承载件304被传送到相邻的角齿轮302。在连续 状态中横穿一个开关402的绕线管承载件304继续在它当前的角齿轮302 上行进。
该一个或多个开关402可以由一个螺线管在一个传送状态和一个连续 状态之间进行切换。在另一个实施例中，该一个或多个开关402可以由一 个电机进行切换。在另一个实施例中，该一个或多个开关402可以气动地 进行切换。
图5展示了 一个齿轮组件500的一个实施例的侧视截面图。该齿轮组 件500包括一个角齿轮302、 一个织造机构表面502、 一根轴504、以及一 个驱动齿轮506。该齿轮组件500控制在织造机构中的角齿轮302的旋转。
在一个实施例中，角齿4仑302包4舌一个开孔308和一个旋转轴310。 该角齿轮302、开孔308和旋转轴310优选地配置为与以上关于图3说明 的相似编号的部件类似的方式。该角齿轮302围绕旋转轴310旋转并且可 以跨越织造机构300携带一个或多个绕线管承载件304。
在一个实施例中，织造机构表面502为绕线管承载件提供了进行滑动 的表面。在一个实施例中，将该织造机构表面502被分割成段以便每个齿 轮组件500可以从织造机构移除以便养护和修理。该齿轮组件500可以滑 向角齿轮302以便移除。在另一个实施例中，齿轮组件500可以滑向驱动 齿轮506以便移除。在又一个实施例中，分段的织造机构表面502可以通 过一个紧固件可移除地附装到相邻的织造机构表面502上。在一个实施例中，轴504可以附装到角齿轮302上并同该角齿轮302 共享一个旋转轴310。该轴504将来自驱动齿轮506的动作转移到角齿轮 302上。在另一个实施例中，该轴504是中空的并且^是供一个开孔308。 用于构成网格结构的纤维可以穿过该开孔308。该轴504可以由足够坚固 的和刚性的任何材料制成，以便将来自驱动齿轮506的力传送到该角齿轮 302上，例如钢、铝、合金、塑胶、复合物、或者类似物。
在一个实施例中，驱动齿4仑506可以附装到轴504上并同该轴504和 角齿轮302共享一个旋转轴。该驱动齿轮506可以是在相邻的齿轮组件500 中同相邻的驱动齿4仑506相啮合的一个正齿4仑。该驱动齿4仑506可以由一 个相邻的驱动齿轮506来驱动。该驱动齿4仑506可以驱动一个相邻的驱动 齿寿仑506。驱动齿4仑506向4仑轴504传送旋转动作以i"更驱动角齿轮302。 该驱动齿4仑506可以由〗壬何足够坚固的、刚性的、和耐用的材料制成，以 便传送旋转动作，例如钢、铝、合金、塑胶、合成物、或者类似物。
本领域的技术人员应该认识到，可以使用驱动齿轮506的多种构造而 不偏离本发明范围和精神。例如，在一个实施例中，该驱动齿轮506可以 由一个电机独立地驱动。在另 一个实施例中，该驱动齿轮506可以通过一 个皮带驱动。
图6展示了一个绕线管承载件600的一个实施例的侧视图。该绕线管 承载件600包括一个绕线管602、 一个角齿轮界面口 604、以及一个轨道 引导件606。该绕线管承载件600由角齿轮302跨越一个织造机构表面502 来传送并且在从绕线管602拉出纤维以制作网格结构时携带一个纤维绕线管。
在一个实施例中，绕线管602缠绕了从绕线管402中拉出的一根单股 纤维。该绕线管602可以从绕线管承载件600中移除。在另一个实施例中， 该绕线管602与绕线管承载件600 —体化。在另 一实施例中，该绕线管602 携带了多于一股的纤维。
在一个实施例中，角齿轮界面604具有与织造机构中一个角齿轮302 上的槽口相匹配的形状。当绕线管承载件300移动时角齿轮界面604允许 绕线管承载件300安全地停留在一个旋转的角齿轮302中。在一个实施例，允许在一个角齿轮302的槽 口中的任何旋转定向。在另一实施例中，该角齿轮界面604可以有一个成 形的截面，允许在一个角齿轮302中的槽口中特定的旋转定向。
在一个实施例中，轨道引导件606同织造机构面502上的一个轨道交 界并引导绕线管承载件600的动作。该轨道引导件606可以同一个开关相 互作用以控制绕线管承载件在角齿轮之间的传输。
