热处理和加固系统及方法
【专利摘要】提供了一种热处理和加固系统，包括：上腔室组合体、下腔室组合体、接合和出模站、传输组合体、自动或永久耦合系统、以及控制器。所述上腔室组合体耦合到所述下腔室组合体以形成封闭的充气空间，所述封闭的充气空间可操作地维持与工具相关的加压环境。接合和出模站接收工具并方便在工具处对未处理的组件进行接合、装袋和密封。传输组合体准确地将工具与上腔室组合体对齐地放置在下腔室组合体上。自动或永久耦合系统将服务提供给工具和封闭的充气空间。控制器根据一组处理参数引导将服务供应给封闭的充气空间和工具。这一组处理参数允许对单个的一组未处理的组件进行热处理和加固。
【专利说明】热处理和加固系统及方法
[0001]相关申请
[0002] 本专利申请依照35U.S.C.§ 119(e)要求以下美国临时专利申请的优先权，出于各种目的，通过引用方式将这些美国临时专利申请的全部内容并入到本文中，并且这些美国临时专利申请构成了本专利申请的一部分:
[0003]1.在2010年 11 月 5 日提交的题为“METHOD OF MAKING COMPOSITE PARTS BY USINGMEMBRANE PRESS”的美国临时专利申请N0.61/410，753 (律师档案号N0.1189-010PR0)，待决。
[0004]2.在 2011 年 6 月 10 日提交的题为 “RAPID CURE SYSTEM FOR THE MANUFACTUREOF COMPOSITE PARTS”的美国临时专利申请N0.61/495，661 (律师档案号N0.1189-011PR0),待决。
[0005]3.题为“Systems and Methods for Forming Composite components，，的美国临时专利申请N0.61/418，521。
【技术领域】
[0006]本公开涉及生产部件的系统，所述系统例如使用复合物生产例如用于汽车、航空、体育和其他产业的复合部件。所述系统能够在压力下(并且可选地在真空下)热处理和加固各种尺寸、外形和扁平部件。
【背景技术】
[0007]复合材料用于制造纤维增强复合(FRC)组件，这些组件可以用作现代高性能航空器中的关键组件，并且在诸如汽车产业或体育产业之类的陆地应用中也变得越来越普遍。复合材料具有许多的固有优良属性，包括重量轻、强度高和硬度等。特定对于航空器应用，在形状上可能较大且较复杂的这些复合材料组件往往是飞机的关键组件，因此需要严格确保材料和结构的完整性。遗憾的是，这些材料往往难于制造，且制造成本高。
[0008]典型的复合材料组件包括两层或更多层的机织物和/或单向纤维单丝(例如碳纤维、玻璃纤维等)，其在最终的热处理和加固状态下通过塑料树脂(例如环氧树脂)灌注。用于形成这样的复合组件的方法包括真空袋成形、加压袋成形、高压釜成形和树脂传递模塑(RTM)0
[0009]新的汽车产业规则(包括企业平均燃油经济性(CAFE)，头部撞击特性(HIC)和行人保护等)代表了对在汽车中使用的诸如钢铁之类的传统材料的挑战。相对于钢铁，FRC组件提供了包括强度、重量和能量吸收的物理属性的优异组合。这样，FRC组件能够符合这些新的需求，例如对轻量化和能量吸收的需求。然而，为了能够成本有效地替换钢铁，必须减少通过FRC组件制造所需的时间量和成本量。此外，制造具有美观表面(例如A级表面)的FRC组件不仅耗时，而且制造难度大。A级表面仅仅是具有曲率和切线对齐以实现理想的美观反射质量的表面。A级复合表面可以具有与下述各项相关的额外的A级需求:短程波度、长程波度、空隙以及其他缺陷和表面特征。人们往往将A级表面解释为具有从一个表面到另一个表面的曲率连续性。
[0010]通常在可利用真空、加热、冷却和压力的高压釜中制造复合部件。典型的处理室包括具有金属合模的压塑机、高压釜、和烘箱。可以通过人工或自动化手段将部件放置到模具轮廓中，并且可选地装袋以进行真空成形。通常通过运货车、传输机或其他的人工或自动化手段将制备的模具从组合体区域传输到处理室中。在关闭处理室后，通过真空和/或压力将层压制品加热成形到模具轮廓，并且进行热处理和加固。当完成处理时，从模具中获取组件。用于生产高性能复合物的现有的系统和处理被认为产能低且生产周期长(通常在一个小时到八个小时的范围)。通过热空气和加热的模具来完成加热，这种方式加热慢且冷却慢。
【发明内容】
[0011]在以下的附图的简要描述、【具体实施方式】和权利要求中进一步描述涉及操作装置和方法的实施例。根据以下参照附图给出的【具体实施方式】，其他特征将变得清楚。
[0012]本公开的一个实施例提供了一种用于对热处理和加固系统中的未处理的组件进行热处理和加固的方法。该方法涉及将第一工具放置在下腔室组合体上，所述第一工具被放置成与上腔室组合体对齐，所述第一工具接触并支撑一组未处理的组件。所述上腔室组合体耦合到下腔室组合体以形成封闭的充气空间，所述充气空间可操作地维持与所述第一工具相关的加压的环境。经由自动耦合系统将服务提供给所述第一工具，其中所述服务允许根据一组处理参数对工具中的未处理的组件进行热处理和加固。
