专利名称：树脂输送、施加和灌注系统与整体式铺层系统和使用方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于向复合材料施加和灌注树脂且随后使灌注的材料铺层的系统，并且更具体而言，涉及用于可控地输送、施加和灌注树脂到一条或多条纤维束上且随后使灌注的纤维束铺层的自动系统。
背景技术：
灌注树脂的纤维复合材料越来越多地用于多种不同的行业，例如汽车、飞行器和风能，部分是因为它们重量轻并且强度高的性质。所期望的是形成复杂的复合材料构件和/ 或纤维图案，其中灌注过程和铺层过程被集成到自动顺列式进料系统中。当前的制造工艺通常涉及使用随后灌注树脂的纤维预型件(或称为“预浸料坯”的预浸渍的纤维板)，以及使用这些灌注的纤维预型件或预浸渍的纤维束的单独的铺层系统及程序。目前，进行了努力以便使用包括辊(roller)的系统来提供一条或多条单独的纤维束的灌注，其中树脂从开孔流过辊中的孔到外表面。然而，这些系统不允许控制单独的丝束的灌注。为了提供对单独的丝束的灌注的控制，还进行努力以便使用系统提供一系列纤维束的灌注，该系统包括流过单独的可控喷嘴的树脂。不论灌注程序如何，在灌注过程之后，一条或多条纤维束在一个或多个单独构件铺层工具上经受铺层。该过程耗时且昂贵，因为要使用单独的系统来完成复合部件的制造。因此，期望提供改进的系统，其允许在自动顺列式进料系统中控制一条或多条纤维束的树脂灌注，该进料系统集成铺层系统和程序以便完成复合部件的制造。此外，期望这样的系统，其有助于一条或多条干纤维束的实时顺列灌注以及在单个制造步骤中铺层灌注纤维束以用于形成复杂的复合构件。
发明内容
简而言之，本发明的一个方面在于一种自动顺列式制造系统，其用于将树脂施加到一条或多条纤维束上，利用树脂灌注该一条或多条纤维束以形成一条或多条灌注的纤维束，以及随后将一条或多条灌注纤维束铺层以形成复合部件，其中，该一条或多条纤维束中的每条纤维束以相应的纤维速度移动。该自动顺列式制造系统包括自动树脂输送、沉积和灌注系统，自动铺层系统以及控制器。自动树脂输送、沉积和灌注系统构造成用以将树脂输送和沉积到该一条或多条纤维束中的相应纤维束上，以及将树脂灌注到该一条或多条纤维束上以形成一条或多条灌注的纤维束。自动铺层系统与自动树脂输送、沉积和灌注系统顺列设置，以便接收该一条或多条灌注纤维束的进料。自动铺层系统包括至少一个压辊以及定位系统，该至少一个压辊构造成用以将该一条或多条灌注纤维束粘附到基底表面上，该定位系统用以相对于基底的表面使压辊定向。控制器构造成用以控制树脂相对于该一条或多条纤维束中的相应纤维束的纤维速度的流率，控制树脂、灌注纤维束和自动铺层系统的温度，以及控制该自动铺层系统内的一条或多条灌注纤维束的张力。本发明的另一方面在于一种自动顺列式制造系统，其用于将树脂施加到一条或多条纤维束上，利用树脂灌注该一条或多条纤维束以形成一条或多条灌注的纤维束，以及随后将该一条或多条灌注纤维束铺层以形成复合部件，其中，该一条或多条纤维束中的每条纤维束以相应的纤维速度移动。该自动顺列式制造系统包括自动树脂输送、沉积和灌注系统，自动铺层系统以及控制器。自动树脂输送、沉积和灌注系统构造成用以将树脂输送和沉积到该一条或多条纤维束中的相应纤维束上，以及将树脂灌注到该一条或多条纤维束上以形成一条或多条灌注的纤维束。自动铺层系统与自动树脂输送、沉积和灌注系统顺列设置，以便接收该一条或多条灌注纤维束。自动铺层系统包括处于一条或多条灌注纤维束的馈送通路中的多个压紧辊、至少一个压辊以及定位系统，该至少一个压辊构造成用以将该一条或多条灌注的纤维束粘附到基底的表面上，该定位系统用以相对于基底的表面使压辊定向。控制器构造成，使用基于用于该一条或多条灌注纤维束中的相应纤维束的树脂宽度和树脂厚度的其中至少一项的测量数据的反馈来相对于通过自动树脂输送、沉积和灌注系统的该一条或多条纤维束中的相应纤维束的纤维速度控制树脂的流率，控制树脂、灌注纤维束和自动铺层系统的温度，以及控制该自动铺层系统内的该一条或多条灌注纤维束的张力。
