BR102012015808A2

BR102012015808A2 - deposiÇço de fibra e resina automatizada para infusço de resina

Info

Publication number: BR102012015808A2
Application number: BRBR102012015808-6A
Authority: BR
Inventors: Michael D Silcock; Christopher A Howe; Brice A Johnson
Original assignee: Boeing Co
Priority date: 2011-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-07-09
Also published as: KR101900957B1; CN102837434A; US9889612B2; US20120325398A1; US11260606B2; ES2643475T3; US20180162072A1; CA2775329A1; US8900391B2; CA2976484C; JP6058297B2; CA2976484A1; EP2540480B1; PT2540480T; EP2540480A1; CN102837434B; KR20130001689A; US20150034247A1; JP2013006415A; BR102012015808B1

Abstract

DEPOSIÇçO DE FIBRA E RESINA AUTOMATIZADA PARA INFUSçO DE RESINA. A presente invenção refere-se a uma estrutura compósita que é fabricada pelo empilhamento de pelo menos uma prega de reforço de fibra e pelo menos uma camada de resina em uma ferramenta. A camada de filme de resina é formada pelo assentamento de tiras de filme de resina. O reforço de fibra é infundido com resina da camada de resina.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DEPOSIÇÃO DE FIBRA E RESINA AUTOMATIZADA PARA INFUSÃO DE RESINA”.

CAMPO TÉCNICO

A presente descrição refere-se em geral à fabricação de estruturas compósitas, e lida mais particularmente com um método e um aparelho para a deposição de reforços de fibra e filme de resina usados para infundir os reforços com resina.

ANTECEDENTES

Estruturas compósitas grandes podem ser fabricadas com o uso 10 de equipamento automatizado como máquinas de assentamento de fita automático e máquinas de colocação de fibra automática. Estas máquinas automatizadas empilham lâminas sobre uma ferramenta ao depor múltiplos estratos de fita pré-impregnada ou estopas. O empilhamento automatizado de materiais pré-impregnados possui diversas desvantagens, incluindo a 15 vida de çrateleira relativamente curta de materiais pré-impregnados, a potencial formação de goma nas cabeças de colocação de fita, a necessidade de autoclaves intensivas em capital para a cura e limitações na variedade de formatos pré-impregnados que estejam disponíveis.

Algumas das desvantagens acima podem ser superadas com o 20 uso de técnicas de moldagem líquidas, como, por exemplo, sem limitação, infusão de resina de pré-formas de fibra. Contudo, o processo de infusão de resina também tem algumas desvantagens, incluindo a flexibilidade limitada em controlar o local e deposição de resina em ferramentas convencionais e dificuldades em infundir resinas de módulo alto ou altamente endurecidas 25 em estruturas grandes. Além disso, a infusão de resina consome tempo e requer disposições de aniagem e sistemas de transferência de resina relativamente complexos e pode requerer que técnicos entrem em contato direto com resinas. Além disso, a infusão de resina pode ser relativamente dispendiosa em termos de desperdício material e materiais consumíveis.

A fim de melhorar a distribuição de resina e reduzir os tempos de

processamento, foi proposto infundir pré-formas de fibra com o uso de peças de filme de resina que são seccionadas a partir de uma folha grande e colocadas em um mandril seguido por uma pré-forma seca. Uma barragem relativamente complexa e diversos materiais consumíveis são exigidos para controlar o fluxo de resina. Assim, o processo e equipamento de infusão de filme de resina podem não ser adequados aos ambientes de produção mais ele5 vados, onde a automação é desejável.

Técnicas de pulverização de resina têm sido utilizadas nas quais a resina é depositada com o uso de uma pistola de pulverização por meio automatizado em uma ferramenta . Contudo, esse processo requer que a ferramenta seja mantida a temperaturas baixas a fim de controlar a mudança 10 de estado da resina de líquido a sólido quando transferida da pistola de pulverização para a ferramenta.

Por conseguinte, existe uma necessidade de um método de fabricar estruturas compósitas, particularmente estruturas de grande escala, com o uso de um processo de infusão de resina que reduz os custos e é 15 bem adequado à automatização. Existe também a necessidade de um método e um aparelho para a deposição automatizada de filmes de resina que permite taxas de assentamento elevadas, controle melhorado sobre a qualidade, localização e distribuição da resina, e que permite a utilização de resinas de módulo elevado e endurecidas.

SUMÁRIO

O método e o aparelho descritos fornecem uma deposição automatizada de filmes de resina que pode ser utilizada na infusão de resina de pré-formas de fibra para produzir estruturas compósitas de grande escala. As modalidades descritas permitem a deposição de resina em um formato 25 adaptado que atende a requisitos de processo e projeto, ao mesmo tempo em que reduz o peso e consegue uma baixa utilização de energia e materiais. O processo automatizado de deposição de resina descrito pode reduzir os custos recorrentes ao eliminar etapas do processamento anteriormente requeridas para preparar o material. Qualidade e desempenho aprimorados 30 podem ser alcançados através de automatização altamente repetível. O desperdício material pode também ser reduzido ao minimizar ou eliminar o contato direto entre operadores e resinas. A necessidade de processamento de autoclave pode ser eliminada, bem como a necessidade de potes de resina, tubulação e instalações de manipulação de resina.