[0013]另一个实施例提供了一种热处理和加固系统。该热处理和加固系统包括:上腔室组合体、下腔室组合体、第一接合和出模站、传输组合体、自动耦合系统、以及控制器。所述上腔室组合体耦合到所述下腔室组合体以形成封闭的充气空间，所述封闭的充气空间可操作地维持与工具相关的加压环境。第一接合和出模站接收工具并方便在工具处对未处理的组件进行接合、装袋和密封。传输组合体准确地将工具与上腔室组合体对齐地放置在下腔室组合体上。该传输物理地将工具从所述接合和出模站与所述上腔室组合体对齐地移动到所述下腔室组合体。自动耦合系统将服务提供给工具和封闭的充气空间。耦合到上腔室组合体、下腔室组合体接合和出模站、传输组合体和自动耦合系统的控制器根据一组处理参数引导将服务供应给封闭的充气空间和工具。该一组处理参数允许单个的一组未处理的组件与工具接触并由工具支撑，以便进行热处理和加固。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]结合附图并参照以下的【具体实施方式】来理解本公开的实施例，在附图中，相似的参考标记指代相似的特征，其中:
[0015]图1是根据实施例的热处理和加固系统的侧视图；
[0016]图2是根据实施例的自动耦合系统的横截面图；
[0017]图3是根据实施例的具有在模具工具上布置的预制材料的模具工具的部分横截面图；
[0018]图4是根据实施例的具有在模具工具上布置的真空袋的模具工具的部分立体图；
[0019]图5是根据实施例的具有在模具工具上且在预制材料的上方布置的真空袋的压型和模具工具的部分立体图；
[0020]图6是根据实施例的将模具工具与热处理和加固系统耦合的自动耦合系统的工具连接系统板的示意图；
[0021]图7是根据实施例的在压型周期期间将模具工具移动到压型中来开始并且在压型周期完成后从压型中移除一个或多个模具工具的馈送机构的部分立体比例工程图；
[0022]图8是根据实施例的热处理和加固系统的框图；以及
[0023]图9是根据实施例的与热处理和加固系统中的热处理和加固未处理组件的方法相关联的逻辑流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面参照附图描述本发明的一些实施例，在各个附图中，类似的标记用于指代类似和对应的部件。
[0025]实施例提供了用于通过热处理和加固形成复合组件的系统，所述复合组件例如是碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料或纤维增强复合(FRC)组件。FRC组件可用于许多产业中，例如汽车、船舶、军事防御、航空和医疗设备产业。实施例特别适用于形成跨整个车辆平台的A级FRC车身面板。车身面板和相关部件的示例包括但不限于防护罩、挡泥板、顶盖、摇杆、导流板、顶梁、垂直平面、翼子板、镜罩、导风板等。FRC组件的进一步的示例包括但不限于车厢盖、电池应用、操纵杆、保险杠、副架和其他结构组件。实施例并不限于形成任何特定类型的复合制品，并且这样的复合组件可以具有各种尺寸、形状和用途。还应当理解实施例并不限于任何特定的产业。
[0026]本公开的一个实施例提供了一种利用热处理和加固系统来热处理和加固未处理的组件的方法。该方法涉及将第一工具放置在下腔室组合体上，第一工具被放置为与上腔室组合体对齐，所述第一工具接触并支撑一组未处理的组件。上腔室组合体耦合到下腔室组合体来形成封闭的充气空间，所述充气空间可用于维持相对于第一工具的加压的环境。所述下腔室组合体可以是台板(即平坦表面)或具有一定体积的表面。通过服务接口将服务提供给第一工具，所述服务接口可以是永久或暂时的自动耦合系统。所述服务允许根据一组处理参数(即温度和压力分布图)来热处理和加固处在工具内的未处理的组件。
[0027]另一个实施例提供了一种热处理和加固系统。该热处理和加固系统包括上腔室组合体、下腔室组合体、第一接合(Iayup)和出模站、传输组合体、自动耦合系统和控制器。上腔室组合体耦合到下腔室组合体来形成封闭的充气空间，所述封闭的充气空间可用于维持与工具相关的加压的环境。第一接合和出模站接收工具并促进在工具处对未处理的组件进行接合、装包和密封。传输组合体准确地在下腔室组合体上与上腔室组合体对齐地放置工具。该传输物理地将工具与上腔室组合体对齐地从接合和出模站移动到下腔室组合体。自动耦合系统将服务提供给工具和封闭的充气空间。与上腔室组合体、下腔室组合体、接合和出模站、传输组合体和自动耦合系统耦合的控制器根据一组处理参数将服务导引至被供应到封闭的充气空间和工具。该一组处理参数使得独立的一组未处理的组件与工具接触并且由所述工具支撑，以被热处理和加固。
[0028]图1是根据实施例的热处理和加固系统的侧视图。该热处理和加固系统100包括下腔室组合体102、上腔室组合体104、传输机组合体106和液压机108、上腔室组合体导引部110、工具导引部112、安装到工具上的集成滚轴系统114、推拉组合体116、多个工具放置传感器118、风管120、热油管122和自动耦合系统124。在操作中，接合和出模站128处的工具126可以被装载有一组未处理的复合材料组件或一组要被热处理和加固的组件和/或被预备在所提供的热处理和加固系统中。在组件在工具126之内或之上已经被接合之后，组件可以被装袋。或者，当在热处理和加固系统中并不使用袋系统时，可以使用膜型压力机进行密封。另一个实施例可以使用被集成到上腔室组合体中的永久附着的袋和密封系统。耦合到工具并经由传输机组合体106的推拉组合体116将工具126从接合和出模站调换位置到位置上的点，所述位置位于与上腔室组合体104对齐的下腔室组合体102上。液压机108可以用于耦合并维持上腔室组合体104和下腔室组合体102之间的压力。下腔室组合体和上腔室组合体结合在一起来创建充气空间。沿着工具引导部112的各个传感器118将工具126的位置报告给控制器(未示出)，所述控制器指示热处理和加固系统的操作。