当参照附图来阅读下述详细描述时，本发明的这些与其它特征、方面和优点将变得更容易理解，其中，所有附图中的相似标号表示相似的部件，在附图中图1在侧视图中示意性地示出了根据一个实施例的用于树脂输送、施加和灌注以形成灌注纤维束并且随后纤维铺层以形成复合部件的自动顺列式系统；图2在侧视图中示意性地示出了根据一个实施例的用于树脂输送、施加和灌注以形成灌注纤维束并且随后纤维铺层以形成复合部件的自动顺列式系统；图3在侧视图中示意性地示出了根据一个实施例的用于树脂输送、施加和灌注以形成灌注纤维束并且随后纤维铺层以形成复合部件的自动顺列式系统；图4在侧视图中示意性地示出了根据一个实施例的用于树脂输送、施加和灌注以形成灌注纤维束并且随后纤维铺层以形成复合部件的自动顺列式系统；以及图5在顶视图中示意性地示出了图4中所示的用于纤维排布系统的一系列示例性的纤维束。项目清单
100复合自动顺列式制造系统
110自动树脂输送、沉积和灌注系统
112自动顺列式铺层系统
114纤维分送装置
116传感器
117卷轴(spool)
118第一辊元件
120一条或多条干纤维束
122孔眼/对准板
124宽度控制辊
5
126输送、沉积和灌注部分127内部弧形表面128喷嘴129外部弧形表面130树月旨131计算机控制的泵132控制器134灌注纤维束135灌注纤维带136压辊(compaction roller)138基底140基底表面142定位系统200复合自动顺列式制造系统210自动树脂输送、沉积和灌注系统212自动铺层系统214树脂分送装置220干纤维束226灌注部分227内部弧形表面228灌注辊229外部弧形表面230树月旨231泵232控制器234灌注纤维束235纤维带236压辊237压紧辊(pinching roller)238基底240基底表面242定位和控制系统244复合部件300自动顺列式制造系统310自动树脂、输送、沉积和灌注系统320纤维束334灌注纤维400自动顺列式制造系统410树脂输送、沉积和灌注系统
412自动铺层系统
414纤维分送装置
417卷轴
418第一辊元件
419泵
420纤维束
422孔眼
424宽度控制辊
425424上的凹口
426树脂输送、沉积和灌注部分
427用于输送、沉积和灌注树脂的装置
428喷嘴
430树脂
432控制器
434灌注纤维束
436压辊
437压紧辊
438基底
440基底表面
442定位和控制系统
444冷却模块
具体实施例方式大体上参照图1描述了用于将树脂输送和施加至一条或多条纤维束120、利用树脂来灌注纤维束以形成一条或多条灌注纤维束134的自动树脂输送、沉积和灌注系统110， 以及用于随后使灌注纤维束134铺层的自动顺列式铺层系统112。自动树脂输送、施加和灌注系统110被集成到自动顺列式铺层或纤维排布系统112中以形成复合自动顺列式制造系统100，其示例性布置在图1中示出。这种布置使一条或多条干纤维束120能够实时顺列式灌注，这通过控制各丝束120的树脂施加(并且因此灌注)速率而实现，并且随后基于部分特定要求使树脂灌注丝束134铺层以形成复合部件。所得到的系统100可用于制造复合部件或结构，其非限制性实例包括重量轻、强度高的飞行器构件和汽车构件。对于图1中所示的示例性布置，自动树脂输送、沉积和灌注系统110包括用于馈送一条或多条干纤维束120的纤维分送装置114，其中各纤维束120以相应的纤维速度移动。 更具体而言，取决于设计参数，纤维分送装置114可构造成用以单独地馈送该一条或多条纤维束120中的每一条，从而使得可以不同的速率或相同的速率馈送丝束120。在一个非限制性实例中，分送装置114可与一个或多个卷轴117连通，该一条或多条丝束120中的每条丝束首先卷绕到卷轴的其中一个相应卷轴上。对于图1的示例性布置，在系统操作期间， 该一条或多条纤维束120中的每条纤维束经过第一辊元件118，以便促进一条或多条纤维束120的对准。为了图示简单起见，图1中仅示出了一个辊元件118。该一条或多条纤维束120中的每条纤维束接下来穿过相应的孔眼或对准板122。为了图示简单起见，图1中仅示出了一个孔眼122。然而，通常可对该一条或多条纤维束中的每条纤维束120提供一个孔眼122。