De acordo com uma modalidade descrita, um método é fornecido para fabricar uma estrutura compósita. O método compreende alimentar um filme de resina a um rolo de compactação, mover o rolo de compactação ao longo da superfície do substrato, e compactar o filme sobre e/ou dentro do substrato à medida que o rolo se move ao longo do substrato. Alimentar o filme de resina inclui guiar uma tira de filme de resina para o rolo de compactação, e cortar o filme de resina nos comprimentos desejados à medida que o rolo de compactação se move ao longo da superfície de substrato. O método pode adicionalmente compreender alimentar um reforço de fibra a um rolo de compactação, e compactar o reforço de fibra no substrato à medida que o rolo se move ao longo do substrato. O reforço de fibra e o filme de resina podem ser alimentados para o rolo de compactação de modo substancialmente simultâneo. Um manipulador automaticamente controlado pode ser usado para mover o rolo de compactação ao longo do substrato e colocar as tiras de filme de resina substancialmente de borda a borda.

De acordo com outra modalidade descrita, é fornecido um método de fabricar uma estrutura compósita, que compreende alimentar de modo separado um reforço de fibra e um filme de resina a um rolo de compactação. O método também inclui mover o rolo de compactação ao longo da superfície do substrato, e compactar o filme de resina e o reforço de fibra contra o substrato com o uso do rolo de compactação. Alimentar de modo separado o reforço de fibra e o filme de resina pode incluir tirar tiras do reforço de fibra e o filme de resina das bobinas e guiar as tiras para o rolo de compactação. Em uma modalidade, o reforço de fibra é alimentado entre o substrato e o filme de resina, enquanto em outra modalidade o filme de resina é alimentado entre o substrato e o reforço de fibra. O método adicionalmente compreende cortar comprimentos do reforço de fibra e do filme de resina à medida que o rolo de compactação se move ao longo da superfície do substrato.

De acordo com uma modalidade adicional, é fornecido um método de fabricar uma estrutura compósita. O método compreende montar um laminado em uma ferramenta, o que inclui empilhar pelo menos uma prega do reforço de fibra na ferramenta e empilhar pelo menos uma camada de resina em uma ferramenta ao empilhar tiras de um filme de resina. O método também compreende infundir o reforço de fibra com resina da camada de 5 resina. Empilhar as tiras de filme de resina pode incluir o uso de um efetor de extremidade para cortar o filme de resina nos comprimentos desejados, e o uso do efetor de extremidade para compactar as tiras de filme contra a ferramenta. Infundir o reforço de fibra pode incluir selar um saco de vácuo sobre o laminado, evacuar o saco de vácuo e aplicar calor ao laminado.

De acordo com outra modalidade adicional, é fornecido um apa

relho para fabricar uma estrutura compósita, que compreende um efetor de extremidade adaptado para ser movido ao longo da superfície de um substrato, e um fornecimento de filme de resina no efetor de extremidade. O aparelho adicionalmente compreende um rolo de compactação no efetor de ex15 tremidade para compactar o filme de resina contra o substrato à medida que o efetor de extremidade se move ao longo da superfície de substrato. O fornecimento de filme pode incluir uma bobina de filme de resina, e o efetor de extremidade pode incluir um guia para guiar o filme de resina da bobina para o rolo de compactação, e um cortador para cortar o filme de resina nos com20 primentos desejados. O aparelho pode também incluir uma bobina de reforço de fibra no efetor de extremidade e um guia para guiar o reforço de fibra da bobina para o rolo de compactação.

Em síntese, de acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um método de fabricar uma estrutura compósita, que inclui alimentar sepa25 radamente um reforço de fibra e um filme de resina a um rolo de compactação; mover o rolo de compactação ao longo da superfície de um substrato; e compactar o filme de resina e o reforço de fibra contra o substrato com o uso do rolo de compactação.

De modo vantajoso, o método no qual se alimenta de modo separado o reforço de fibra e o filme de resina inclui tirar uma tira do reforço de fibra de uma bobina de fornecimento de fibra, e tirar uma tira de filme de resina de um filme de uma bobina de fornecimento de resina, e guiar as tiras do reforço de fibra e o filme de resina para o rolo de compactação.

De modo vantajoso, o método no qual o reforço de fibra é alimentado entre o substrato e o filme de resina, e compactar o filme de resina e a fibra inclui usar o rolo de compactação para compactar o filme de resina sobre o reforço de fibra.

