BR102018004513B1 - METHOD FOR GENERATING A LAYER FORMATION OF A LAMINATE, NON-TRAINER COMPUTER READABLE MEDIUM, AND, SYSTEM FOR GENERATING A LAYER FORMATION OF A LAMINATE - Google Patents

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Abstract

Sistemas e métodos são providos para o projeto de compósitos planos que são formados em formas 3D. Uma modalidade é um método que inclui carregar dados definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita, identificar restrições com base nas dimensões da forma 3D, simular achatamento da forma 3D para uma forma planar, e adquirir um mandril tendo a forma planar. O método inclui ainda a colocação de características no mandril que permitem que um laminado seja formado em camadas sobre o mandril compense as restrições durante formação do laminado para a forma 3D, e gerar um programa de Controle Numérico (CN) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado. O programa de NC inclui instruções para formar em camadas estopas de material constituinte sobre o mandril tendo as características, para formar camadas do laminado.Systems and methods are provided for the design of flat composites that are formed into 3D shapes. One embodiment is a method that includes loading data defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part, identifying constraints based on the dimensions of the 3D shape, simulating flattening the 3D shape to a planar shape, and acquiring a mandrel having the planar shape. The method further includes placing features on the mandrel that allow a laminate to be formed in layers on the mandrel, compensating for constraints during forming the laminate into 3D shape, and generating a Numerical Control (NC) program that directs a placement machine. of Automated Fiber (AFP) forming the laminate in layers. The NC program includes instructions for layering tows of constituent material onto the mandrel having the characteristics to form layers of the laminate.

Description

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[001] A invenção refere-se ao campo de materiais compósitos e, em particular, à formação de camadas efetuada por uma máquina de Colocação de Fibras Automatizada (AFP) (também conhecida como uma máquina de Formação de camadas de fita Automatizado, ATL).[001] The invention relates to the field of composite materials and, in particular, to the formation of layers carried out by an Automated Fiber Laying (AFP) machine (also known as an Automated Tape Layering Machine, ATL) .

FUNDAMENTOSFUNDAMENTALS

[002] Peças compósitas, como aquelas feitas de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), combinam altos níveis de resistência mecânica com baixo peso. Esta combinação é desejável no campo de projeto e fabricação de aeronaves. A fabricação de uma peça compósita envolve formar em camadas material constituinte em camadas para formar um laminado. O material constituinte pode compreender uma fita que inclui fibras de carbono paralelas pré-impregnadas com resina curável. Essa fita pré-impregnada é também chamada de fita “pre-preg”. Máquinas AFP podem ser utilizadas para, de modo previsível e confiável, executar a formação de camadas de fita pre-preg de modo automatizado baseado em programa de Controle Numérico (NC). O laminado resultante é, então, curado para endurecer em uma peça compósita.[002] Composite parts, such as those made from carbon fiber reinforced polymer (CFRP), combine high levels of mechanical strength with low weight. This combination is desirable in the field of aircraft design and manufacturing. Manufacturing a composite part involves layering constituent material into layers to form a laminate. The constituent material may comprise a ribbon including parallel carbon fibers pre-impregnated with curable resin. This pre-impregnated tape is also called “pre-preg” tape. AFP machines can be used to predictably and reliably perform the formation of pre-preg tape layers in an automated manner based on a Numerical Control (NC) program. The resulting laminate is then cured to harden into a composite part.

[003] Muitas formas desejadas para peças compósitas são complexas e tridimensionais (3D). Embora máquinas AFP sejam capazes de realizar a formação de camadas de formas 3D complexas, a velocidade de operação de uma máquina AFP, especialmente quando formando em camadas cantos agudos, é substancialmente reduzida. Desse modo, a quantidade de tempo (e, por conseguinte, dispendiosa) envolvida na formação de camadas de laminados 3D complexos é substancialmente maior do que para laminados planos (por exemplo, laminados que têm largamente formas planares, e que têm um peso menor do que um décimo de suas larguras e/ou comprimento. Adicionalmente, pode ser particularmente difícil manter um laminado em uma forma 3D antes do laminado ter sido curado.[003] Many desired shapes for composite parts are complex and three-dimensional (3D). Although AFP machines are capable of layering complex 3D shapes, the operating speed of an AFP machine, especially when layering sharp corners, is substantially reduced. Therefore, the amount of time (and therefore expense) involved in forming layers of complex 3D laminates is substantially greater than for flat laminates (e.g., laminates that have largely planar shapes, and that have a lower weight than than one-tenth of its width and/or length. Additionally, it can be particularly difficult to maintain a laminate in a 3D shape before the laminate has been cured.

[004] Projetistas de peças compósitas podem utilizar máquinas AFP para formar em camadas laminados planos para serem curados em peças compósitas planas, mas os laminados planos falham na captura de qualquer geometria superficial complexa desejada para uma peça compósita (por exemplo, assegurando uma forma aerodinâmica). Adicionalmente, não é viável a formação de laminados planos em formar formas 3D complexas. Isto se deve à fibra de carbono dentro de um laminado plano ser altamente resistente ao estiramento. Desse modo, rugas podem se formar na forma resultante à medida que o laminado plano é formado (por exemplo, moldado).[004] Composite part designers can use AFP machines to layer flat laminates to be cured into flat composite parts, but the flat laminates fail to capture any complex surface geometry desired for a composite part (e.g., ensuring an aerodynamic shape ). Additionally, it is not feasible to form flat laminates into complex 3D shapes. This is because the carbon fiber within a flat laminate is highly resistant to stretching. Therefore, wrinkles may form in the resulting shape as the flat laminate is formed (e.g., molded).