[0029]一旦对齐，就通过液压机108来降低上腔室组合体以与下腔室组合体102形成压力密封。工具126对齐并匹配到自动耦合系统124。自动耦合系统124可以提供各种服务给工具和由上腔室组合体104和下腔室组合体102形成的封闭的充气空间。这些服务可以包括用于相对于工具126对充气空间的环境进行加压的高压流体或气体。真空可以用于从要被在工具126处热处理和加固的所述一组组件中抽取空气或其他气体。在一个实施例中的热油可以用于通过传导和/或对流对要被热处理和加固的组件进行加热。其他的实施例可以放置散热器、红外面板、电阻式加热板或其他加热系统来提供热量以便热处理和加固工具126内的组件。由于工具可以涵盖80%或更多的充气空间，(使用或不使用垫片和分隔物)热量交换系统提供了一种在处理期间控制组件的热分布图的方法，该方法比使用传统的高压釜时的先前可用的方法更有效。例如，在高压釜中，工具占用了小于20%的室体积。这表示高压釜中的温度的快速变化在热力学上是非常低效的，这使得由于大多数高压釜的低热传导率和大多数工具的高热质量造成工具和材料被不均匀地加热，从而难于实现高压釜、工具和材料的均匀加热和控制。由于大多数高压釜的有限的热传导能力，因此特定材料中的失控的放热反应是大多数高压釜系统的另一个缺陷，所述高压釜系统可以较快的速率加热高压釜的空气，但其并不具有足够的热能量传导率来从材料吸取足够的放热热量。在这里描述的热传导和加固系统具有足以用于控制大多数放热反应的热传导能力，所述放热反应通常是反应性材料的快速加热速率的结果。工具126处的组件根据被维持为一组处理参数的且由控制器执行的压力和温度分布图而被热处理和加固。在热处理和加固之后，充气空间在打开前被减压。而且在打开之前，自动耦合系统可以被从工具中收回。该自动耦合系统是自密封系统，从而在工具中包含的热油、液压液体或其他流体不会从自动室耦合系统的上腔室组合体侧或工具侧在下腔室组合体上的充气空间中泄露。上腔室组合体被提升到一定高度以适应工具126的插入和收回。
[0030]图2是根据实施例的自动耦合系统124的更详细的横截面图。图2示出了上腔室组合体104和穿透上腔室组合体104的自动耦合系统。该耦合系统包括用于各种服务的外部连接202和内部自密封连接206，所述内部自密封连接206提供自密封和工具126和自动耦合系统124之间的自动耦合。如上所述，提供给外部连接202的服务可以包括热流体、真空、气体或流体、通信通路、注入材料、和/或液压系统，所述热流体用于根据所述一组处理参数对工具和组件进行加热和/或冷却，所述真空用于从未处理的组件中抽取气体，所述气体或流体用于根据一组处理参数对充气空间进行加压，所述通信通路用于在工具或充气空间与热处理和加固系统之间交换信息和/或控制信号，所述注入材料被注入到未处理的组件中，并且所述液压系统用于在允许工具被固定到自动耦合系统的自动耦合系统内致动机械系统。抽取气体不仅用于移除气体，而且还减小如果未移除气体而造成的空隙(void)。利用真空应用抽取气体通过创建压差、使得膜/真空袋以大气压或压差(如果使用部分真空的话)压缩层压制品来加固层压制品。由在膜/真空袋之下的真空应用创建的压差使得正大气压(大于一个大气压并且至多500psi或更多)被施加到工具和膜/真空袋之间放置的材料上。
[0031]液压系统可以用于操作将工具固定到自动耦合系统124的锁定机构。耦合系统锁定系统可以是液压系统或机电系统。液压推/拉系统208允许工具与室组合体结合(engage)/解除(disengage)。在其他实施例中，推/拉系统208还可以用作提供锁定机构的结合/解除机构。通信通路可以提供电或光通路以用于在充气空间中收集的传感器信息或从自动耦合系统提供到控制器的从工具收集的传感器信息。这可以允许控制器监视和控制在处理期间执行的处理的各个阶段，操纵热油的流动，或者操纵在工具和外源之间的热传导。此外，在工具上编码的标识可以经由通信通路被提供给控制器以确保基于组件和工具id选择适当的一组处理参数。尽管可选地，在工具中编码的标识便于工具和关联存储的处理参数之间的无缝连接，从而当在一个系统中使用多个独特的工具时，基于要被处理的位置中的工具自动选择被存储的处理参数。
[0032]在至少一些实施例中，适当的预制件工具用于支撑、结合、装包和密封未处理的组件。这些工具可以使用流体来加热或冷却工具，并且预制件工具用于形成复合组件。
[0033]图3是根据实施例的具有在模具工具上布置的预制材料的模具工具的示意图。模具工具300可以与压型302相接口。压型302还可以被称为压力压型、或囊压型、或者隔膜/膜压型。模具工具300用于在其上保持未处理的组件304。可选地，未处理的组件304被形成有预制件工具，并且通常包括纤维毡和树脂。这可以包括碳纤维、玻璃纤维、预浸溃的纤维和塑料纤维毡；和树脂薄膜层或注入的树脂。组件还可以被手动或自动地直接形成在工具中。模具工具300可以被加热和/或冷却以与未处理的组件304的树脂相互作用。