该一条或多条纤维束120然后可穿过宽度控制辊124。这种控制有助于确保整条丝束跨过其宽度的合适灌注，以及确保合适的丝束大小以用于自动铺层系统112中的丝束处理。该一条或多条纤维束120从宽度控制辊IM移动至自动树脂输送、沉积和灌注系统Iio的树脂输送、沉积和灌注部分126。如图1中所示，自动树脂输送、沉积和灌注系统 110包括树脂输送、沉积和灌注部分126，其包括用于将树脂130输送、沉积和灌注到该一条或多条纤维束120上的装置。在所示的实施例中，树脂输送、沉积和灌注部分1 形成为单独的构件，但应当理解的是，通过本公开可构思单构件输送、沉积和灌注部分126。关于树脂130和一条或多条纤维束120，本发明不限于特定的树脂或纤维类型。然而，在一个非限制性实例中，树脂130为可用于复合纤维的热固性树脂。可使用的适合的热固性树脂的实例包括但不限于环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂、聚氨酯、聚酰胺，或这些中的两种或多种的组合。此外，任何适合的加强材料可使用本文所述的设备、系统和方法来灌注。例如，相对连续的纤维或丝束可设置为用以形成单向排列的纤维、交叉合股排列的纤维，或束扎在丝束中，这些丝束设置为用以形成单向排列的丝束，或者织造或交叉合股以形成二维排列，或者织造或编织以形成三维织物。对于三维织物而言，例如，成组的单向丝束可彼此横切而交织。被包括到这样的加强材料(例如带或织物)中的可用纤维包括但不限于玻璃纤维、碳和石墨纤维、玄武岩纤维、聚合物纤维(包括芳纶和硼丝、石英纤维、铜纤维等)。该纤维可取决于复合纤维的预期应用而为非传导性或传导性的。在该特定的非限制性实例中， 树脂130为环氧树脂，并且该一条或多条纤维束120包括碳纤维。然而，本发明不限于这些特定树脂或纤维类型。在一非限制性实例中，输送、沉积和灌注部分1 包括构造成用以将树脂130沉积到该一条或多条纤维束120的相应纤维束上的一个或多个喷嘴128。在一优选实施例中， 为该一条或多条纤维束120中的每条纤维束提供了一个喷嘴128。本发明不限于任何特定的喷嘴布置。在共同未决申请中进一步描述了结合使用喷嘴的施加和灌注系统的另外的方面，该共同未决的申请由相同受让人提交，带有代理卷号236021-1和美国专利申请序列号 12/575，668，名称为 “Resin Application and Infusion System”，并且该申请通过该引用而包括到本文中。所述的树脂灌注设备可设置为输送、沉积和灌注部分126的一部分，并用于将任何期望的树脂灌注到任何期望的加强材料中。将期望这样的系统包括期望的树脂130的来源，以及一个或多个计算机控制的泵131，其中，各泵构造成用以将树脂130供给至一个或多个喷嘴128，并且，其中，各泵131由控制器(不久描述)控制。如图1中指出的那样，复合自动顺列式制造系统100还包括控制器132，其构造成用以控制输送、沉积和灌注部分126(并且更具体而言穿过纤维分送装置114的树脂130的流率)以及自动顺列式铺层系统112，以便基于纤维束120中的相应纤维束的纤维速度提供所期望的树脂含量。控制器132可与如图1中所示的自动顺列式铺层系统112交换信息， 以便对于任何铺设顺序优化灌注。控制器132可构造成用以相对于一条或多条纤维束120中的相应纤维束的纤维速度控制树脂130的流率，对树脂130、灌注纤维束134和自动顺列式铺层系统112提供温度控制，以及控制自动顺列式铺层系统112内的该一条或多条灌注纤维束134的张力。尽管单独的控制器可用于复合自动顺列式制造系统100，并且更具体地用于自动树脂输送、沉积和灌注系统110和用于自动顺列式铺层系统112，但也需要这种控制集成。在一些实施例中，控制器132可包括一个或多个处理器。应当注意的是，本发明不限于用于执行本发明的处理任务的任何特定的处理器。如本文所使用的用语“处理器”旨在表示能够执行本发明的任务所需执行的计算或运算以及用以控制本发明中的机械和电气装置的任何机器。