De modo vantajoso, o método no qual o filme de resina é alimentado entre o substrato e o reforço de fibra, e compactar o filme de resina e a fibra inclui usar o rolo de compactação para compactar o reforço de fibra sobre o filme de resina.

De modo vantajoso, o método adicionalmente inclui cortar com

primentos do reforço de fibra e dos filmes de resina à medida que o rolo de compactação se move ao longo da superfície de substrato.

De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um método de fabricar uma estrutura compósita, que inclui montar um laminado em 15 uma ferramenta, que inclui empilhar pelo menos uma prega de um reforço de fibra na ferramenta e empilhar pelo menos uma camada de resina na ferramenta ao empilhar tiras de um filme de resina; e infundir o reforço de fibra com resina da camada de resina.

De modo vantajoso, o método em que empilhar as tiras de filme de resina inclui usar um efetor de extremidade para cortar as tiras de filme de resina, e usar o efetor de extremidade para compactar as tiras de filme contra a ferramenta.

De modo vantajoso, o método em que empilhar a prega de reforço de fibra inclui usar o efetor de extremidade para cortar tiras de reforço de fibra nos comprimentos desejados, e usar o efetor de extremidade para compactar os comprimentos de corte do reforço de fibra contra a ferramenta.

De modo vantajoso, o método em que infundir o reforço de fibra inclui selar um saco de vácuo sobre o laminado, evacuar o saco de vácuo, e aplicar calor ao laminado.

De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um

método de laminar uma estrutura compósita de aeronave, o que inclui mover um efetor de extremidade sobre a superfície de uma ferramenta; usar um manipulador programado para controlar automaticamente o movimento do efetor de extremidade sobre a superfície de ferramenta; tirar uma tira de filme de resina de uma bobina de filme de resina no efetor de extremidade; cortar a tira de filme de resina em um comprimento desejado; alimentar o 5 comprimento de corte de filme de resina a um rolo de compactação no efetor de extremidade; tirar uma tira de reforço de fibra seca de uma bobina do reforço de fibra seca no efetor de extremidade; cortar a tira de reforço de fibra seca em um comprimento desejado; alimentar o comprimento de corte da tira de filme de resina para um primeiro rolo; usar o primeiro rolo para com10 pactar o comprimento de corte da tira de filme de resina contra a ferramenta; alimentar o comprimento de corte do reforço de fibra seca para um segundo rolo; usar o segundo rolo para compactar o comprimento de corte do reforço de fibra seca contra a ferramenta em alinhamento com a tira de filme de resina compactada; controlar de modo independente a pressão de compacta15 ção aplicada pelos primeiro e segundo rolos na tira de filme de resina e na tira de reforço de fibra seca, respectivamente.

De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para empilhar uma estrutura compósita de aeronave, que inclui um manipulador; um efetor de extremidade armado no manipulador, o efetor de 20 extremidade, que inclui um quadro, uma bobina de filme de resina no quadro, uma bobina de reforço de fibra seca no quadro, um rolo de compactação no quadro para compactar tiras de um filme de resina e o reforço de fibra sobre uma ferramenta, guias no quadro para guiar as tiras das bobinas para o rolo, um mecanismo de cortar no quadro para cortar o filme de resina e o reforço 25 de fibra em tiras de comprimentos desejados, um carretei de captação no quadro para captar um papel de forro no filme de resina; um controle de compactação para controlar a pressão de compactação aplicada pelo rolo, e um controlador para controlar a operação do manipulador, do efetor de extremidade e do controle de compactação.

Outros recursos, benefícios e vantagens das modalidades des

critas se tornarão aparentes a partir da descrição seguinte das modalidades, quando vistas em conformidade com os desenhos e reivindicações anexos. BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES

A figura 1 é uma ilustração de um digrama que mostra as etapas de um método de fabricar uma estrutura compósita com o uso de deposição automatizada de filme de resina.

A figura 2 é uma ilustração de uma vista em seção transversal

de uma montagem de laminado ensacada a vácuo usada no método de fabricação mostrado na figura 1.

A figura 3 é uma ilustração de um diagrama funcional em bloco para empilhar pregas dos laminados mostrados na figura 1.

A figura 4 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma

modalidade do efetor de extremidade que forma parte do aparelho mostrado na figura 3.

A figura 5 é uma ilustração de uma vista seccional tirada ao longo da linha 5-5 na figura 4.

A figura 6 é uma ilustração de uma vista lateral de outra modali

dade do efetor de extremidade.

A figura 7 é uma ilustração da área designada como "figura 7" na

figura 6.

A figura 8 é uma ilustração de uma vista lateral de uma modalidade adicional do efetor de extremidade.

A figura 9 é uma ilustração da área designada como "figura 9" na

figura 8.

A figura 10 é uma ilustração de ainda outra modalidade do efetor de extremidade.

A figura 11 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de um mé

todo de formar os laminados mostrados na figura 1 com o uso do efetor de extremidade descrito.

A figura 12 é uma ilustração de um diagrama de metodologia de serviço e produção de aeronave.