[0034]图4是模具工具的部分立体图。图5是具有在模具工具上且在预制材料的上方布置的真空袋的模具工具的部分立体图。参见图4和图5，所示的真空袋306被布置在模具工具300上。真空袋306用于从未处理的组件304形成FRC组件。真空袋306可以具有各种配置。真空袋306是利用集成的释放装置可重密封的以便于使用。袋可以包括一叠材料，包括密封带、玻璃层/释放薄膜(有时被穿孔)、皮革层、具有柔性膜(一般为硅)放置在其上的阻挡薄膜、或单次使用的真空袋薄膜。在一个实施例中，装袋系统是一条可重复使用的袋，其包括具有永久释放薄膜的预制硅膜和集成的皮革/密封外围，所述永久释放薄膜涂覆在袋的材料侧。真空袋306可以被抽空，并且用于将树脂驱入到未处理的组件304的纤维毡中。在其他实施例中，树脂可以被注入在工具中接合的未处理的组件作为通过自动耦合系统提供的所供应的服务之一。在特定的实施例中，真空袋306提供用于组件的删除，所述组件例如是皮革层、释放薄膜和/或带。其他的实施例可以将真空袋集成到上腔室组合体的内表面中或使用与上腔室组合体相集成的膜来形成FRC组件。
[0035]图6是将模具工具与热处理和加固系统耦合的自动耦合系统的工具连接系统板的示意图。工具连接系统600包括内部和外部连接602、外部和内部连接604、静态管线606、外部和内部连接608、以及通信通路连接610，所述内部和外部连接602用于馈送和返回热流体，所述外部和内部连接604用于真空管线，所述静态管线606用于模具工具的压力监视，所述外部和内部连接608用于封闭的充气空间的加压，并且所述通信通路连接610用于信息的交换，例如但不限于包括电阻式热设备(RTD)以用于温度监视和提供模具工具的反馈。还可以通过热电偶、光学高温计和其他类似系统来实现。实施例可以监视实际温度或温度的变化速率。工具连接系统包括用于将各个元件连接到模具工具300的多个连接和传感器，所述多个连接例如是流体馈送、流体返回。通常，元件提供服务和与模具工具300的连通。这些元件一般与模具工具300进行连通，例如与模具工具300进行流体连通。
[0036]在一些实施例中，工具连接系统包括电阻式热设备(RTD)阳性和阴性连接器，用于温度监视和模具工具300的馈送。除了 RTD之外或者替代RTD，还可以使用模具工具300的其他形式的温度和压力测量。这些形式包括热电偶、光学高温计和其他类似系统。实施例可以监视实际温度或温度的变化速率。
[0037]自耦合系统的内部连接包括用于热流体馈送和返回的连接、用于真空的连接和用于压型的压力监视的静态管线、和通信通路连接(光学或电学的)以将温度和压力监视数据和标识数据中继到控制器。自动耦合系统的内部连接600还包括用于将热流体馈送到工具的热流体排气阀602、用于返回热流体的热流体吸气阀604、第一对齐销612、真空连接器605和用于充气空间的压力监视的静态连接器606、通过由连接器607供应的液压致动器操作的锁定环、以及第二对齐销或套管614。
[0038]通过对充气空间进行加压，压力在压型周期期间被施加到模具工具300和未处理的组件以从未处理的组件304形成FRC组件。充气空间和模具工具300具有压力、温度和或真空分布图，其是由自动耦合系统的内部连接600给予的。热处理和加固系统包括用于支撑模具工具300的下部框架。
[0039]由可编程逻辑控制器(PLC)来监视和控制热处理和加固系统的操作，包括工具的定位和所施加的温度和压力。使用共享的处理设备和/或单独的处理设备来实现PLC。处理设备可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于操作指令操纵(模拟和/或数字)信号的设备。存储器可以是单个的存储器设备或多个存储器设备。这样的存储器设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器和/或用于存储数字信息的任何设备。需要注意的是，当基带处理模块经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现其功能中的一个或多个功能时，存储有对应的操作指令的存储器被嵌入有电路，所述电路包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路。
[0040]通常，在上腔室组合体联结下腔室组合体之后，利用公共连接设计来使得模具工具300和热处理和加固系统之间的连接自动实现。具体而言，一旦模具工具进入充气空间，工具和自动耦合系统的内部连接600彼此耦合并结合。一旦耦合，模具工具300和热处理和加固系统彼此处于流体中(并且通常进行电通信)。元件的耦合通常如下(一旦使得模具工具300和自动耦合系统结合):真空连接器耦合、静态连接器耦合、阳性锁定销和阴性锁定环耦合、对齐套管和对齐销耦合、RTD阳性连接器和RTD阴性连接器耦合、热流体进气阀耦合、和热流体出气阀耦合。包含连接的流体进行自密封以防止在此处理中流体泄露到充气空间中。这样的配置提供了制造多样性，例如允许使用多个工具变体(例如模具工具300变体)而不会出现附属的随时间的变化。例如，模具工具300的各种配置可以被利用并且经由连接系统被简单地“插入到”热处理和加固系统中。应当理解的是，模具工具300可以是各种尺寸、形状和配置的。