如将由本领域技术人员理解的那样，用语“处理器”旨在表示能够根据预定规则接收结构输入和/或处理输入以便产生输出的任何机器。对于某些实施例，控制器132还构造成用以使用基于纤维束120中的相应纤维束的树脂宽度和/或树脂厚度的测量数据的反馈而控制穿过各喷嘴128的树脂130的流率。 对于图1中所示的示例性构造，自动树脂输送、沉积和灌注系统110还包括用于监测树脂宽度和树脂厚度的其中至少一项的一个或多个传感器116。尽管为了图示简单在图1中仅示出了一个传感器116，但也可采用多个传感器116，并且在一个非限制性实例中，对每条纤维束120提供了一个传感器116。示例性传感器包括光学传感器或接触传感器。自动顺列式铺层系统112设置为与自动树脂输送、沉积和灌注系统110成进料式定位。更具体而言，自动顺列式铺层系统112排列成用以在树脂130的灌注之后接收该一条或多条纤维束120的进料，并且更具体而言用以接收一条或多条灌注的纤维束134。自动顺列式铺层系统112大体上包括至少一个压辊136，压辊136构造成用以传递力以便使一条或多条灌注的纤维束134粘附到基底138(例如模具或工具)的表面140上。在构建期间， 所选的树脂130的浓度可使得树脂130足够粘以便粘附至基底138而非压辊136。在其它非限制性的实例中，树脂灌注丝束134的温度可需要包括加热或冷却装置(不久描述)以便满足温度要求。自动顺列式铺层系统112还可包括定位系统142，该定位系统142使压辊 136相对于基底138的表面140定向。在一个非限制性的实例中，顺列式铺层系统112可安装在基底138前方的自动机械头部或模具上，从而使得一条或多条树脂灌注的纤维束134 粘附到基底138上，并且在自动顺列式铺层系统112相对于基底138移动时牵拉树脂进料通过自动树脂输送、沉积和灌注系统110。复合自动顺列式制造系统100的特定构造可基于该应用而变化。图1示出了单条纤维束120，其中，树脂130如前文所述那样经由单个喷嘴1 沉积，以便形成灌注的纤维带 135。现在转到图2，示出了自动树脂输送、沉积和灌注系统210以及自动顺列式铺层系统212的另一示例性实施例，自动树脂输送、沉积和灌注系统210用于将树脂施加到一条或多条干纤维束220上，以及利用树脂来灌注干纤维束以形成一条或多条灌注的纤维束234， 自动顺列式铺层系统212用于随后将灌注的纤维束234铺层以及制造复合部件。如图2中所示，自动树脂输送、施加和灌注系统210被集成到自动顺列式铺层或纤维排布系统212中，以便形成复合自动顺列式制造系统200，其示例性布置在图2中示出。这种布置利用对各丝束220的树脂施加和灌注的速率的控制使一条或多条干纤维束220能够实时顺列式灌注，并且随后基于部分特定要求使树脂灌注丝束234铺层而形成复合部件。对于图2中所示的示例性布置，自动树脂输送、沉积和灌注系统210包括用于馈送
9该一条或多条干纤维束220的纤维分送装置214，其中各纤维束以相应的纤维速度移动。类似于图1的实施例，取决于设计参数，纤维分送装置214构造成用以馈送单条纤维束220， 或单独地馈送该一条或多条纤维束220中的每条纤维束，从而使得丝束220可以不同的速率或相同的速率馈送。在系统操作期间，该一条或多条丝束220中的每条纤维束被馈送至自动树脂输送、沉积和灌注系统210的施加和灌注部分226，以用于将树脂230输送、沉积和灌注到该一条或多条纤维束220上。在所示的实施例中，树脂输送、沉积和灌注部分2 形成为整体构件，但应当理解的是，通过本公开可构思复合构件输送、沉积和灌注部分226。 在一个非限制性实例中，树脂输送、沉积和灌注部分2 可包括一个或多个灌注辊228，每个灌注辊具有内部弧形表面227和外部弧形表面229。该一个或多个灌注辊2 构造成与树脂230流体连通。多个孔(未示出)设置成与该一个或多个灌注辊2 连接，并使其弧形表面穿孔， 即，多个孔将内部弧形表面227连接至外部弧形表面229。该一个或多个灌注辊2 可设有多个孔，它们大体上延伸跨过该一个或多个灌注辊228中的每个灌注辊的全部长度，或者任何更短的长度，或以不规则的方式或图案间隔开，其中，这些孔彼此不等距。