具有两个辊的双向纤维施加头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造由复合材料制成的部件的纤维施加头，且更具体地涉及一种包括用于沿两个相反方向施加纤维的两个辊的双向纤维施加头。本发明还涉及一种用于通过相应的施加头来制造复合材料部件的方法。
【背景技术】
[0002]已有公知的纤维施加机，通过在铺砌(layup)工具(例如阳模或阴模)上的接触，而施加由拖曳型的、干燥的或者浸渍有热硬化性树脂或热塑树脂(特别是由多根碳丝或碳线所组成的碳纤维)的一个或多个扁平连续纤维形成的宽带。
[0003]这些纤维施加机典型地包括用于使纤维施加头移位的系统，所述施加头包括意图接触模具以施加所述带的施料辊，和用于在所述辊上引导一根或几根所施加的纤维的引导系统。
[0004]在由几根纤维所形成的带的情况下，这些施加机(也称为纤维铺放机)的引导系统使得这些纤维以带的形式在辊上处于大致边缘对边缘的位置。如专利文件W02008132299中具体描述地，引导系统典型地包括第一器件和第二器件，该第一器件和该第二器件沿着从上游至下游彼此接近的两个引导平面以错开行的形式布置，从而将纤维以两层纤维的形式朝向辊引导，这些引导器件包括如在三块板的组装界面处形成的通道。所述头进一步包括用于分别切割每一根纤维的切割器件，以及重定路径器件，该重定路径器件用于为每一根新切割的纤维重定路径以便能够在任意时刻停止且重新开始带的施加，以及选择带的宽度。
[0005]在第一带沿一方向施加之后，平行于第一带的下一带的施加在已执行头的180°旋转后典型地沿相反方向实施，或在已使头回返到第一带的开始点后典型地沿与第一带相同的方向实施。头在两带的施加之间的这些移位操作显著地增加用于铺砌纤维的时间。
[0006]为了减少此铺砌时间，存在已知的所谓的双向、允许纤维沿两个相反方向施加的头。已具体在专利文件US2005/0061422中提出了一种施加头，其包括彼此独立的、对称地布置在施料辊的任一侧上的两个引导系统，用于通过使用一个或另一个引导系统来沿两个相反方向施加带。这种配备有两个引导系统的头(每个系统与其各自的切割系统和重定路径系统相关联)证实是不灵便且沉重的，这限制了铺砌纤维的速度且不允许纤维施加在具有大的凸面和/凹面的模具上。另外，每个引导系统必须与不同的纤维存储器件关联，这增加了施加机的复杂性。
[0007]同样已具体在专利文件US2009/0139654中提出了一种头，其配备有引导系统，该引导系统包括用于每根纤维的、能够在第一位置和第二位置之间移动以使纤维处于辊的一侧或另一侧的引导元件，每个引导元件均通过其各自的致动系统而在其两个位置之间被操纵。这些引导系统是复杂且庞大的，且需要几个分离的辊。带的两个邻近的纤维必须由不同辊(每个辊与其自己的引导系统关联)来施加且在施加方向上彼此偏离。由此产生的头还具有大尺寸，以至于不能够用于制造具有大的凸面或凹面的部件。
[0008]具体已在专利文件FR 2 982 793中提出了一种双向施加头，其包括相对于主引导系统在第一位置和第二位置之间可移动地安装的施料辊，在所述第一位置中，所述带由主引导系统在辊的圆柱状表面的第一部分上引导，以便通过辊沿第一旋转方向的旋转来实现所述带的施加，在所述第二位置中，所述带在辊的圆柱状表面的第二部分上被引导，以便所述带的施加通过辊沿第二旋转方向的旋转来实现。这些在设计和施行上简单且尺寸小的双向头保证纤维施加速度基本上与单一方向头的纤维施加速度相似，且能够减少铺砌时间。然而，一些棍，特别是由挠性材料制成的棍，在它们沿其没有意图旋转的方向使用时，倾向于更快地劣化或具有不可控制的变形。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提出一种旨在克服至少一个前述缺点的新的解决方案，并且尤其旨在至少限制铺砌时间。