[005] Assim, projetistas de peças compósitas continuam na busca de técnicas para formar uma peça de contorno complexo a partir de material plano, sem a geração de rugas.[005] Therefore, designers of composite parts continue to search for techniques to form a part with a complex contour from flat material, without generating wrinkles.

SUMÁRIOSUMMARY

[006] Modalidades descritas aqui geram projetos para que laminados planos incluam características que possibilitem laminados planos serem formados (por exemplo, estampados/prensados/moldados) em formas 3D complexas sem formação de vincos, enrugamento, empenamento ou fissuramento. Esses laminados “2,5D” incluem características de formação de camadas (por exemplo, material em excesso) em locais predefinidos. Estas características possibilitam que suas correspondentes localizações sejam formadas de acordo com uma forma 3D desejada sem perder integridade estrutural. Em outras modalidades, uma máquina AFP formando em camadas esses laminados pode detectar discrepâncias em colocação por estopa durante a formação de camadas físico, e alterar um programa de NC direcionando a formação de camadas, de modo a assegurar que novas camadas de fita sejam colocadas sobre os vãos.[006] Embodiments described here generate designs for flat laminates to include features that enable flat laminates to be formed (e.g., stamped/pressed/molded) into complex 3D shapes without creasing, wrinkling, warping or cracking. These “2.5D” laminates include layering characteristics (e.g., excess material) at predefined locations. These features enable their corresponding locations to be formed according to a desired 3D shape without losing structural integrity. In other embodiments, an AFP machine layering such laminates can detect discrepancies in tow placement during physical layering, and alter an NC program directing layering so as to ensure that new layers of tape are placed on top. the gaps.

[007] Uma modalidade é um método que inclui dados de carregamento definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita, identificando limitações baseadas em dimensões da forma 3D, simulando achatamento da forma 3D para uma forma planar, e adquirindo um mandril tendo uma forma plana. O método inclui ainda características de colocação no mandril que permitem uma formação em camadas de laminados sobre o mandril para compensar as limitações durante a formação do laminado para a forma 3D, e gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de colocação de fibra automatizada (AFP) que forma em camadas o laminado. O programa de NC inclui instruções para a estopa de formação de camadas de material constituinte sobre o mandril tendo as características, para formar camadas do laminado.[007] One embodiment is a method that includes loading data defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part, identifying limitations based on dimensions of the 3D shape, simulating flattening the 3D shape to a planar shape, and acquiring a mandrel having a flat shape. The method further includes mandrel placement features that allow layering of laminates on the mandrel to compensate for limitations during forming the laminate into 3D shape, and generating a Numerical Control (NC) program that directs a placement machine. automated fiber (AFP) that forms the laminate in layers. The NC program includes instructions for forming layers of constituent material onto the mandrel having the characteristics to form layers of the laminate.

[008] Outra modalidade é um meio legível por computador não transitório incorporando instruções programadas que, quando executadas por um processador, são operáveis para a execução do método. O método inclui a colocação de características em um mandril planar que permitem uma formação de camadas laminado sobre o mandril para compensar restrições correspondentes a uma forma tridimensional (3D) durante a formação do laminado na forma 3D, e gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado. O programa de NC inclui instruções para formação de camadas de fios de material constituinte sobre o mandril planar, incluindo as características colocadas no mandril, para formar camadas do laminado. O método inclui também a formação de camadas do laminado de acordo com o programa de NC, e formar o laminado para a forma 3D.[008] Another embodiment is a non-transitory computer-readable medium incorporating programmed instructions that, when executed by a processor, are operable to execute the method. The method includes placing features on a planar mandrel that allow laminate layering on the mandrel to compensate for constraints corresponding to a three-dimensional (3D) shape during forming the laminate into the 3D shape, and generating a Numerical Control (NC) program. ) that directs an Automated Fiber Placement (AFP) machine to form the laminate in layers. The NC program includes instructions for forming layers of strands of constituent material onto the planar mandrel, including features placed on the mandrel to form layers of the laminate. The method also includes forming layers of the laminate according to the NC program, and forming the laminate into 3D shape.

[009] Outra modalidade é um sistema que inclui uma memória que armazena dados definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita. O sistema inclui ainda um controlador que carrega os dados, identifica restrições com base nas dimensões da forma 3D, achata a forma 3D para uma forma planar, e coloca características na forma planar que permitem um laminado formado em camadas compensar as restrições durante a formação do laminado para a forma 3D. O controlador gera também um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para as estopas de formação de camadas e material constituinte para formar camadas do laminado.[009] Another embodiment is a system that includes a memory that stores data defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part. The system further includes a controller that loads data, identifies constraints based on the dimensions of the 3D shape, flattens the 3D shape to a planar shape, and places features on the planar shape that allow a layered laminate to compensate for constraints during sheet formation. laminated to 3D shape. The controller also generates a Numerical Control (NC) program that directs an Automated Fiber Laying (AFP) machine to layer the laminate, the NC program including instructions for layering tow and constituent material for forming layers of the laminate. laminate.

[0010] Uma modalidade adicional é um método que inclui a formação de uma peça compósita por meio de: formar em camadas um laminado bidimensional (2D) sobre u mandril que tem características que fazem com que dobras sejam formadas em camadas de modo que cisalhante esperado entre as dobras seja já incorporado no laminado bidimensional (2D), e formar o laminado bidimensional (2D) em um pré-formado com contorno complexo, incluindo a efetivação do cisalhante esperado entre as dobras.[0010] An additional embodiment is a method that includes forming a composite part by: layering a two-dimensional (2D) laminate on a mandrel that has characteristics that cause folds to be formed in layers such that expected shear between the folds is already incorporated into the two-dimensional (2D) laminate, and form the two-dimensional (2D) laminate in a preform with a complex contour, including the effect of the expected shear between the folds.