在共同未决的申请中进一步描述了包括使用一个或多个灌注辊以及穿孔的施加和灌注系统的另外方面，该申请带有代理卷号M1776-1和美国专利申请序列号12/648，404，名称为“Resin Infusion Apparatus and System, Layup System, and Methods of Using These，，，并且该申请通过引用而包括到本文中。所述的树脂灌注设备可设置为输送、沉积和灌注部分226的一部分，并用于将任何期望的树脂灌注到任何期望的加强材料中。这种系统将希望包括期望的树脂230的来源，以及泵231，该泵231能够将期望的压力施加到树脂230上以迫使其相对均勻地穿过灌注辊228并且离开其孔，以便灌注期望的加强材料。类似于图1中所述的实施例，复合自动顺列式制造系统200还包括控制器232，其构造成用以控制输送、沉积和灌注部分226(并且更具体而言树脂230穿过各分送装置214 的流率)以及自动顺列式铺层系统212，以便基于纤维束220中的相应纤维束的纤维速度提供所期望的树脂含量。控制器232以与图1的控制器132大体相同的方式操作，并且因此为了简单起见，将不会再参照图2来描述。自动顺列式铺层系统212设置为与自动树脂输送、沉积和灌注210系统成进料式定位。更具体而言，自动顺列式铺层系统212排列成用以接收一条或多条灌注的纤维束 234。在一非限制性实施例中，自动顺列式铺层系统212大体上包括至少一个压辊236和至少一组压紧辊237，压紧辊237构造成用以将一条或多条灌注纤维束234粘附到基底238的表面240上以便形成复合部件M4。压辊236与该一条或多条灌注的纤维束234的进料顺列设置，并且提供用于将该一条或多条灌注的纤维束234压紧到基底238的表面240上的力。该多个压紧辊237与进料顺列设置，并且更具体而言设置在自动输送、沉积和灌注系统 210与压辊236之间。该多个压紧辊237提供许多不同的功能，包括但不限于下列项(i) 如果该一条或多条纤维束220并未被输送、沉积和灌注部分2 完全灌注，提高树脂230的灌注的程度；(ii)使一条或多条灌注纤维束234(或带)定形以产生更加矩形的截面；以及 (iii)正好在通过压辊236铺层之前，减小该一条或多条灌注的纤维束234的进料上的张力。自动顺列式铺层系统212还可包括定位和控制系统M2，该定位和控制系统242使压辊236相对于基底238的表面240定向。此外，该定位和控制系统242可提供对参数(例如多个压紧辊237的间距等)的控制，并从而提供对进料张力的控制。复合自动顺列式制造系统200的特定构造可基于应用而变化。图2示出了单条纤维束220，其中树脂230如之前所述那样经由灌注辊2 沉积以便形成灌注的纤维带235。图3中示出了大体上类似于图2的前述系统200的复合自动顺列式制造系统300， 只是在该特定实施例中，将多条纤维束320提供给自动树脂输送、沉积和灌注系统310(其大体上类似于图2的自动树脂输送、沉积和灌注系统210)，从而产生多条灌注纤维334。现在参看图4，示出了大体上类似于图1的前述系统100的复合自动顺列式制造系统400，只是在该特定实施例中，将多条纤维束420提供给自动树脂输送、沉积和灌注系统 410，从而产生多条灌注纤维434。更具体而言，示出了自动树脂输送、沉积和灌注系统410 和自动顺列式铺层系统412，自动树脂输送、沉积和灌注系统410用于将树脂施加至多条纤维束420，以及利用树脂430来灌注多条纤维束420以便形成多条灌注的纤维束434，自动顺列式铺层系统412用于随后使灌注纤维束434铺层。复合自动顺列式制造系统400使得能够在对多条丝束420中的每条丝束的树脂施加和灌注的速率进行控制的情况下实时顺列灌注多条干纤维束420，并且随后基于部分特定要求使树脂灌注的丝束434铺层以形成复合部件。类似于关于图1所述的实施例，自动树脂输送、沉积和灌注系统410包括用于馈送一条或多条干纤维束420的纤维分送装置414，其中各纤维束以相应的纤维速度移动。