A figura 13 é uma ilustração de um diagrama em bloco de uma

aeronave.

DESCRIÇÃO DETALHADA Referindo-se primeiro à figura 1, uma estrutura compósita 20 pode ser fabricada com uso de ferramenta I padrão ou não padrão 22 e laminado automatizado. No exemplo ilustrado, a estrutura compósita 20 é um painel plano formado em ferramental substancialmente plano 22 apoiado em 5 uma base de ferramenta 24, contudo, outras geometrias de ferramental 22 podem ser empregadas, o que inclui aquelas com contornos simples ou complexos. Como mostrado em 28, um manipulador 27 que compreende um robô, sistema de pórtico ou outro sistema de manuseio é controlado automaticamente por um controlador 30 e inclui um efetor de extremidade 26 para 10 empilhar múltiplas camadas 50 e pregas 52 no ferramental 22.

Como mostrado em 31, as camadas 50 e pregas 52 são empilhadas com o uso de bobinas 32, 34 de filme de resina contínuo e reforço de fibra seca, respectivamente. O filme de resina pode ser selecionado para efetuar impregnação e distribuição de resina efetiva sobre o reforço de fibra 15 seca com o uso de processos robóticos. O filme de resina pode ser do tipo termofixo, como, por exemplo, sem limitação, bismaleimida ou benzoxazina de epóxi termofixas, de modo alternativo, contudo, o filme de resina pode ser um termoplástico ou uma combinação de um termofixo e um termoplástico. O filme de resina pode conter agentes endurecedores, que incluem enchi20 mentos orgânicos ou inorgânicos. O reforço pode ser qualquer formato de fibra contínuo. O filme de resina é calculado para fornecer um peso de área, espessura, estado físico e estado químico desejado a fim de atender aos requerimentos de processamento para alcançar deposição, consolidação, cura e propriedades de laminado eficientes.

As bobinas 32, 34 são respectivamente carregadas nos porta

bobinas 32a, 34a que são montados no efetor de extremidade 26 mostrado em 36. Conforme o efetor de extremidade 26 é movido sobre a ferramenta 22 pelo manipulador 27, as tiras 38, 40 de filme de resina e fibra seca são respectivamente tiradas dos porta-bobinas 32a, 34a e são alimentadas para 30 o rolo de compactação 42, em relação de sobreposição substancialmente alinhada entre si. O rolo de compactação 42 compacta as tiras sobrepostas 38, 40 sobre um substrato 44 que pode compreender qualquer superfície de apoio adequada, como, por exemplo, sem limitação, o ferramental 22 ou uma camada subjacente 50 ou prega 52 que tenha sido anteriormente laminada de modo manual ou automático pelo efetor de extremidade 26. O efetor de extremidade 26 lamina os percursos 98 das tiras 38, 40 em relação borda 5 a borda e geralmente paralelas entre si. Como será discutido abaixo, o efetor de extremidade 26 pode ser usado para fixar os percursos de camada dupla 98 que compreendem uma camada de filme de resina 38, e uma camada (prega) do reforço de fibra 40 como discutido acima, ou, de modo alternativo, pode ser usado para fixar um percurso de camada única, seja do filme de 10 resina 38, seja do reforço de fibra 40.

Como mostrado em 46, o efetor de extremidade 26 pode ser usado para montar um laminado 48a que compreende um empilhamento 50a de camadas individuais de resina 50 que são laminadas sobre o empilhamento 52a de pregas de reforço de fibra 52. As pregas 52 podem ter diferen15 tes orientações de fibra, de acordo com um planejamento de prega predeterminado para uma estrutura particular. De modo alternativo, um laminado 48b pode ser formado ao empilhar de modo alternado camadas entrefolhadas 50 de filme de resina 38 e pregas 52 de reforço de fibra 40, com o uso de tiras de camada dupla 98 descritas anteriormente. Após o laminado 48 ter 20 sido montado no ferramental 22, como mostrado em 54, o laminado 48 pode ser compactado e curado com o uso de processos fora de autoclave, como, por exemplo, processamento de saco de vácuo e forno de cura. Por exemplo, referindo-se à figura 2, um laminado 48a montado em ferramental 22 compreende um empilhamento 50a de camadas de resina 50 laminadas sobre 25 um empilhamento 52a de pregas de reforço de fibra 52 das orientações de fibras desejadas. Outras camadas 62 de materiais consumíveis, como, por exemplo, respiradouros, pregas de remoção, etc. são colocados sobre o laminado 48a. Um saco de vácuo 49 é colocado sobre o laminado 48a e vedado ao ferramental 22 por vedações de borda 64 que podem compreender 30 fita selante convencional. Uma fonte de vácuo adequada 66 é acoplada ao saco 49 a fim de evacuar o saco 49 de ar, umidade e substâncias voláteis.