[0011] Outras modalidades exemplificativas (por exemplo, métodos e mídia legível por computador relativo às modalidades antecedentes) serão descritas abaixo. A características, funções e vantagens explicadas podem ser obtidas, de modo independente, em várias modalidades, ou podem ser combinadas em outras modalidades, cujos detalhes podem ser visualizados com referência à descrição e desenhos a seguir.[0011] Other exemplary modalities (e.g., methods and computer-readable media relative to the preceding modalities) will be described below. The explained features, functions and advantages may be obtained independently in various embodiments, or may be combined in other embodiments, the details of which may be viewed with reference to the following description and drawings.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0012] Algumas modalidades da presente invenção serão descritas agora, apenas pode meio de exemplo, e com referência aos desenhos anexos. O mesmo número de referência representa o mesmo elemento ou o mesmo tipo de elemento em todos os desenhos.[0012] Some embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, and with reference to the attached drawings. The same reference number represents the same element or the same type of element in all drawings.

[0013] A figura 1 é um diagrama de uma máquina AFP em uma modalidade exemplificativa.[0013] Figure 1 is a diagram of an AFP machine in an exemplary embodiment.

[0014] A figura 2 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de projeto de formação de camadas interagindo com uma máquina AFP formando em camadas um laminado plano em uma modalidade exemplificativa.[0014] Figure 2 is a block diagram illustrating a layering design system interacting with an AFP machine to layer a flat laminate in an exemplary embodiment.

[0015] As figuras 3A-3B são fluxogramas ilustrando um método para gerar uma formação de camadas de um laminado que será formado em uma forma 3D em uma modalidade exemplificativa.[0015] Figures 3A-3B are flowcharts illustrating a method for generating a layer formation of a laminate that will be formed into a 3D shape in an exemplary embodiment.

[0016] A figura 4 é um fluxograma ilustrando um método para revisões no decorrer de execução para um programa de NC direcionando uma máquina AFP em uma modalidade exemplificativa.[0016] Figure 4 is a flowchart illustrating a method for revisions in the course of execution for an NC program driving an AFP machine in an exemplary embodiment.

[0017] A figura 5 é um diagrama ilustrando uma peça compósita em uma modalidade exemplificativa.[0017] Figure 5 is a diagram illustrating a composite part in an exemplary embodiment.

[0018] A figura 6 é um diagrama ilustrando uma primeira formação de camadas para a peça compósita da figura 5 em uma modalidade exemplificativa.[0018] Figure 6 is a diagram illustrating a first formation of layers for the composite part of Figure 5 in an exemplary embodiment.

[0019] A figura 7 é um diagrama ilustrando uma formação de camadas adicional para a peça compósita da figura 5 em uma modalidade exemplificativa.[0019] Figure 7 is a diagram illustrating additional layer formation for the composite part of Figure 5 in an exemplary embodiment.

[0020] As figuras 8-9 são diagramas ilustrando uma estopa direcionada em uma formação de camadas para uma peça compósita em uma modalidade exemplificativa.[0020] Figures 8-9 are diagrams illustrating a tow directed in a layer formation for a composite part in an exemplary embodiment.

[0021] A figura 10 é um diagrama de uma peça compósita 3D formada de um laminado em uma modalidade exemplificativa.[0021] Figure 10 is a diagram of a 3D composite part formed from a laminate in an exemplary embodiment.

[0022] As figuras 11-12 são vistas do laminado usado para formar a peça compósita da figura 10 em uma modalidade exemplificativa.[0022] Figures 11-12 are views of the laminate used to form the composite part of figure 10 in an exemplary embodiment.

[0023] A figura 13 é um fluxograma de metodologia de produção e manutenção de aeronave em uma modalidade exemplificativa.[0023] Figure 13 is a flowchart of aircraft production and maintenance methodology in an exemplary modality.

[0024] A figura 14 é um diagrama em bloco de uma aeronave em uma modalidade exemplificativa.[0024] Figure 14 is a block diagram of an aircraft in an exemplary embodiment.

DESCRIÇÃODESCRIPTION

[0025] As figuras e a descrição a seguir ilustram modalidades exemplificativas específicas da invenção. Deverá ser apreciado, assim, que alguém versado na técnica será capaz de imaginar vários arranjos que, embora não explicitamente descritos ou mostrados aqui, incorporam os princípios da invenção e estão incluídos no escopo da invenção. Adicionalmente, qualquer exemplo descrito aqui se destina a ajudar no entendimento dos princípios da invenção, e devem ser considerados como sendo sem limitação a estes exemplos e condições especificamente citados. Como resultado, a invenção não está limitada às modalidades ou exemplos específicos descritos abaixo, mas pelas reivindicações e suas equivalentes.[0025] The following figures and description illustrate specific exemplary modalities of the invention. It should therefore be appreciated that one skilled in the art will be able to imagine various arrangements which, although not explicitly described or shown here, embody the principles of the invention and are included within the scope of the invention. Additionally, any examples described herein are intended to aid in understanding the principles of the invention, and should be considered as being without limitation to these specifically cited examples and conditions. As a result, the invention is not limited to the specific embodiments or examples described below, but by the claims and their equivalents.