[0041]热处理和加固系统可以创建闭合的加压的环境，所述环境能够根据未处理的组件的需要以各种时间量被加压到各种压力。例如，热处理和加固系统能够创建闭合的充气空间，所述闭合的充气空间能够在大约2分钟内被加压到大约150psi。充气空间还能够被以大于或小于2分钟的各种时间量被加压到高于或低于大约150psi。处理压力可以在80到150psi的范围内，但也可以根据材料和期望的部件特性而更多或更少。至少一些实施例中的处理压力可以明显大于150psi ;例如一个实施例可以使用大约300psi的压力。类似地，至少一些实施例中的处理压力可以明显小于80psi。根据未处理的组件的属性和在处理中使用的树脂、材料或粘合剂来选择压力或压力范围。
[0042]在至少一些实施例中，图1的上腔室组合体中的液压致动器系统提供选择的压力给一些或整体的模具工具300，并且因此对未处理的组件304进行压型。可以使用诸如图形用户接口(⑶I)之类的人机接口(HMI)来监视和控制与处理相关联的处理参数。处理参数包括在处理周期期间的充气空间和工具的温度、压力、和/或真空。
[0043]图7是根据实施例的在压型周期期间将模具工具移动到压型中来开始并且在压型周期完成后从压型中移除一个或多个模具工具的馈送机构的部分立体比例工程图。馈送机构700在压型周期期间将模具工具300馈送到热处理和加固系统中并且在压型周期之后从热处理和加固系统移除模具工具300。馈送机构700可以耦合到托盘以保持、发送和接收模具工具300。在至少一个实施例中，馈送机构是耦合到工具或托盘的被供能的推/拉条。在至少一些实施例中，托盘可以与上腔室组合体和下腔室组合体相接口以形成压力边界。托盘还可以具有内部管线和连接，所述内部管线和连接允许通过移动工作台或托盘将服务提供给工具。托盘还可以是下腔室组合体的一部分。
[0044]图8提供了根据实施例的热处理和加固系统800的框图。热处理和加固系统800包括处理室802、至少一个接合和出模站804、可选的额外的接合和出模站806、传输组合体808、耦合系统810、控制器812和服务模块814。处理室802可以从结合下腔室组合体的上腔室组合体形成加压的封闭的充气空间，其中上腔室组合体经由液压压型系统816与下腔室组合体耦合和去耦合。接合和出模站804接收工具818，其中工具可以用作要被处理(SP要在处理室中被热处理和加固)的未处理的组件的支撑。接合可以涉及在经由传输组合体808从接合和出模站804传输到处理室802之前将未处理的组件接合、装袋和密封到工具818。
[0045]控制器812耦合到传感器网络820、液压压型816、处理室820、接合和出模站804、可选的接合和出模站806、传输组合体808、f禹合模块810和服务模块814。传输组合体引导工具从接合和出模站804移动到处理室802。工具被放置为使得工具能够以自动的方式耦合到耦合模块810。控制器812可以随后引导处理室闭合并且能够经由服务模块提供诸如加热、冷却、加压、真空、信息/数据的交换之类的服务。
[0046]控制器812引导服务模块执行一组处理参数，以根据预定的压力、温度和/或真空分布图固化(cure)工具818中的组件的接合。
[0047]在至少一些实施例中，提供了可以接收额外的工具822的额外的接合和出模站。这允许在工具822中接合、装袋和密封额外的一组未处理的组件，同时在工具818上处理第一组未处理的组件。这通过允许处理室的停机时间被最小化到仅仅将工具传输进和传输出处理室所需的时间，来允许显著地提高吞吐量。
[0048]耦合系统810可以穿透处理室壁、下腔室组合体或托盘支撑工具，并且按所述一组处理参数所需将服务提供给处理室的内部和工具。所有这些耦合系统可以是自密封系统，从而处理流体并不在处理室内或工具上泄露。这些服务还可以包括热流体、真空、气体、以及通信通路，所述热流体用于与工具或位于处理室内的其他热量交换结构交换热量，所述真空用于从未处理的组件抽取气体，所述气体用于对处理室802的封闭的充气空间进行加压，并且所述通信通路允许处理室内的传感器和工具将处理数据传送回控制器812。可以由控制器812使用与工具818或工具822相关联的进一步的标识信息以确定要被执行的一组处理参数，以对未处理的组件进行固化。诸如树脂之类的注入材料可以被注入到在工具中被接合和装袋的未处理的组件中，同时工具已经位于处理室中。液压系统还可以用于按控制器812的引导将工具固定到耦合系统。为了加快处理，工具818和822可以包括接收滑动块的托架。该滑动块可以保持一组未处理的组件。当在接合和出模站处接收滑动块时，滑动块可以被放置为托架上的单元，以便于在工具内接合组件。可以在如下的情况中使用大量的滑动块工具，在所述环境中与滑动块工具中的接合相关联的工作在实质上长于热处理/加固周期。与创建大量的完整工具相比，滑动块工具方法允许减小成本。该滑动块可以包括外壳，该外壳在被放置到加热的托架工具中之前，可以被“接合”和真空装袋，所述加热的托架工具传输进和传输出室/充气空间。