Retornando à figura 1, como mostrado em 56, o laminado ensacado a vácuo 48a é colocado em um forno 58 onde calor 60 é usado para curar o laminado 48a. Outro equipamento pode ser empregado para aquecer o laminado 48a, como, por exemplo, sem limitação, autoclaves, micro-ondas, moldes integralmente aquecidos, etc., todos não mostrados. Durante o pro5 cesso de cura, o calor 60 derrete as camadas de resina 50, permitindo que uma quantidade controlada de resina flua nas pregas de reforço de fibra 52 de modo substancialmente uniforme, infundindo assim reforço de fibra com resina conforme a pressão de compactação é aplicada ao laminado 48a através do saco de vácuo 49 (figura 2).

A figura 3 ilustra em termos gerais os componentes funcionais

do aparelho que pode ser usado na execução do método de fabricar estruturas compósitas mostrado na figura 1. O efetor de extremidade 26 é montado no manipulador 27 e inclui um controle de compactação 85 que controla a quantidade de pressão de compactação aplicada pelo rolo de compactação 42. Um controlador 30, que pode compreender qualquer computador programado de maneira adequada, controla a operação do manipulador 27, o controle de compactação 85 e funções do efetor de extremidade 26. O efetor de extremidade 26 inclui uma bobina de filme de resina 32 e uma bobina de reforço de fibra 34 contidas, respectivamente, nos porta-bobinas 32a, 34a. As tiras 38, 40 do filme de resina e o reforço de fibra são respectivamente dirigidos pelas guias 82, 84 para um mecanismo de corte 88 e rolo de compactação 42. O mecanismo de corte 88 corta as tiras 38, 40 no comprimento desejado conforme as tiras 38, 40 estão sendo compactadas em um substrato 44 pelo rolo de compactação 42. O efetor de extremidade 26 pode adicionalmente incluir um carretei de captação de papel de forro 96 que capta um papel de forro 94 na tira de filme de resina 38 conforme o papel de forro 94 é removido da tira de filme de resina 38 após passar através das guias 82, imediatamente antes de ser compactado contra o substrato 44. O controle de compactação 85, assim como outras funções do efetor de extremidade 26, pode ser controlado pelo controlador 30 conforme mostrado na figura 1.

A figura 4 ilustra detalhes adicionais de uma modalidade do efetor de extremidade 26. Os porta-bobinas 32a, 34a, carretei de captação 96 e mecanismo de corte 88 são montados no quadro 74. O quadro 74 inclui uma chapa 72 que é montada de modo lateral em uma segunda chapa 70 presa a um braço 68 do manipulador 27. Um cilindro pneumático 76 preso à chapa 70 tem um eixo de saída 78 acoplado à chapa 72. O cilindro pneumático 76 5 move a chapa 72 e, por conseguinte, o quadro 74 na direção mostrada pela seta 80 em direção ou na direção contrária ao substrato 44.

A montagem deslizante das chapas 70, 72 junto com o cilindro pneumático 76, fornece um controle de compactação 85 que permite que a pressão de compactação aplicada pelo rolo 42 seja ajustada. Uma tira de 10 filme de resina 38 tirada do porta-bobinas 32a passa através de um guia 82 que direciona a tira de filme de resina 38 para um estreitamento 86 entre o rolo de compactação 42 e o substrato 44. A tira de filme de resina 38 pode incluir um papel de forro 94 para impedir que camadas torcidas do filme de resina 38 na bobina 32 (figura 1) adiram entre si. O papel de forro 94 é re15 movido do filme de resina 38 após a passagem deste pela guia 82, e é envolto em torno do carretei de captação 96.

Os porta-bobinas 32a, 34a são substancialmente alinhados entre si na direção de deslocamento 75 do efetor de extremidade 26 sobre o substrato 44, de modo que a tira de filme de resina 38 e a tira de reforço de 20 fibra 40 se sobreponham e estejam substancialmente alinhadas entre si quando depositadas e consolidadas no substrato 44 pelo rolo de compactação 42. As tiras 38, 40 são tiradas do porta-bobinas 32a, 34a a substancialmente à mesma taxa e passam respectivamente através das guias 82, 84 que direcionam as tiras 38, 40 em relação de sobreposição para o estreita25 mento 86. O mecanismo de corte 88 pode compreender um cilindro pneumático 92 preso ao quadro 74 que reciproca com uma lâmina de corte 90. A lâmina de corte 90 corta simultaneamente as tiras 38, 40 nos comprimentos desejados.