[0026] A figura 1 é um diagrama ilustrando a máquina AFP 100 que é montada a um suporte 170 em uma modalidade exemplificativa. A máquina AFP 100 compreende qualquer sistema ou dispositivo capaz de formar em camadas estopas 152 de material constituinte para formar um laminado 150 para curar em uma peça compósita. A máquina AFP 100 inclui um efetor/cabeça 180, que dispensa estopas 152 de material constituinte curável (por exemplo, fita de fita de carbono pre-preg para uma peça de CFRP) durante formação de camadas. AS estopas 152 são formadas em camadas para formar laminado 150, que compreende uma ou mais camadas de material que serão curadas em uma única peça compósita monolítica.[0026] Figure 1 is a diagram illustrating the AFP machine 100 that is mounted to a support 170 in an exemplary embodiment. The AFP machine 100 comprises any system or device capable of layering tow 152 of constituent material to form a laminate 150 for curing into a composite part. The AFP machine 100 includes an effector/head 180, which dispenses tows 152 of curable constituent material (e.g., pre-preg carbon tape tape for a CFRP part) during layer formation. The tow 152 is formed in layers to form laminate 150, which comprises one or more layers of material that will be cured into a single monolithic composite piece.

[0027] À medida que a máquina AFP 100 opera para formar em camadas estopas 152 sobre laminado 150, a máquina AFP 100 pode se mover diretamente em direção ao/em direção contrária ao laminado 150 ao longo do eixo X 166, verticalmente para cima/para baixo ao longo do eixo Y 164, e/ou lateralmente ao longo do eixo Z 162. Como usado aqui, quando a máquina AFP forma em camadas múltiplas estopas 152 concorrentemente durante uma única “varredura” da cabeça 180, aquelas estopas 152 são coletivamente referidas como um “curso” único. Um conjunto de cursos não sobrepostos que são aplicados consecutivamente pode ser referido como uma camada. Uma vez que as camadas são adicionadas ao laminado 150, a resistência da peça compósita é beneficamente realçada.[0027] As the AFP machine 100 operates to layer tow 152 onto laminate 150, the AFP machine 100 may move directly toward/away from the laminate 150 along the X axis 166, vertically upward/ downward along the Y axis 164, and/or sideways along the Z axis 162. As used herein, when the AFP machine forms multiple layers of tow 152 concurrently during a single “sweep” of the head 180, those tow 152 are collectively referred to as a single “course”. A set of non-overlapping strokes that are applied consecutively can be referred to as a layer. Once the layers are added to the laminate 150, the strength of the composite part is beneficially enhanced.

[0028] De modo a assegurar que as estopas 152 são formadas em camadas rápida e eficientemente, as operações de máquina AFP 100 são controladas por um programa de NC. Em uma modalidade, o programa de NC provê instruções na base de curso por curso para alinhar/reposicionar a máquina AFP 100, mover a cabeça 180, e formar em camadas estopas 152 sobre o laminado 150. Desse modo, pela execução das instruções do programa de NC, a máquina AFP 100 fabrica um laminado para ser curado em uma peça compósita.[0028] In order to ensure that the tow 152 is formed into layers quickly and efficiently, the operations of the AFP machine 100 are controlled by an NC program. In one embodiment, the NC program provides instructions on a stroke-by-stroke basis to align/reposition the AFP machine 100, move the head 180, and layer tow 152 onto the laminate 150. Thereby, by executing the program instructions of NC, the AFP 100 machine manufactures a laminate to be cured into a composite part.

[0029] Embora a máquina AFP 100 esteja ilustrada como formando em camadas uma forma curvada complexa em um espaço 3D, este processo nem sempre é otimamente eficiente. Movimentar uma máquina AFP 100 através de uma superfície curva pode envolver reposicionamento e realinhamento constante de uma cabeça de máquina AFP, o que desacelera a máquina AFP 100. Por estas razões, a máquina AFP 100 tem sido realçada para cooperar com um sistema de projeto de formação de camadas que possibilita laminados serem formados em camadas como formas planas (aumentando a velocidade de formação de camadas) que incluem características de formação de camadas que facilitam a modelagem (por exemplo, estampagem) em formas 3D desejadas. Conforme usado aqui, uma forma, mandril ou laminado é considerado “plano” se sua altura for menor do que dez por cento (por exemplo, menos do que dois por cento) da quantidade de sua largura e/ou comprimento. Uma forma é considerada uma forma 3D se ela não for uma forma plana.[0029] Although the AFP machine 100 is illustrated as layering a complex curved shape in a 3D space, this process is not always optimally efficient. Moving an AFP 100 machine across a curved surface may involve constant repositioning and realignment of an AFP machine head, which slows down the AFP 100 machine. For these reasons, the AFP 100 machine has been designed to cooperate with an AFP 100 machine design system. layering that enables laminates to be formed into layers as flat shapes (increasing layering speed) that include layering features that facilitate shaping (e.g., stamping) into desired 3D shapes. As used herein, a form, mandrel or laminate is considered “flat” if its height is less than ten percent (e.g., less than two percent) of the amount of its width and/or length. A shape is considered a 3D shape if it is not a flat shape.

[0030] A figura 2 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de projeto de formação de camadas 3210 interagindo com uma máquina AFP 220 formando em camadas um laminado plano 240 em uma modalidade exemplificativa. Nesta modalidade, o sistema de projeto de formação de camadas 210 inclui controlador 212, que gera programa de NC 218 definindo operações para formar em camadas um laminado plano 240. O controlador 212 inclui características de formação de camadas no programa de NC que asseguram este laminado 240 ser capaz de ser formado (por exemplo, moldado/estampado) a partir de sua forma corrente para uma forma 3D desejada. O controlador 212 pode ser implementado, por exemplo, como circuito normal, como um processador de hardware executando instruções programadas, ou algumas de suas combinações. O sistema de projeto de formação de camadas 210 inclui adicionalmente uma memória 214 que armazena dados definindo uma forma 3D desejada 216 para uma peça compósita, bem como, pelo menos um programa de NC 218 gerado pelo controlador 212. A memória 214 pode compreender qualquer meio adequado legível por computador para armazenar dados.[0030] Figure 2 is a block diagram illustrating a layering design system 3210 interacting with an AFP machine 220 layering a flat laminate 240 in an exemplary embodiment. In this embodiment, layering design system 210 includes controller 212, which generates NC program 218 defining operations to layer a flat laminate 240. Controller 212 includes layering features in the NC program that ensure this laminate 240 be capable of being formed (e.g., molded/stamped) from its current shape to a desired 3D shape. The controller 212 may be implemented, for example, as a normal circuit, as a hardware processor executing programmed instructions, or some combination thereof. The layering design system 210 further includes a memory 214 that stores data defining a desired 3D shape 216 for a composite part, as well as at least one NC program 218 generated by the controller 212. The memory 214 may comprise any medium computer-readable format for storing data.