[0049]可以使用增强的纤维从复合材料制成这些组件，所述增强的纤维例如但不限于玻璃、碳、陶瓷、金属或聚合物纤维；复合基质材料例如但不限于热固性聚合物、热固性聚合物基质复合材料、热塑性聚合物基质复合材料、热塑性聚合物树脂、热固性聚合树脂；纤维/金属交织层压制品、纤维/低密度内核交织复合材料、低密度内核复合材料层压制品、金属基质复合材料、低熔点金属、低熔点金属基质复合材料；以及带有粘合剂或聚合物粘合剂的金属。
[0050]受垫片或分隔物的安装或移除的影响，处理室802的充气空间可以具有可变的体积，以便允许充气空间的体积在实质上匹配受处理的工具的尺寸。其他类型的加热和冷却可以包括红外辐射和/或微波辐射的使用。
[0051]图9是根据实施例的与热处理和加固系统中的热处理和加固未处理组件的方法相关联的(例如由控制器812执行的)逻辑流程图。操作900在框902中开始，其中第一工具被放置在下腔室组合体上。第一工具被放置为与上腔室组合体对齐，其中该第一工具支撑第一组未处理的组件。这些组件可以是金属、复合材料、玻璃纤维、热固性材料、热塑性塑料或其他类型的材料。在框904中，上腔室组合体和下腔室组合体结合或耦合以形成充气空间。该充气空间可以提供与工具和未处理的组件相关的加压环境，以使它们与加压环境接触并在其中被支撑。加压环境可以受控为具有特定的压力分布图以便在上腔室组合体内支持处理未处理的组件。在框906中，服务被经由耦合系统提供给充气空间中的工具。服务可以包括提供注入材料、用于以对充气空间进行加压的气体或流体、用于与充气空间中的热交换结构或工具交换热量的热油或流体、用于交换信息、数据和/或电信号的通信通路、以及真空，其中所述电信号包括到工具和充气空间中的其他特征的功率信号，并且所述真空可以根据所述一组处理参数被应用到未处理的组件。
[0052]在框908中，如一组处理参数引导的那样在充气空间中处理并且热处理和加固未处理的组件。与未处理的组件的处理相关联的进一步的步骤可以是经由耦合系统结合/解除工具作为充气空间。如上所述，服务可以被永久地附加到工具和/或充气空间，或者如当前所述它们可以被耦合或去耦合。上腔室组合体可以被打开，使得最小化上腔室组合体和下腔室组合体之间的分隔，从而开口仅足以向充气空间中的对齐位置传输工具以及从充气空间中的对齐位置传输工具。通过耦合到接合和出模站的传输组合体来方便此定位，其中工具可以被制备为用于处理，并且在处理之后处理组件可以被移除。在至少一些实施例中，该传输组件可以同时从充气空间中取回一个工具，同时将额外的工具与上腔室组合体对齐地放置在下腔室组合体上以用于进一步的处理。这最小化了打开充气空间所需的时间。
[0053]总而言之，实施例提供了一种热处理和加固系统。该热处理和加固系统包括上腔室组合体、下腔室组合体、第一接合和出模站、传输组合体、自动耦合系统和控制器。上腔室组合体耦合到下腔室组合体来形成封闭的充气空间，所述封闭的充气空间可用于维持与工具相关的加压的环境。第一接合和出模站接收工具并方便在工具处对未处理的组件进行接合、装包和密封。传输组合体准确地在下腔室组合体上与上腔室组合体对齐地放置工具。该传输物理地将工具从接合和出模站与上腔室组合体对齐地移动到下腔室组合体。自动耦合系统将服务提供给工具和封闭的充气空间。与上腔室组合体、下腔室组合体、接合和出模站、传输组合体和自动耦合系统耦合的控制器将服务导引以供应到封闭的充气空间和工具。
[0054]如本领域一般技术人员将理解的那样，在本文中使用的词语“实质上”或“大约”向其对应的词语提供了产业上可接受的容限。这样的产业上可接受的容限的范围是从小于百分之一到百分之二十，并且对应于但不限于组件值、集成电路处理变量、温度变量、上升和下降的次数、和/或热噪声。如本领域一般技术人员将能理解的那样，在本文中使用的词语“可操作地耦合”包括直接耦合和经由另一个组件、元件、电路或模块的间接耦合，其中对于间接耦合，居间的组件、元件、电路或模块并不修改信号的信息，而是修改其当前的电流电平、电压电平、和/或功率电平。如本领域一般技术人员也将能理解的那样，推断的耦合(即其中通过推断将一个元件连接到另一个元件)包括以与“可操作地耦合”相同的方式在两个元件之间的直接和间接耦合。
[0055]出于描述和说明的目的而已经呈现了本发明的一些实施例的以上描述。其并不意在是穷尽的或将本发明限制到所公开的具体形式，各种修改和变化鉴于以上的教诲都是可能的，并且可以从本发明的实践中获取。具体描述的实施例解释了主旨和实际应用，以使得本领域一般技术人员能够利用各个实施例并且构思出适合于特定使用的各种修改。期望的是本发明的范围由在这里所附的权利要求和它们的等同来定义。此外，应当理解的是，可以在这里进行的各种修改、替换和变化不偏离如由所附权利要求描述的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于对热处理和加固系统中的未处理的组件进行热处理和加固的方法，包括: 将第一工具放置在下腔室组合体上，所述第一工具被放置为与上腔室组合体对齐，其中所述第一工具接触并支撑第一组未处理的组件； 耦合所述上腔室组合体和所述下腔室组合体以形成充气空间，所述充气空间可操作地维持与所述第一工具相关的加压的环境； 经由服务接口将服务提供给所述第一工具和所述充气空间；以及热处理和加固所述第一工具中的第一组未处理的组件，其中根据一组处理参数引导的那样将所述服务供应给所述第一工具。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一工具实质上填充所述充气空间。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一工具填充大约80%的所述充气空间。