[0010]为此，本发明提供了一种用于制造由复合材料制成的部件的纤维施加头，其包括至少一个施料辊以及用于将进入所述头内的至少一根纤维引向所述施料辊的主引导系统，其中，优选地通过所述辊紧靠所述模具的表面的接触或紧靠先前施加在所述模具的所述表面上的一个或更多个带的接触，所述至少一个施料辊将由一根或多根纤维形成的带施加在模具的施加表面上，其特征在于，所述头包括包含第一辊和第二辊的两个施料辊，每一个辊均相对于所述主引导系统可动地安装在至少活动位置与非活动位置之间，在所述活动位置中，所述带能够由所述主引导系统引导在所述辊上，以便带的施加由所述辊实施，在所述非活动位置中，所述辊远离所述主引导系统而不与带接触，所述头包括致动系统，其是自动的或手动的，优选是自动的，所述致动系统能够使第一辊处于所述活动位置并使第二辊处于所述非活动位置以借助所述第一辊来沿第一方向施加带，并且能够使第一辊处于所述非活动位置并使第二辊处于所述活动位置以借助所述第二辊来沿与所述第一方向相反的第二方向来施加带。
[0011]依照本发明，头包括两个施料辊，一个用于所述头的一个使用方向。当使用一个辊时，其在低的活动位置中被操纵，而另一个辊在离主引导系统一定距离的高的非活动位置，使得不会限制所述头相对于施加表面(也称作铺砌表面)的倾斜角度，并且允许在例如具有大的凹面和/或斜面的复杂表面上铺砌。
[0012]辊相对于主引导系统的可动安装能够被容易地执行，并且提供了在设计和实行上简单、尺寸小并确保纤维施加速度基本上与单一方向头的纤维施加速度相似的双向头。
[0013]除了获得用于在不需要所述头反向的情况下沿两个相反方向铺砌纤维的双向头之外，具有两个辊的所述头具有许多其他的优势。
[0014]具体在铺砌预先浸渍有热塑性树脂或包含热塑性黏合物的纤维的情况下，通常借助加热实施纤维的铺砌。在铺砌期间，辊倾向于升高温度，该温度的增加导致辊的劣化。通过改变铺砌所用的辊，处于非活动位置的未使用辊有时间来冷却，依照本发明的两个辊头限制了这些温度的增加，而没有增加铺砌的时间。而且，也能够设置冷却器件，以改善对处于非活动位置的每一个辊的冷却，这些冷却器件例如能够沿着处于非活动位置的每一个辊的方向输送气流。由此，依照本发明的头的辊较小地劣化，所述头需要辊较小地改变，而引起较短的铺砌时间。
[0015]依照铺砌表面，能够使用不同类型的辊，特别是由或多或少地具有一定硬度的可变形材料制成的辊。典型地，当铺砌表面存在明显的凹面或凸面时，使用更柔韧的辊，以便辊能够更多地变形且使其本身在其整个宽度上适合该表面。这与当铺砌表面包括蜂窝型插入部时相同，以便避免该蜂窝在铺砌期间变形。依照本发明的头能够配备有不同类型的辊，且尤其是不同硬度的辊，以便所述头能够在不需要改变辊的情况下被用于铺砌不同部件，或所述头能够被用于铺砌相同的部件，但是通过使用第一挠性辊用于具有斜面的、大凹面的、大凸面的和/或蜂窝的区域而使用第二较小挠性辊用于部件的较平坦区域以依照待铺砌的部件的区域改变辊。
[0016]而且，依照所铺砌的纤维类型以及所使用的加热类型，有必要使用不同的辊。
[0017]依照本发明的头还能够与不同长度的辊联用，以使辊的长度适于铺砌带的宽度，也就是说，构成所放置的带的纤维的数量。例如，所述头为所谓的16根纤维头，其包括能够实现16根纤维的带的铺砌的主引导系统。所述头配备有不同长度的辊，短辊与8根纤维的带对应而长辊与16根纤维的带对应，以便所述头能够在不需要改变辊的情况下被用于铺砌不同部件，或所述头能够被用于铺砌相同的部件，但是通过使用最短辊用于具有如斜面的复杂表面区域而使用第二最长辊用于部件的较平坦的区域以依照待铺砌的部件的区域来改变辊。
[0018]将辊放置在远离主引导系统的非活动位置进一步允许容易进入所述引导系统，以及可能的纤维切割模块件、重定路径模块件和阻挡模块件，来实施维修操作。主引导系统例如固定地安装在头的支撑元件上，且辊在所述支撑元件上或在所述引导系统上可动地安装在其两个位置之间。依照一个实施例，所述头包括支撑结构，通过所述支撑结构，所述头能够固定至移位系统，具体地为机器人端的腕部，并且所述支撑元件以平移可动方式安装在所述支撑结构上，且通过至少一个压实缸在一个方向上弹性地偏置。
[0019]依照一个实施例，每一个施料辊绕布置于其旋转轴线