[0031] A máquina AFP 220 forma em camadas estopas 244 de material constituinte (por exemplo, polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP)) sobre o mandril 260 com base nas instruções do programa de NC 218. Nesta modalidade, a máquina AFP 220 compreende cadeia cinemática 222 de atuadores e corpos rígidos, que operam para posicionar o efetor final 224 à medida que o efetor final 224 forma em camadas estopas 244 para formar camadas 242 de laminado 240. A câmera 230 é também ilustrada, que pode compreender uma câmera 3D, estereoscópica, ou com sensor de profundidade. A câmera 230 pode ser montada à máquina AFP 220 ou controlada de modo independente. Com base nas imagens 219 adquiridas pela câmera 230 durante a formação de camadas, o controlador 212 pode ajustar instruções contidas no programa de NC 218. Ao final da formação de camadas, o laminado 240 é removido do mandril 260 e formado, por exemplo, pela estampagem do laminado 240 entre o molde superior 252 e molde inferior 254.[0031] The AFP machine 220 layers tow 244 of constituent material (e.g., carbon fiber reinforced polymer (CFRP)) onto the mandrel 260 based on the instructions of the NC program 218. In this embodiment, the AFP machine 220 It comprises kinematic chain 222 of actuators and rigid bodies, which operate to position the end effector 224 as the end effector 224 layers tow 244 to form layers 242 of laminate 240. Camera 230 is also illustrated, which may comprise a camera 3D, stereoscopic, or with depth sensor. Camera 230 can be mounted to the AFP machine 220 or controlled independently. Based on the images 219 acquired by the camera 230 during layering, the controller 212 can adjust instructions contained in the NC program 218. At the end of layering, the laminate 240 is removed from the mandrel 260 and formed, for example, by stamping of the laminate 240 between the upper mold 252 and lower mold 254.

[0032] Detalhes ilustrativos da operação de sistema de projeto de formação de camadas 210 serão explicados com respeito às figuras 3A-3B. Assuma, para esta modalidade, que um projetista tenha provido entrada ao sistema de projeto de formação de camadas 210 indicando uma forma 3D desejada de uma peça compósita. A figura 3A é um fluxograma ilustrando um método 300 para gerar uma formação de camadas de um laminado que será formado em uma forma 3D em uma modalidade exemplificativa. As etapas do método 300 são descritas com referência ao sistema de projeto de formação de camadas 210 da figura 2, mas alguém versado na técnica apreciará que o método 300 pode ser efetuado em outros sistemas. As etapas dos fluxogramas aqui descritos não são todos inclusivos e podem incluir outras etapas não mostradas. As etapas descritas aqui podem ser formadas também em uma ordem alternativa.[0032] Illustrative details of the operation of layer forming design system 210 will be explained with respect to figures 3A-3B. Assume, for this embodiment, that a designer has provided input to the layering design system 210 indicating a desired 3D shape of a composite part. Figure 3A is a flow chart illustrating a method 300 for generating a layer formation of a laminate that will be formed into a 3D shape in an exemplary embodiment. The steps of method 300 are described with reference to the layering design system 210 of Figure 2, but one skilled in the art will appreciate that method 300 can be carried out in other systems. The steps in the flowcharts described here are not all inclusive and may include other steps not shown. The steps described here can also be formed in an alternative order.

[0033] Para o método 300, o controlador 212 carrega dados definindo uma forma 3D para uma peça compósita (etapa 302). Estes dados podem, por exemplo, indicar dimensões e posições de várias características de uma forma/estrutura 3D, em um arquivo de Projeto Auxiliado por Computador (CAD) ou arquivo de modelo 3D. O controlador 212 identifica ainda restrições baseadas nas dimensões da forma 3D (etapa 304. As restrições compreendem, por exemplo, raios de várias porções (por exemplo, cantos) da forma 3D, distâncias entre locais sobre a forma 3D etc. O controlador 212 simula o achatamento da forma 3D para uma forma planar (por exemplo, para formação de camadas como como um laminado, ou para uso como um mandril plano) (etapa 306). Esta simulação de achatamento, ou “desenrolamento”, antecipa como o material dentro da forma 3D seria espalhado para fora, para um padrão plano compreendendo múltiplas camadas planares, e pode envolver a colocação de cortes no material para possibilitar que o material seja espalhado.[0033] For method 300, controller 212 loads data defining a 3D shape for a composite part (step 302). This data can, for example, indicate dimensions and positions of various features of a 3D shape/structure, in a Computer Aided Design (CAD) file or 3D model file. The controller 212 further identifies constraints based on the dimensions of the 3D shape (step 304. The constraints comprise, for example, radii of various portions (e.g., corners) of the 3D shape, distances between locations on the 3D shape, etc. The controller 212 simulates the flattening of the 3D shape to a planar shape (e.g., for layering as a laminate, or for use as a flat mandrel) (step 306). This simulation of flattening, or “unrolling,” anticipates how the material within of the 3D shape would be spread outward, to a flat pattern comprising multiple planar layers, and may involve placing cuts in the material to enable the material to be spread.