A tira de filme de resina 38 é consolidada pelo rolo de compactação 42 embaixo da tira de fibra seca 40. A aderência da tira de filme de resina 38 serve como um adesivo que forma uma ligação moderada com o substrato 44 e a tira de fibra 40 sob a qual está instalada. Em algumas modalidades, a depender do sistema de resina em particular que é empregado, pode ser necessário ou desejável aquecer a tira de filme de resina 38 para aumentar sua aderência à medida que entra no estreitamento 86. Este processo de aquecimento pode ser executado com o uso de qualquer uma den5 tre uma variedade de técnicas e dispositivos, como, por exemplo, sem limitação, um aquecedor infravermelho, um maçarico a gás ou um laser (todos não mostrados). O peso de área da tira de filme de resina 38 pode ser predefinido para controlar a fração do volume de fibra da estrutura curada 20 (figura 1). Embora não mostrados na figura 4, as guias 82, 84 podem incor10 porar acionamentos de rolos que inicialmente tiram tiras 38, 40 dos portabobinas 32a, 34a até que as tiras entrem no estreitamento 86. Uma vez que as tiras 38, 40 tenham entrado no estreitamento 86, o movimento do efetor de extremidade 26 tira as tiras 38, 40 dos porta-bobinas 32a, 34a e os acionamentos de rolos podem ser desenergizados. Detalhes adicionais de guias, 15 rolos, mecanismos de filetagem e acionamento para controlar o trajeto e movimento das tiras 38, 40 no efetor de extremidade 26 podem ser encontrados na patente n° U.S 4.699.683 e patente U.S. n° 7.213.629, publicação de patente U.S. n° 20070029030A1 publicada em 8 de fevereiro de 2007 e em pedido de patente U.S. No. de série 12/038.155 depositado em 27 de feve20 reiro de 2008, cujas patentes e pedidos de patente são incorporados a título de referência no presente documento.

Na modalidade mostrada na figura 4, uma tira de camada dupla 98 é assentada no substrato 44, na qual a tira de filme de resina 38 é imprensada entre o substrato 22 e a tira de reforço de fibra 40 que a cobre. 25 Esta disposição permite que o laminado de camadas de resina entrefolhadas 50 e pregas de reforço de fibra 52 formem o laminado 48b mostrado na figura 1. O efetor de extremidade 26 mostrado na figura 4 pode também ser usado para empilhar tiras de camada única 98 que compreendem somente uma tira de filme de resina 38 ou somente uma tira de reforço de fibra 40 ao 30 controlar os acionamentos anteriormente discutidos em conexão com as guias 82, 84, e/ou ao remover uma das bobinas 32, 34 (figura 3) dos portabobinas 32a, 34a. A figura 6 ilustra uma modalidade alternada do efetor de extremidade 26, similar àquele mostrado na figura 5, mas que é dedicado a fixar percursos 98 do filme de resina 38 no substrato 34, que pode ser uma préforma de fibra seca. Como previamente mencionado, o substrato 44 pode compreender uma ferramenta 22, uma camada 50 de filme de resina anteriormente assentado (figura 2) ou uma prega 52 de um reforço de fibra. Uma tira de filme de resina 38 puxada de um porta-bobinas 32a passa através de um guia 82 que direciona a tira 38 para o estreitamento 86 entre o substrato 22 e um rolo de compactação 42 que compacta a tira 38 contra o substrato. Um carretei da captação 96 capta um papel de forro 94 que é removido da tira 38 depois de a tira 38 ter sido consolidada sob o rolo de compactação 42. Isso reduz a possibilidade de o rolo 42 ficar engomado pela resina e permite que a tira 38 seja cortada mais facilmente. A figura 7 ilustra uma tira de filme de resina 38 após ter sido depositada e compactada contra o substrato 44, após o papel de forro 94 ter sido removido.

A figura 8 ilustra uma modalidade adicional do efetor de extremidade 26, que pode ser usado para fixar percursos de múltiplas camadas 98 nos quais o reforço de fibra 30 é deposto entre o substrato 44 e o filme de resina 38, como mostrado na figura 9. Nessa modalidade, os porta-bobinas 32a, 34a são posicionados no quadro 74 de modo que a tira de fibra 40 se posicione entre a tira de filme de resina 38 e o substrato 44 à medida que entra no estreitamento 86 entre o rolo de compactação 42 e o substrato 44. O papel de forro 94 pode permanecer nas tiras de filme de resina 38 e ser removido posteriormente, reduzindo assim a possibilidade de a resina entrar em contato com o corpo de funcionários. Após a remoção do papel de forro 94, a camada exposta 50 (figura 1) formada pelas tiras de filme de resinas depositadas 38 provê uma superfície aderente à qual a pré-forma de fibra ou outro substrato pode aderir. De modo alternativo, em outra modalidade, o papel de forro 94 pode ser removido imediatamente e rolado para um carretel da captação 96.