与图 1中所述的实施例相比，在该特定实施例中，取决于设计参数，纤维分送装置414构造成用以单独地馈送多条纤维束420，从而使得该多条丝束420中的每条丝束可以不同的速率或相同的速率馈送。例如，在一些情况下，对于一条或多条纤维束，纤维速度可为零，而其它丝束移动。在一个非限制性实例中，分送装置414可与一个或多个卷轴417、第一辊元件418、 孔眼422和宽度控制辊4M连通(类似于图1中所示的实施例中所述的那些)。在该特定实施例中，宽度控制辊4 可包括一个或多个凹口 425 (如图5中最佳示出的那样)以用于接收和引导该多条纤维束420中的相应纤维束，凹口 425定形为提供对离开辊424的丝束的宽度的控制。这种控制有助于确保整条丝束跨过其宽度的合适灌注，以及对于自动铺层系统412中的丝束处理设备确保合适的丝束大小。该一条或多条纤维束420从宽度控制辊4M移动至自动树脂输送、沉积和灌注系统410的施加和灌注部分。如图4中所示，自动树脂输送、沉积和灌注系统410包括树脂输送、沉积和灌注部分426，其包括用于将树脂427输送、沉积和灌注到该多条纤维束420中的各纤维束上的装置。在一个非限制性实例中，多个喷嘴428(大体上类似于关于图1所述的喷嘴128)构造成用以将树脂430沉积到该多条纤维束420中的相应纤维束上。在一优选实施例中，为该多条纤维束420中的每条纤维束提供了一个喷嘴428。如图4中所示，复合自动顺列式制造系统400还包括控制器432，其构造成用以控制输送、沉积和灌注部分426(并且更具体而言树脂430穿过用于输送、沉积和灌注树脂427 的各装置的流率)以及自动顺列式铺层系统412，自动顺列式铺层系统412基于多条纤维束 420中的相应纤维束的纤维速度提供所期望的树脂含量。控制器432如之前在图1中示出的那样构造，以便优化灌注和铺设顺序。对于图4中所示的示例性构造，自动树脂输送、沉积和灌注系统410还包括一个或多个计算机控制的泵419。对于所示的实施例，各泵419构造成用以将树脂430供给至该多个喷嘴4 中的相应喷嘴。更具体而言，对于所示的实例，为每个喷嘴4 提供了单独的泵 419。如所示的那样，各泵419由控制器432控制。在其它构造中，其中至少一个泵419可配备有多个阀(未示出)，以便控制树脂430从泵419到多个喷嘴428的流动。例如，各泵 419可用于将树脂输送至多个喷嘴428。在一个非限制性实例中，泵419为正排量泵。在特定的实例中，采用了带有较少泄漏的正排量泵。泵419可通过管路或导管(未示出)连接至喷嘴似8。对应特定的实施例，控制器432还构造成用以接收该多条纤维束430中的相应纤维束的纤维馈送速率信号，并且至少部分地基于该多条纤维束420中的相应纤维束的纤维馈送速率信号来控制泵419。对于某些实施例，纤维束420具有不同的纤维馈送速率，从而使得控制器432将不同的控制信号施加至相应的泵419。在一些情况下，对于其中一条或多条纤维束420，纤维速度可为零。在一个非限制性实例中，纤维馈送速率信号从计量辊(未示出)中读取。该计量辊可沿丝束路径定位。自动顺列式铺层系统412设置成与自动树脂输送、沉积和灌注410系统成进料式定位。更具体而言，自动顺列式铺层系统412排列成用以接收多条灌注纤维束434的进料。 自动顺列式铺层系统412大体上包括至少一个压辊436和至少一组压紧辊437，压缩辊437 构造成用以将一条或多条灌注纤维束434粘附到基底438的表面440上。类似于前述实施例，压辊436与进料顺列设置，并且提供用于将灌注纤维束434压到基底438上的力。该多个压紧辊437顺列设置在自动输送、沉积和灌注系统410与压辊436之间。如前文所述，如果一条或多条纤维束420在灌注步骤期间没有完全灌注，则该多个压紧辊437提供进一步的树脂430灌注，从而使该一条或多条灌注的纤维束434 (或带)定形以产生更加矩形的截面，并且正好在通过压辊436铺层之前减小一条或多条灌注纤维束434的进料上的张力。自动顺列式铺层系统412还可包括冷却模块444，以及使压辊436相对于基底438 的表面440定向的定位和控制系统442。此外，定位和控制系统442可提供对多个压紧辊 437的参数(例如间距等)的控制。