图7展示了 一个形状保持结构700的一个实施例。该形状保持结构700 包括一个框架702和一个或多个附着机构704。该形状保持结构700约束 一个固化网格结构706的几何形状。
在一个实施例中，框架702可以为一个或多个附着机构704提供一个 基座。当网格结构706进行组装时该框架702可以保持静止并且允许一个 或多个附着机构704随着网格结构706行进。在一个体代实施例中，当组 装网格结构时该框架702可以随着该网格结构706行进。在一个实施例中， 该框架702可以包括围绕网格结构706安排的一个或多个轨道。
本领域的技术人员应该认识到，可以实施框架702的多种类型和构造 而不偏离本发明范围和精神。例如，在一个实施例中，该框架702可以包 括环绕网;f各结构706的一个或多个环。在另一个实施例中，该框架702可 以包括围绕网格结构706安排的一个或多个轨道。在另一个实施例中，该 框架702可以包括一个基座，其上安装了用于控制一个或多个附着机构704 的致动器。
在一个实施例中，该框架702是可调的，这样网^f各结构706的一个直 径708可以改变。在另一个实施例中，该框架702是可调的，这样网格结 构706的一个间隔长度710可以改变。在另一实施例中，在组装网格结构 706的过程中可以改变直径708和/或间隔长度710。
在另一个实施例中，该框架702是可调的，这样网格结构706可以保 持在一个弯曲或弧形的位置。在另一个实施例中，该框架702可以配置为 将一个网格结构706保持在一个iso-truss构形中。在另 一实施例中，该框 架702可以配置为将一个网格结构706保持为 一个扁平板的构形。在另一实施例中，该框架702可以配置为将一个网格结构706保持在一个矩形截 面的构形中。
该一个或多个附着机构704附装在网格结构706上并且约束该网格结 构706的几何形状。在固化过程中保持网格结构706的形状。在一个实施 例中，该一个或多个附着机构704是连接到框架702上的多个钩子。
本领域的技术人员应该认识到，可以实施一个或多个附着才几构704的 各种类型和构造而不偏离本发明范围和精神。例如，在一个实施例中，该 一个或多个附着^f几构704可以包括一个夹持才几构。在另一实施例中，该一 个或多个附着机构704可以包括一个几何形状可变的机构，它允许对网格 结构706的约束和释放。在另一实施例中，该一个或多个附着机构704可 以包括一个或多个带有可控伺服机构的机器臂。
在另一实施例中，该一个或多个附着机构704是可调的，这样网格结 构706的直径708可以改变。在另 一实施例中，该一个或多个附着才几构704 是可调的，这样网格结构706的间隔长度710可以改变。在另一个实施例 中，在组装一个网格结构706的过程中可以改变该直径708和/或者间隔长 度710。
在一个实施例中，形状保持结构700可以充当一个牵引装置。该形状 保持结构700在制造过程可以在纤维上提供张力。该形状保持结构700也 可以从绕线管中拉出并纤维并且在组装网格结构706时将网格结构706从 织造纟几构移开。
图8展示了 一个转换装置800的一个实施例的侧视图。该转换装置800 包括一个或多个传递轮802。该转换装置800将来自织造机构104的纤维 引导到形状保持结构108上。
该一个或多个传递4仑802各自可以包4舌一个4仑轴804和一个或多个钩 子806。在一个实施例中，该轮轴802旋转并为该一个或多个钩子806提 供一个附着点。在一个实施例中，当轮轴804旋转时该一个或多个钩子806 勾住来自织造机构104的纤维。该一个或多个钩子806可以在预定的方向上将纤维携带到形状保持结构108上。在一个实施例中，该一个或多个钩
子806可以响应形状保持结构108与纤维的接触而释放这些纤维。
本领域的技术人员应该认识到，可以使用转换装置800的不种类型和 构造而不偏离本发明的范围和精神。例如，在一个实施例中，该转换装置 800可以包括一个或多个伺服驱动的致动器，该致动器配置为与纤维接合 并将它们传递给形状保持结构108。在另一个实施例中，该转换装置800 可以包括一个四杆连接，它配置为将在预定路径上来自织造机构104的纤 维携带到形状保持结构108。