A atenção se volta agora para a figura 10, que ilustra ainda outra modalidade do efetor de extremidade 26. Nesta modalidade, os portabobinas 32a, 34a localizam-se em quadros separados 74a, 74b que estão armados em um suporte comum 77 conectado a um braço 68 do manipulador 27. Os porta-bobinas 32a, 34a estão alinhados entre si na direção de percurso 75 e alimentam respectivamente as tiras de filme de resina 38 e 5 tiras de reforço de fibras 40 para os rolos de compactação independentes 42a, 42b. Os mecanismos de corte 86a, 86b estão montados nos quadros 74a, 74b para cortar de modo independente as tiras 38, 40 nos comprimentos desejados. Controles de compactação separados 85a, 85b entre os quadros 74a, 74b e o suporte comum 77 permitem que a força de compactação 10 aplicada pelos rolos 42a, 42b sejam ajustadas de modo independente entre si. Na modalidade mostrada na figura 10, as tiras de fibra 40 são depositadas antes das tiras de resina 38, contudo, ao reverter a posição dos dois quadros 74a, 74b, as tiras de resina 38 podem ser depositadas antes de as tiras de fibra 40 serem depositadas.

A atenção se volta agora para a figura 11, que ilustra as etapas

de um método de deposição de filme de resina, e opcionalmente para a deposição de reforço de fibra junto com o filme de resina depositado. A começar pela etapa 100, a bobina 32 do filme de resina é carregada no portabobinas 32a em um efetor de extremidade 26. Dependendo do sistema de 20 resina em particular a ser usado, pode ser necessário ou desejável refrigerar, ou arrefecer de outro modo, a bobina 32 e/ou o porta-bobinas 32a antes do uso. Em 102, uma tira 38 do filme de resina é alimentada para um guia 82 e em 104, o guia 82 é usado para guiar a tira de filme de resina 38 para um rolo de compactação 42. Nessas aplicações em que a tira de reforço de fibra 25 40 também está sendo depositada, a tira de filme de resina 38 pode ser guiada sob ou sobre a tira de fibra de reforço 40. Em 106, a tira de filme de resina 38 é cortada no comprimento desejado à medida que é tirada do portabobinas 34a.

Em 108, o papel de forro 94 de uma tira de filme de resina 38 pode ser opcionalmente removido e captado em um carretei de captação 96 à medida que a tira de filme de resina 38 está sendo compactada contra o substrato 44 pelo rolo de compactação 42. Em 110, o rolo de compactação 42 é usado para compactar as tiras cortadas nos comprimentos 38 do filme de resina sobre o substrato 44, que, como previamente discutido, pode compreender o ferramental 22, uma camada de resina anteriormente assentada 50, ou uma prega anteriormente assentada 52 de reforço de fibra. Em 122, o

5 efetor de extremidade 26 é movido sobre o substrato 44 a fim de fixar uma tira 38 do filme de resina e compactar a tira 38 contra o substrato 44. Dependendo do sistema de resina em particular que é empregado, pode ser necessário aquecer a tira de filme de resina 38 imediatamente antes de sua compactação contra o substrato 44 de forma que a tira de filme 38 possua a 10 aderência necessária para causar a sua aderência ao substrato 44 durante o processo de compactação.

As etapas opcionais 112 a 120 podem ser executadas a fim de empilhar tiras 40 de reforço de fibra à medida que as tiras de filme de resina 38 estão sendo assentadas no substrato 44. A começar pela etapa 112, a 15 bobina de reforço de fibra é carregada em um porta-bobinas 34a no efetor de extremidade 26. Em 114, uma tira 40 do reforço de fibra é alimentada para um guia 84. A guia 84 direciona a tira de reforço de fibra 40 para o rolo de compactação 42, seja por cima ou por baixo da tira de filme de resina 38. Em 118, a tira de reforço de fibra 40 é cortada no comprimento desejado e é 20 compactada no substrato 44 na etapa 120.

Modalidades da descrição podem ser úteis em uma variedade de aplicações potenciais, particularmente no setor de transportes, incluindo, por exemplo, aplicações automotivas, navais e aeroespaciais. Assim, referindo-se agora às figuras 12 e 13, modalidades da descrição podem ser u25 sadas no contexto de um método de serviço e fabricação de aeronaves 124, como mostrado na figura 12, e uma aeronave 126, como mostrado na figura

13. Aplicações em aeronaves das modalidades descritas podem incluir, por exemplo, sem limitação, membros compósitos reforçados como, por exemplo, revestimentos de fuselagem, revestimentos de asa, superfícies de con30 trole, escotilhas, painéis de chão, painéis de porta, painéis de acesso e empenagens, para nomear alguns. Durante a pré-produção, o método exemplificativo 124 pode incluir a especificação e o plano 128 da aeronave 126 e o aprovisionamento de material 130. Durante a produção, a fabricação de submontagem e componente 132 e a integração de sistema 134 da aeronave 126 acontece. Depois disso, a aeronave 126 pode passar para certificação e entrega 136 a fim de ser colocada em serviço 138. Enquanto a serviço 5 de um cliente, a aeronave 126 é programada para um serviço de manutenção e rotina 140 (que também pode incluir modificação, reconfiguração, renovação, e assim por diante).