[0034] Durante o desenrolamento, formas 2D segmentadas podem ser extraídas da forma 3D e usadas para gerar arquivos de cortador. Estes arquivos de cortador indicam uma ou mais formas 2D planas para corte a partir de um rolo de material. Por exemplo, os arquivos de cortador podem prover instruções para o corte de pedaços “pre-preg” de laminado que são capazes de ser juntados para formar uma forma 3D. Entretanto, um projetista pode considerar laminados em múltiplas peças como indesejáveis em comparação a laminados monolíticos.[0034] During unrolling, segmented 2D shapes can be extracted from the 3D shape and used to generate cutter files. These cutter files indicate one or more flat 2D shapes for cutting from a roll of material. For example, cutter files may provide instructions for cutting “pre-preg” pieces of laminate that are capable of being joined together to form a 3D shape. However, a designer may consider multi-piece laminates to be undesirable compared to monolithic laminates.

[0035] Com restrições identificadas e um desenrolamento da forma 3D para uma forma planar realizada com sucesso, o controlador 212 considera que características de formação de camadas sejam adicionadas à forma planar, com base nas restrições.[0035] With constraints identified and an unrolling of the 3D shape to a planar shape successfully accomplished, controller 212 considers layering features to be added to the planar shape, based on the constraints.

[0036] As características de formação de camadas são alterações físicas à forma planar, que asseguram rugas não serem formadas durante formação da forma planar para a forma 3D. Ou seja, as características de formação de camadas asseguram que rugas não são formadas quando um laminado é formado em um contorno 3D complexo. Em uma modalidade, características s]ao colocadas em um mandril 260 que permitem um laminado formado em camadas sobre o mandril 260 compense as restrições durante formação do laminado em uma forma 3D. Em outras modalidades, o controlador 212 pode unir pedaços/peças individuais do laminado rolado para realçar a resistência, ao mesmo tempo que assegura que o laminado resultante seja capaz de ser formado em uma forma desejada. Ou seja, o controlador 212 assegura que formas 2D segmentadas encontradas nos arquivos de controlador são novamente unidas pelo uso de software CAD para uma forma planar grande representando um laminado que será formado em camadas de acordo com uma série desejada de operações pela máquina AFP.[0036] Layering characteristics are physical changes to the planar shape, which ensure wrinkles are not formed during formation from the planar shape to the 3D shape. That is, the layering characteristics ensure that wrinkles are not formed when a laminate is formed into a complex 3D contour. In one embodiment, features are placed on a mandrel 260 that allow a laminate formed in layers on the mandrel 260 to compensate for constraints during forming the laminate into a 3D shape. In other embodiments, the controller 212 may join individual pieces/pieces of the rolled laminate to enhance strength while ensuring that the resulting laminate is capable of being formed into a desired shape. That is, the controller 212 ensures that segmented 2D shapes found in the controller files are rejoined using CAD software to a large planar shape representing a laminate that will be formed into layers according to a desired series of operations by the AFP machine.

[0037] Desse modo, em vez de projetar uma forma 2D e, depois, tentar transformá-la para um contorno 3D complexo, o controlador 212 começa com uma estrutura 3D por CAD de contorno complexo, achata a mesma em um espaço digital, e determina uma formação de camadas para um laminado 2D. O laminado será usado para criar uma estrutura 3D sem rugas (uma formação de camadas “2,5D”). Esta abordagem de engenharia inversa utiliza, portanto, transformações de 3D para 2D, e de volta para 3D através do processo de projeto.[0037] Thus, instead of designing a 2D shape and then trying to transform it into a complex 3D contour, controller 212 starts with a complex contoured 3D CAD structure, flattens it into digital space, and determines a layer formation for a 2D laminate. The laminate will be used to create a wrinkle-free 3D structure (a “2.5D” layering). This reverse engineering approach therefore uses transformations from 3D to 2D and back to 3D throughout the design process.

[0038] Durante a criação de uma formação de camadas para o laminado, a forma planar é convertida em uma geometria “2,5D”. Este processo envolve um entendimento das restrições da geometria 3D a ser fabricada. Ou seja, características são adicionadas à forma planar em locais esperados de rugas ou fendas de fitas/estopas unidirecionais durante formação, de modo a adicionar ou remover material do laminado resultante. Esta geometria 2,5D inicial sofre uma simulação de formação em 3D que considera a colocação e orientação de fibras no laminado. Durante a simulação de formação 3D, o laminado resultante é analisado quanto a rugas potenciais e formação de dificuldades causadas pelo deslizamento/cisalhamento da camada (por exemplo, locais de tensão e esforço substanciais, locais em que excesso de material existe após a formação etc.). O controlador 212 ajusta, então, a geometria 2,5D baseada nesta informação e, iterativamente, repete o processo de envolvimento em simulações de formação 3D e atualização da geometria 2,5D. Ou seja, o controlador 212 simula iterativamente a colocação das características no mandril, gera uma simulação de formação de um laminado formado em camadas sobre o mandril para a forma 3D, e altera as características com base nas rugas ou fissuras esperadas indicadas pela simulação.[0038] During the creation of a layer formation for the laminate, the planar shape is converted into a “2.5D” geometry. This process involves an understanding of the constraints of the 3D geometry to be manufactured. That is, features are added to the planar shape at expected locations of wrinkles or gaps in unidirectional tape/tow during forming in order to add or remove material from the resulting laminate. This initial 2.5D geometry undergoes a 3D forming simulation that considers the placement and orientation of fibers in the laminate. During the 3D forming simulation, the resulting laminate is analyzed for potential wrinkles and formation difficulties caused by layer slip/shear (e.g., locations of substantial stress and stress, locations where excess material exists after forming, etc. ). Controller 212 then adjusts the 2.5D geometry based on this information and iteratively repeats the process of engaging in 3D forming simulations and updating the 2.5D geometry. That is, controller 212 iteratively simulates the placement of features on the mandrel, generates a simulation of forming a layered laminate on the mandrel into 3D shape, and changes the features based on expected wrinkles or cracks indicated by the simulation.