在通过压紧辊437之后，树脂灌注的纤维束434被馈送通过图4中所示的自动顺列式铺层系统412中的冷却模块444。冷却模块444的非限制性实例包括空气冷却器以及由ITW Air Management (公司所在地为俄亥俄州辛辛那提市)以商品名Vortex Coolers销售的冷却器。对于某些实施例，冷却模块444将树脂灌注的丝束 434冷却至大约40° F至大约70° F范围内的温度。对于图4中所示的构造，然后通过压辊436将冷却的树脂灌注纤维束434压到基底438的表面440上以形成复合部件444。图4中示出了大体上类似于图1的前述系统100的复合自动顺列式制造系统400， 只是在该特定实施例中，将多条纤维束402提供给自动树脂输送、沉积和灌注系统410(大体上类似于图1的自动树脂输送、沉积和灌注系统110)，从而产生多条灌注纤维434。复合自动顺列式制造系统400的特定构造可基于应用而变化。有利的是，通过顺列式地集成自动树脂输送、施加和灌注系统110、210、310、410 以及与自动铺层系统112、212、312、412集成，可制造出高级的复合结构，而不论是否具有需要单独的制造过程和步骤来实现纤维束的输送、施加和灌注以及随后使灌注纤维束铺层的复杂形状。所产生的复合自动顺列式制造系统集成了本发明的顺列式树脂输送、施加和灌注系统以及自动铺层系统，从而与常规纤维排布系统相比对这些复杂复合结构的制造提供改善的控制和更低的成本。 尽管本文仅示出和描述了本发明的某些实施例，但本领域技术人员可想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求意图覆盖落入本发明的实质精神内的所有这样的修改和变化。
权利要求
1.一种自动顺列式制造系统(100，200，300，400)，其用于将树脂(130，230，430)施加到一条或多条纤维束(120，220，320，420)上，利用所述树脂灌注所述一条或多条纤维束以形成一条或多条灌注的纤维束(134，234，334，434)，以及随后将所述一条或多条灌注的纤维束铺层以形成复合部件，其中，所述一条或多条纤维束中的每条纤维束以相应的纤维速度移动，所述自动系统包括自动树脂输送、沉积和灌注系统(110，210，310，410)，其构造成用以将所述树脂(130， 230,430)输送和沉积在所述一条或多条纤维束(120，220，320，420)中的相应纤维束上，以及将所述树脂(130，230，430)灌注到所述一条或多条纤维束中以形成所述一条或多条灌注纤维束(134，234，334，434)；自动铺层系统(112，212，312，412)，其与所述自动树脂输送、沉积和灌注系统(110， 210,310,410)顺列设置以接收所述一条或多条灌注纤维束(134，234，334，434)的进料， 所述自动铺层系统(112，212，312，412)包括至少一个压辊(136，236，336)以及定位系统 (142，242，442)，所述至少一个压辊(136，236，336)构造成用以将所述一条或多条灌注的纤维束(134，234，334，434)粘附到基底(138，238，438)的表面(140,240,440)上，所述定位系统(142,242,442)用以相对于所述基底(138，238，438)的所述表面(140,240,440)使所述压辊(136，236，436)定向；以及控制器(132，232，432)，其构造成用以相对于所述一条或多条纤维束(120，220，320， 420)中的相应纤维束的纤维速度控制所述树脂(130，230，430)的流率，控制所述树脂 (130，230，430)、所述灌注的纤维束(134，234，334，434)和所述自动铺层系统(112,212, 412)的温度，以及控制所述自动铺层系统(112，212，412)内的所述一条或多条灌注的纤维束(134,234,334,434)的张力。