4.如权利要求1所述的方法，还包括: 经由所述服务接口从所述第一工具和所述充气空间解除服务，所述服务接口包括自动奉禹合系统； 从所述下腔室组合体去耦合所述上腔室组合体，以形成所述上腔室组合体和所述下腔室组合体之间的间隔；以及 经由所述间隔取回所述第一工具，所述间隔的高度基本上匹配但大于所述第一工具的高度。
5.如权利要求4所述的 方法，还包括: 将至少一个额外的工具放置在所述下腔室组合体上，所述至少一个额外的工具被放置成与所述上腔室组合体对齐，同时从所述充气空间中取回所述第一工具，所述至少一个额外的工具接触并支撑至少一组额外的未处理的组件。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述服务包括如下各项中的至少一项: 热流体，用以根据所述一组处理参数加热和/或冷却所述组件； 真空，用以从所述第一工具中的所述第一组未处理的组件抽取气体； 气体，用以根据所述一组处理参数对所述充气空间进行加压； 通信通路，用以在所述第一工具和所述热处理和加固系统之间交换信息和/或控制信号; 注入材料，用以被注入到所述未处理的组件中；或者 锁定致动器，用以将所述第一工具的机械系统锁定到所述耦合系统。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述信息包括工具标识符，基于所述工具标识符选择所述一组处理参数。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述信息包括处理数据，由所述一组处理参数来使用所述处理数据。
9.如权利要求1所述的方法，还包括: 由在所述第一工具、材料、和/或充气空间中嵌入的至少一个传感器来收集处理数据。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述处理数据包括温度、压力和/或材料状态数据。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述自动耦合系统是自密封系统。
12.如权利要求1所述的方法，还包括: 在所述热处理和加固系统的第一接合和出模站处，对所述第一工具中的第一组未处理的组件进行接合、装包和密封。
13.如权利要求1所述的方法，还包括: 在所述热处理和加固系统的第一接合和出模站处，对所述第一工具中的第一组未处理的组件进行接合、装包和密封；以及 在所述热处理和加固系统的至少一个额外的接合和出模站处，对至少一个额外的工具中的至少一组额外的未处理的组件进行接合、装包和密封；在所述第一工具处于所述充气空间中的同时进行所述至少一组额外的未处理的组件的接合、装包和密封。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述一组处理参数包括要被应用到所述未处理的组件的温度、压力和/或真空分布图。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述未处理的组件包括从包括如下各项的组中选择的至少一个类型的未处理的组件: 复合材料，包括:玻璃、碳、陶瓷、金属和/或聚合物纤维；以及复合基质材料，包括:热固性聚合物、热塑性聚合物；热固性聚合物基质复合材料、热塑性聚合物基质复合材料；热塑性聚合物树脂、和或热固性聚合物树脂； 纤维/金属交织层压制品； 纤维/低密度内核交织复合材料； 低密度内核复合材料层压制品； 金属基质复合材料；` 低熔点金属； 低熔点金属基质复合材料；以及 与聚合物粘合剂接合的金属。
16.如权利要求1所述的方法，还包括: 减小所述充气空间的体积，以基本上匹配所述第一工具的尺寸。
17.如权利要求1所述的方法，其中通过从包括如下各项的组中选择的至少一个热量传输方法来供应所述一组处理参数的加热/冷却分布图: 来自循环流体的传导和/或对流； 来自电加热器的传导和/或对流； 来自散热器的传导和/或对流； 红外加热；和 微波加热。
18.—种热处理和加固系统,包括: 上腔室组合体； 下腔室组合体，所述上腔室组合体可操作地耦合到所述下腔室组合体并形成封闭的充气空间，所述充气空间可操作地维持加压和/或温度受控的环境； 第一接合和出模站，用于接收第一工具； 传输组合体，其可操作地将来自所述第一接合和出模站的所述第一工具与所述上腔室组合体对齐地放置在所述下腔室组合体上； 自动耦合系统或永久连接，用于将服务提供给所述第一工具和所述充气空间；以及 耦合到所述上腔室组合体或下腔室组合体、所述传输组合体和所述自动耦合系统的控制器，所述控制器可操作地根据一组处理参数将所述服务引导到所述第一工具，所述一组处理参数可操作地对在所述第一工具中的第一组未处理的组件进行固化。
19.如权利要求18所述的热处理和加固系统，还包括用于接收至少一个额外的工具的至少一个额外的接合和出模站，所述控制器可操作地引导将所述第一工具取回到所述第一接合和出模站，同时将来自所述至少一个额外的接合和出模站的所述至少一个额外的工具与所述上腔室组合体相对齐地放置到所述下腔室组合体，所述第一工具在所述第一工具中的未处理的组件的热处理之后被取回。