接下来的示意性流程图总体上是作为逻辑流程图来陈述。这样，描述 的次序和标记的步骤表明了本发明的一个实施例。可以考虑其他的步骤和 方法，它们在功能、逻辑、或者效果上等同于所展示方法的一个或多个步 骤、或它们的多个部分。此外，所采用的格式和符号是提供用以解释该方 法的逻辑步骤并应理解为并非限制本发明的范围。尽管在流程图中采用各 种箭头类型和线类型，但它们应理解为并非限制相应方法的范围。当然， 一些箭头和其他连接符可能用于仅^5l表明该方法的逻辑流程。例如， 一个 箭头可以表明在所描述方法中列举的步骤之间的未指明期限的等待或者 监控期。此外， 一个特定方法发生的次序可能或者可能不严格地遵从所示 相应步骤的次序。
图9展示了一个用于制造网格结构的方法900。首先，在902，纤维 束安排在制造装置中。在选择的诸实施例中，纤维可以在一个角齿轮302 中穿过一个开孔308,或者放置在绕线管承载件304上的一个绕线管602 上。这些纤维所希望的安排可以由有待制作的网格结构来决定。
下一步，在904,将纤维附装到牵引装置。可以将纤维捆绑到牵引装 置。在另一个实施例中，通过紧固件将纤维附装到牵引装置。
下一步，在906，通过牵引装置拉紧纤维。由牵引装置施加的张力使 这些纤维保持在位。该张力也可以拉动纤维通过该装置。在另一个实施例 中，该张力拉动组装的网格结构通过该装置。下一步，在908,这些纤维由织造机构定位。纤维可以由织造机构并排安 排、围绕其他纤维缠绕、织造在一起、和/或者编结在一起。纤维的定位可 由织造机构来控制以便将纤维以希望的构造进行安排以构成 一 个网格结 构。
下一步，在910，组装的网格结构转移到一个形状保持结构上。该网 格结构可以放置到引导件和/或者附着机构704上。
下一步，在912，由形状保持结构约束网格结构的几何形状。当该网 格结构柔软时，该形状保持结构以希望的形状和构造来保持网4各结构。形 状保持结构也可以拉紧这些纤维。
下一步，在914，固化网格结构中的树脂。通过固化过程使得保持在 形状保持结构中的柔性结构变坚硬。可以通过一个热加工、 一个微波加工、 一个紫外线加工，或者类似方法使树脂固化。在一个实施例中，可以使树 脂在形状保持结构中整全固化。在另一个实施例中，可以使树脂在形状保 持结构中部分地固化。
下一步，在916,该网格结构从形状保持结构中释出。可以通过一个 或多个可变的几何形状的附着机构704的作用来释放该结构。在另一个实 施例中，可以通过释放在一个或多个附着机构704上的张力来释力文该结构。
本发明可以在其他一些特定的形式中实施而不偏离它的精神和必要 特征。所描述的诸实施例在所有的方面应被认为仅仅是示例性的而并非限 制性的。因此，本发明的范围是由附属权利要求而不是由以上描述来指明。 所有出现在权利要求等同物的范围和含意之内的变化都应包含在它们的 范围之内。
权利要求
1.一种制造纤维复合网格结构的装置，该装置包括配置为在一个网格结构中使纤维定位的一种织造机构，该织造机构包括一个或多个绕线管，该一个或多个绕线管各自配置为用于携带纤维；以及多个角齿轮，这些角齿轮配置为跨越该织造机构的面来移动该一个或多个绕线管，以便控制由该一个或多个绕线管携带的纤维在该网格结构中的位置；以及一个形状保持结构，该形状保持结构配置为在网格结构中保持这些纤维直至该网格结构固化到一种刚性状态。
2. 权利要求l所述的装置，进一步包括一个固化装置，该装置配置为 使保持在该形状保持结构中的这些纤维上的树脂固化。
3. 权利要求l所述的装置，进一步包括一个树脂浸渍装置，该装置配 置为将 一种树脂涂敷到在该纤维复合网格结构中的这些纤维上。
4. 权利要求l所述的装置，进一步包括一个牵引装置，该装置配置为 将一个轴向力施加到该纤维复合网格结构上。
5. 权利要求l所述的装置，其中该多个角齿轮中的一个或多个是由该 多个角齿轮中的一个相邻的一个或多个角齿轮上的一个正齿轮来驱动，这 样附装到该多个角齿轮之一的一个电机驱动该多个角齿轮。