2.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述控制器(132，232，432)还构造成，使用基于所述一条或多条灌注的纤维束(134，234，334，434)中的相应纤维束的树脂宽度和树脂厚度的其中至少一项的测量数据的反馈来控制所述树脂(130，230，430)通过所述自动树脂输送、沉积和灌注系统(110，210，310，410)的流率。
3.根据权利要求2所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述自动顺列式系统还包括一个或多个传感器(116)，所述传感器(116)用于监测所述树脂宽度、所述树脂厚度、所述树脂温度、所述系统温度以及所述自动铺层系统(112)内的所述一条或多条灌注的纤维束 (134)的张力的其中至少一项。
4.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述自动树脂输送、沉积和灌注系统(210)还包括至少一个灌注辊0 )，所述至少一个灌注辊(228)具有穿过其弧形表面027)的多个孔，并构造成用以将所述树脂(230)灌注到所述一条或多条纤维束(220) 中以及形成所述一条或多条灌注的纤维束034)。
5.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述自动树脂输送、沉积和灌注系统(110，410)还包括至少一个喷嘴(1 ，4 )，其中，所述至少一个喷嘴中的每个喷嘴构造成用以将所述树脂(130，430)沉积在所述一条或多条纤维束(120，420)中的至少一条纤维束上。
6.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述自动顺列式系统还包括顺列设置在所述自动树脂输送、沉积和灌注系统Gio)以及所述压辊(436)之间的冷却模块(444)。
7.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述自动铺层系统(212，412) 还包括顺列设置在所述自动沉积和灌注系统Ο10，410)以及所述压辊(236，436)之间的多个压紧辊037，437)。
8.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述一条或多条灌注的纤维束(134,234)构造为树脂灌注的纤维带(135, 235) 0
9.根据权利要求1所述的自动顺列式系统，其特征在于，所述一条或多条灌注的纤维束(134，234，334，434)构造为多条树脂灌注的复合纤维。
10.一种使用如权利要求1所述的自动顺列式制造系统(100，200，300，400)将树脂 (130，230，330，430)灌注到一条或多条纤维束(120，220，320，420)中以形成一条或多条灌注的纤维束(134，234，334，434)以及将所述一条或多条灌注的纤维束铺层的方法。
全文摘要
本发明涉及树脂输送、施加和灌注系统与整体式铺层系统和使用方法。具体而言，一种自动顺列式进料系统集成将树脂输送、施加和灌注到一条或多条纤维束上以及将该一条或多条灌注的纤维束铺层以便形成复合结构。该系统包括自动树脂输送、沉积和灌注系统，其构造成用以将树脂沉积到一条或多条纤维束中的相应纤维束上并形成灌注的纤维束。该系统集成自动铺层系统，该自动铺层系统包括压辊，该压辊构造成用以将该一条或多条灌注的纤维束粘附到基底上。该系统还包括控制器，控制器构造成用以控制树脂的流率，控制树脂、灌注纤维束和自动铺层系统的温度，以及控制自动铺层系统内的该一条或多条灌注纤维束的张力。还提供了自动顺列式系统的其它方面。
文档编号B29C70/34GK102555230SQ201110296668
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2010年9月24日
发明者B·B·帕罗迪, J·S·U·谢尔, J·T·奥弗林, M·E·费尔米尔伊, M·奥斯托吉克, R·克尼格, S·G·范纽温霍夫, T·克卢格, T·克尔维恩, T·库尔库特萨基, 郭书敬 申请人:通用电气公司