Cada um dos processos do método 124 pode ser desempenhado ou executado por um integrador de sistema, uma terceira parte, e/ou um 10 operador (por exemplo, um cliente). Para os propósitos dessa descrição, um integrador de sistema pode incluir, sem limitação, qualquer número de fabricantes de aeronaves e subcontratantes de sistema principal; uma terceira parte pode incluir, sem limitação, qualquer número de vendedores, subcontratante, e fornecedores; e um operador pode ser uma companhia aérea, 15 companhia de arrendamento, entidade militar, organização de serviço, e assim por diante.

Como mostrado na figura 13, a aeronave 126 produzida por método exemplificativo 124 pode incluir uma estrutura de avião 142 com uma pluralidade de sistemas 144 e um interior 146. Exemplos de sistemas de alto 20 nível 144 incluem um ou mais dentre um sistema de propulsão 148, um sistema elétrico 150, um sistema hidráulico 152 e um sistema ambiental 154. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Embora um exemplo de aeronave seja mostrado, os princípios da descrição podem ser aplicados a outras indústrias, como, por exemplo, as indústrias automotiva e naval.

Sistemas e métodos expressados no presente documento po

dem ser empregados durante qualquer número de estágios do método de produção e serviço 124. Por exemplo, componentes ou submontagens que correspondem ao processo de produção 132 podem ser fabricados ou manufaturados de maneira similar aos componentes ou submontagens produzi30 dos enquanto a aeronave 126 está em serviço. Ademais, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação destas pode ser utilizada durante os estágios de produção 132 e 134, por exemplo, ao acelerar substancialmente a montagem ou ao reduzir o custo de uma aeronave 126. De modo similar, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação destas pode ser utilizada enquanto a aeronave 126 está em serviço, por exemplo, e sem limitação, para manutenção e serviço 140.

Embora as modalidades desta descrição tenham sido descritas em relação a determinadas modalidades exemplificativas, deve ser entendido que as modalidades específicas são para fins de ilustração e não de limitação, assim como outras variações ocorrerão para os versados na técnica.

Claims

1. Método de fabricar uma estrutura compósita, que compreende: alimentar um filme de resina a um rolo de compactação; mover o rolo de compactação ao longo da superfície de um substrato; e compactar o filme no substrato à medida que o rolo se move ao longo do substrato.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que alimentar o filme de resina inclui: guiar uma tira do filme de resina para o rolo de compactação, e cortar a tira de filme de resina nos comprimentos desejados à medida que o rolo de compactação se move ao longo da superfície de substrato.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, que compreende adicionalmente: alimentar um reforço de fibra para o rolo de compactação; e compactar o reforço de fibra no substrato à medida que o rolo se move ao longo do substrato.

4. Método, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o filme de resina e o reforço de fibra são alimentados para o rolo de compactação e compactados no substrato de maneira substancialmente simultânea.

5. Método, de acordo com qualquer reivindicação precedente, que adicionalmente compreende: guiar uma tira do reforço de fibra para o rolo de compactação, e cortar a tira do reforço de fibra nos comprimentos desejados à medida que o rolo de compactação se move ao longo da superfície de substrato.

6. Método, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que: o filme de resina é alimentado ao rolo de compactação em tiras, e um manipulador automaticamente controlado é usado para mover o rolo de compactação ao longo do substrato e colocar as tiras de filme de resina substancialmente de borda a borda.

7. Método, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que: o reforço de fibra e o filme de resina são alimentados de modo separado para um rolo de compactação.

8. Aparelho para fabricar uma estrutura compósita, que compreende: um efetor de extremidade adaptado para ser movido ao longo da superfície de um substrato; um suprimento de filme de resina no efetor de extremidade; e um rolo de compactação na cabeça do efetor de extremidade para a compactação do filme de resina contra o substrato à medida que o efetor de extremidade se move ao longo da superfície de substrato.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, em que: o fornecimento do filme de resina inclui uma bobina de filme de resina, e o efetor de extremidade inclui um guia para guiar o filme de resina da bobina para o rolo de compactação, e um cortador para cortar o filme de resina nos comprimentos desejados.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8 ou reivindicação 9, que compreende adicionalmente: uma bobina de um reforço de fibra no efetor de extremidade, e em que o efetor de extremidade inclui adicionalmente um guia para guiar o reforço de fibra da bobina para o rolo de compactação, e um cortador para cortar o reforço de fibra nos comprimentos desejados.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, que compreende adicionalmente: um manipulador automaticamente controlado para mover o efetor de extremidade ao longo da superfície do substrato; um fornecimento de um reforço de fibra no efetor de extremidade, e em que o efetor de extremidade inclui guias para guiar o filme de resina e o reforço de fibra do fornecimento de filme de resina e o fornecimento do reforço em relação de sobreposição substancialmente alinhada para o rolo de compactação.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, em que o efetor de extremidade inclui pelo menos um cortador para cortar o filme de resina e o reforço guiado para o rolo de compactação nos comprimentos desejados.