[0039] Uma atualização para a geometria 2,5D pode compreender ajustar um comprimento de material formado em camadas em uma certa localização, ajustar orientações de fibras para uma ou mais camadas do laminado, adicionar características superficiais a um mandril etc. Em uma modalidade, o controlador 212 adiciona as características de formação de camadas pela previsão de uma quantidade de distância que o laminado expandirá durante formação, e adicionar o comprimento de estopa ao laminado correspondente à quantidade. Por exemplo, estas previsões podem levar em conta o cisalhamento esperado de dobras (por exemplo, deslizamento de dobra) ao longo de uma ou múltiplas dimensões em cada das múltiplas áreas de interesse sobre a forma planar. Diversas iterações desta simulação, seguidas pelo afinamento da geometria 2,5D, facilitam identificação de locais críticos na geometria nos quais evitar rugas.[0039] An upgrade to 2.5D geometry may comprise adjusting a length of layered material at a certain location, adjusting fiber orientations for one or more layers of the laminate, adding surface features to a mandrel, etc. In one embodiment, the controller 212 adds the layering characteristics by predicting an amount of distance that the laminate will expand during forming, and adding the length of tow to the laminate corresponding to the amount. For example, these predictions may take into account expected fold shear (e.g., fold slip) along one or multiple dimensions in each of multiple areas of interest on the planar shape. Several iterations of this simulation, followed by thinning of the 2.5D geometry, facilitate identification of critical locations in the geometry in which to avoid wrinkles.

[0040] Com conhecimento das desejadas características armazenadas na memória, o controlador 212 prossegue para adquirir um mandril tendo a forma planar (etapa 308). O controlador 212 coloca características no mandril que permitem um laminado formado em camadas sobre o mandril compensar as restrições identificadas durante formação do laminado na forma 3D (etapa 310). Isto pode compreender, por exemplo, usinar fisicamente ou de outro modo, alterar o mandril.[0040] With knowledge of the desired characteristics stored in memory, the controller 212 proceeds to acquire a chuck having a planar shape (step 308). Controller 212 places features on the mandrel that allow a laminate formed in layers on the mandrel to compensate for constraints identified during forming the laminate into 3D shape (step 310). This may comprise, for example, physically machining or otherwise altering the chuck.

[0041] O controlador 212 gera ainda programa de NC 218, (etapa 312), que direciona a máquina AFP 220 na formação de camadas do laminado sobre um mandril plano. O programa de NC 218 inclui instruções para formar em camadas estopas de material constituinte para formar camadas do laminado sobre um mandril planar, incluindo características (por exemplo, características de compensação no mandril ou no laminado, dependendo da modalidade). Isto significa que, em vez do programa de NC fazer com que o laminado seja formado em camadas sobre um mandril 3D que já exibe um contorno complexo. O programa de NC 218 provê instruções para formar em camadas o laminado sobre um mandril plano. O mandril e/ou a formação de camadas incluem características que não alteram significativamente a forma plana geral do mandril. Por exemplo, as características adicionadas podem ter altura suficientemente pequena (por exemplo, menos do que dez por cento da largura ou comprimento) para que o mandril e laminado permanecerem planos. Desse modo, a geometria 2,5D pode, então, ser convertida em um padrão de formação de camadas para uma máquina AFP, ou pode ser utilizada para modificar um mandril para incluir características superficiais que asseguram que rugas não sejam criadas durante formação.[0041] The controller 212 also generates NC program 218, (step 312), which directs the AFP machine 220 to form layers of the laminate on a flat mandrel. The NC program 218 includes instructions for layering tows of constituent material to form layers of the laminate on a planar mandrel, including features (e.g., compensation features on the mandrel or laminate, depending on the embodiment). This means that instead of the NC program causing the laminate to be formed in layers on a 3D mandrel that already exhibits a complex contour. The NC 218 program provides instructions for layering the laminate on a flat mandrel. The mandrel and/or layering includes features that do not significantly alter the overall plan shape of the mandrel. For example, the added features may be small enough in height (e.g., less than ten percent of the width or length) so that the mandrel and laminate remain flat. In this way, the 2.5D geometry can then be converted into a layer forming pattern for an AFP machine, or it can be used to modify a mandrel to include surface features that ensure that wrinkles are not created during forming.

[0042] A figura 3B ilustra outro método 350 relativo à criação de laminados 2,5D. De acordo com a figura 3B, o controlador 212 direciona a máquina AFP 220 a formar em camadas um laminado 2D sobre um mandril que tem características que fazem com que as dobras sejam formadas em camadas de modo que, o cisalhamento esperado entre as dobras (por exemplo, durante formação) já esteja incorporado no laminado 2D (etapa 352). Isto pode ser realizado de acordo com o programa de NC 218. Em seguida, o laminado 2D é formado (por exemplo, estampado) em um pré-formado de contorno complexo (etapa 354). Esta operação realiza o cisalhante esperado entre as dobras à medida que o laminado adquire a forma 3D desejada. Resumidamente, o mandril planar tem características que proveem material usado para deslizamento/cisalhamento de camada. Desse modo, quando a formação de camadas 2,5D é formado na forma 3-D, o material necessário para realizar o desejado deslizamento da camada fica disponível.[0042] Figure 3B illustrates another method 350 relating to creating 2.5D laminates. According to Figure 3B, the controller 212 directs the AFP machine 220 to layer a 2D laminate on a mandrel having features that cause the plies to be formed in layers such that the expected shear between the plies (e.g., example, during forming) is already incorporated into the 2D laminate (step 352). This can be carried out according to the NC program 218. Next, the 2D laminate is formed (e.g., stamped) into a complex contour preform (step 354). This operation performs the expected shear between the plies as the laminate acquires the desired 3D shape. Briefly, the planar mandrel has characteristics that provide material used for layer sliding/shearing. In this way, when the 2.5D layer formation is formed into the 3-D shape, the material necessary to achieve the desired layer slip becomes available.