20.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述自动耦合系统或永久连接穿透所述上腔室组合体或所述下腔室组合体，以将服务供应到所述封闭的充气空间中的第一工具。
21.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述自动耦合系统包括托盘，所述托盘可操作地: 耦合到所述第一工具、所述上腔室组合体和所述下腔室组合体； 将服务递送到所述工具和所述充气空间；并且 与所述上腔室组合体和下腔室组合体相组合地形成所述充气空间。
22.如权利要求21所述的热处理和加固系统，其中所述托盘可操作地耦合到至少一个额外的工具，所述托盘可操作地: 进行重新放置，使得所述至少一个额外的工具与所述上腔室组合体和所述下腔室组合体对齐；并且 与所述上腔室组合体和所述下腔室组合体相组合地形成与所述至少一个额外的工具相关的充气空间。
23.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述自动耦合系统或永久连接穿透所述上腔室组合体或所述下腔室组合体，以将服务供应到所述封闭的充气空间中的第一工具。
24.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述自动耦合系统和工具是自密封的系统。
25.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述服务包括如下各项中的至少一项: 热流体，用以根据所述一组处理参数加热和/或冷却所述未处理的组件； 真空，用以从所述封闭的充气空间中的所述工具中的所述未处理的组件抽取气体； 气体，用以根据所述一组处理参数对所述封闭的充气空间进行加压； 通信通路，用以在所述封闭的充气空间中的工具和所述热处理和加固系统之间交换信息和/或控制信号； 注入材料，用以被注入到所述未处理的组件中；或者 由所述封闭的充气空间中的工具中的液压、电或气动装置致动的机械系统。
26.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中: 所述第一接合和出模站方便对所述第一工具中的第一组未处理的组件的接合、装袋和密封。
27.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述第一工具包括用以接收包括所述第一组未处理的组件的滑动块的托架，在所述第一接合和出模站处接收所述滑动块。
28.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述一组处理参数包括用以对所述未处理的组件进行固化的温度、压力和/或真空分布图。
29.如权利要求18所述的热处理和加固系统，其中所述未处理的组件包括从包括如下各项的组中选择的至少一个类型的未处理的组件: 复合材料，包括:玻璃、碳、陶瓷、金属和/或聚合物纤维；以及复合基质材料，包括:热固性聚合物、热塑性聚合物；热固性聚合物基质复合材料、热塑性聚合物基质复合材料；热塑性聚合物树脂、和或热固性聚合物树脂； 纤维/金属交织层压制品； 纤维/低密度内核交织复合材料； 低密度内核复合材料层压制品； 金属基质复合材料； 低熔点金属； 低熔点金属基质复合材料；以及 与聚合物粘合剂接合的金属。
30.一种通过处理制成的经过热处理和加固的材料，包括: 一组未处理的组件，其中所述未处理的组件包括从包括如下各项的组中选择的至少一个类型的未处理的组件:` 复合材料，包括:玻璃、碳、陶瓷、金属和/或聚合物纤维；以及复合基质材料，包括:热固性聚合物、热塑性聚合物；热固性聚合物基质复合材料、热塑性聚合物基质复合材料；热塑性聚合物树脂、和或热固性聚合物树脂； 纤维/金属交织层压制品； 纤维/低密度内核交织复合材料； 低密度内核复合材料层压制品； 金属基质复合材料； 低熔点金属； 低熔点金属基质复合材料；以及 与聚合物粘合剂接合的金属。 在第一工具中对所述组件进行接合、装袋和密封； 所述第一工具被放置在热处理和加固系统的充气空间中，所述热处理和加固系统可操作地处理单个工具，所述充气空间的体积基本上匹配所述第一工具的体积，由自动耦合系统将所述第一工具和充气空间耦合到服务，所述自动耦合系统可操作地将服务从所述热处理和加固系统提供到所述第一工具和充气空间，在所述热处理和加固系统和所述一组未处理的组件之间进行热交换，根据由所述热处理和加固系统执行的一组处理参数进行所述热交换，进行所述热交换以热处理和加固所述一组未处理的组件，从而产生经过热处理和加固的材料；以及 使得所述经过热处理和加固的材料从所述第一工具中出模。
【文档编号】B29C31/00GK103492163SQ201180064249
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2011年11月4日 优先权日:2010年11月5日
【发明者】罗纳德·M·雅各布森, 安东宁·佩尔克, 小卡尔文·D·班福德, 特伦斯·威廉·库克, 维克托·韦恩·克罗斯顿, 拉塞尔·卡维尔·沃里克 申请人:轻量实验室有限责任公司