6. 权利要求l所述的装置，其中该多个角齿轮中的一个或多个是由一 个单独的电机来驱动。
7. 权利要求l所述的装置，其中该织造机构进一步包括一个或多个开 关，该开关配置为将该绕线管从该多个角齿轮之一传送到该多个角齿轮中 的临近的一个。
8. 权利要求l所述的装置，其中该多个角齿轮中的一个或多个进一步 包括一个开孔，该开孔配置为允许一根纤维穿过其中。
9. 权利要求l所述的装置，其中该多个角齿轮中的一个或多个进一步 包括一个齿轮组件，该组件配置为从该织造机构独立地移除。
10. 权利要求1所述的装置，进一步包括一个转换装置，该转换装置 配置为将这些纤维从该织造机构传送到该形状保持结构上。
11. 一个制造纤维复合网格结构的系统，该系统包括 一个配置为将纤维定位在一个网格结构中的织造机构，该织造机构包括一个或多个绕线管，该一个或多个绕线管各自配置为用于携带纤维； 以及多个角齿轮，这些角齿轮配置为跨越该织造机构的面来移动该一个或 多个绕线管，以便控制由该一个或多个绕线管携带的纤维在该网;f各结构中 的位置；一个形状保持结构，该结构配置为利用一个或多个附着机构将这些纤 维保持在一个网格结构中；以及一个控制模块，该模块配置为控制该织造机构并引导这些纤维在该网 格结构中的定位。
12. 权利要求ll所述的系统，其中该一个或多个附着机构包括一个或多个钩子，该钩子配置为以一个希望的构形来保持该网格结构。
13. 权利要求ll所述的系统，其中该一个或多个附着机构包括一个或 多个伺服机构，该机构配置为以一个希望的构形来保持该网格结构。
14. 权利要求ll所述的系统，其中该一个或多个附着机构的相对位置是可变的，这样在由该系统制造的一个纤维复合网格结构中的一个间隔长 度是可调的。
15. 权利要求ll所述的系统，其中该一个或多个附着机构的相对位置是可变的，这样由该系统制造的一个纤维复合网格结构的一个直径是可调的。
16. 权利要求ll所述的系统，其中当该系统制造一个纤维复合网格结 构时该一个或多个附着机构相对于该织造机构而移动以便连续地制造该 纤维复合网格结构。
17. 权利要求ll所述的系统，其中该形状保持结构是弯曲的，这样由 该系统制造的该纤维复合网格结构是弯曲的。
18. —种制造纤维复合网格结构的方法，该方法包括将纤维定位以便利用一个织造机构来形成一个网格结构，该织造机构 配置为将纤维定位在一个网格结构中，该织造机构包括一个或多个绕线管，该一个或多个绕线管各自配置为携带纤维；以及多个角齿轮，这些角齿轮配置为跨越该织造机构的面来移动该一个或 多个绕线管，以便控制由该一个或多个绕线管携带的纤维在该网格结构中 的4立置；以及在该形状定义组件中约束该组装的网格结构的几何形状。
19. 权利要求17所述的方法，其中该方法进一步包括在该组装的网格 结构中使树脂固化。
20. 权利要求17所述的方法，进一步包括利用一个牵引装置拉紧这些 纤维。
全文摘要
公开了一种用于复合网格结构制造的装置、系统、和方法，包括配置为在一个网格结构中使纤维定位的一个织造机构104和配置为在该网格机构中保持纤维形状的一个形状保持结构108。该织造机构104包括一个或多个绕线管304，该一个或多个绕线管304各自配置为用于携带纤维。该织造机构104包括多个角齿轮302，它们配置为跨越该织造机构104的表面移动该一个或多个绕线管以控制纤维在网格结构中的位置。有益地，这样一种装置、系统、和方法会使纤维复合网格结构的制造过程自动化并减少与现有的制造这类结构的方法相关的成本。
文档编号B65H81/00GK101583552SQ200680028036
公开日2009年11月18日 申请日期2006年8月16日 优先权日2005年8月16日
发明者伊夫·佩特, 博伊德·盖尼尔, 史蒂夫·汉森, 基思·戴维斯, 大卫·L·布隆克, 戴维·W·詹森, 格里高里·拉尔森, 泰勒·埃文斯, 萨瑞塔·科斯勒, 詹姆士·T·艾尔斯, 詹尼弗·博伊斯 申请人:布莱阿姆青年大学