[0043] Durante a formação de camadas, permanece possível que certas estopas 244 não sejam colocadas em suas desejadas localizações, devido a inconsistências de translação na máquina AFP 220, variações inesperadas de material etc. Por esta razão, a figura 4 provê um método 400 para atualizar e revisar o programa de NC 218 durante o processo, para assegurar que discrepâncias na formação de camadas físico sejam tratadas rápida e efetivamente.[0043] During layer formation, it remains possible that certain tows 244 are not placed in their desired locations, due to translational inconsistencies in the AFP machine 220, unexpected material variations, etc. For this reason, Figure 4 provides a method 400 for updating and revising the NC program 218 during the process, to ensure that discrepancies in physical layering are handled quickly and effectively.

[0044] O método 400 inclui o controlador 212 adquirir imagens (por meio da câmera 230) de estopas 244 colocadas pela máquina AFP 220 durante a formação de camadas (etapa 402). O controlador 212 determina ainda localizações reais de estopas 244 colocadas na máquina AFP 220 durante a formação de camadas com base nas imagens adquiridas (etapa 404). O controlador 212 prossegue para comparar localizações reais de estopas 244 com localizações esperadas de estopas 244 indicadas pelo programa de NC 218 (etapa 406). O controlador 212 detecta discrepâncias entre as localizações reais e as localizações esperadas (408), e altera o programa de NC 218 durante a formação de camadas, com base nestas discrepâncias (etapa 410). Por exemplo, o controlador 212 pode identificar uma estopa ilustrada por uma imagem, correlacionar a estopa a uma estopa identificada no programa de NC 218, determinar a localização real da estopa em um espaço coordenado usado pelo programa de NC 218, e determinar se existe uma discrepância. SE a discrepância compreender um vão entre estopas, o controlador 212 pode alterar o programa de NC 218 para cobrir o vão pela adição de instruções para colocar estopas sobre o vão. Se a discrepância compreender uma estopa tendo uma localização real que é deslocada de uma localização esperada, o controlador 212 pode alterar o programa de NC por meio de revisão de instruções para colocar estopas em outras camadas com base no deslocamento.[0044] Method 400 includes controller 212 acquiring images (via camera 230) of tow 244 placed by AFP machine 220 during layer formation (step 402). The controller 212 further determines actual locations of tows 244 placed in the AFP machine 220 during layering based on the acquired images (step 404). The controller 212 proceeds to compare actual tow locations 244 with expected tow locations 244 indicated by the NC program 218 (step 406). Controller 212 detects discrepancies between actual locations and expected locations (408), and alters NC program 218 during layering based on these discrepancies (step 410). For example, controller 212 may identify a tow illustrated by an image, correlate the tow to a tow identified in NC program 218, determine the actual location of the tow in a coordinate space used by NC program 218, and determine whether there is a discrepancy. IF the discrepancy comprises a gap between tows, the controller 212 may alter the NC program 218 to cover the gap by adding instructions to place tows over the gap. If the discrepancy comprises a tow having an actual location that is offset from an expected location, the controller 212 may alter the NC program via instruction revision to place tows in other layers based on the offset.

[0045] Os métodos 300 e 400, quando usados em combinação, possibilitam que um laminado plano seja modelado para uma forma 3D desejada, sem, indevidamente, deformar, romper, ou danificar fibras de carbono dentro do laminado. Adicionalmente, estes métodos possibilitam que um projetista assegure que um laminado é formado em camadas na maneira pretendida, por envolvimento no controle de circuito fechado das operações de uma máquina AFP durante formação de camadas.[0045] Methods 300 and 400, when used in combination, enable a flat laminate to be shaped into a desired 3D shape without unduly deforming, breaking, or damaging carbon fibers within the laminate. Additionally, these methods enable a designer to ensure that a laminate is formed into layers in the intended manner, by engaging in closed-loop control of the operations of an AFP machine during layer formation.

EXEMPLOSEXAMPLES

[0046] Nos exemplos a seguir, processos, sistemas e métodos adicionais são descritos no contexto de laminados que incluem características de formação de camadas que permitem que os laminados sejam formados em peças 3D sem serem danificados ou deformados.[0046] In the following examples, additional processes, systems and methods are described in the context of laminates that include layering features that allow laminates to be formed into 3D parts without being damaged or deformed.

[0047] A figura 5 é um diagrama ilustrando uma peça compósita 500 em uma modalidade exemplificativa. A peça compósita 500 inclui corpo 510, flange superior 520, e flange inferior 530. Cada flange inclui um canto externo 542, bem como, um canto interno 544, e estes cantos contorcem a superfície superior 550 e a superfície inferior 560. Conforme mostrado na figura 5, uma distância (L0) de uma borda do flange para um canto externo é maior do que uma distância (LI) de uma borda de um flange para um canto interno. Isso significa que um laminado puramente plano tendo uma forma planar 620 compreendendo um grande contorno 2D conforme mostrado na figura 6 encontraria deformações nas regiões 610 caso estampado e depois curado para formar a peça compósita 500. Para tratar destes problemas, conforme mostrado na figura 7, o controlador 212 da figura 2 adicionou características de formação de camadas ao laminado 720 na forma de características de formação de camadas 710 (por exemplo, saliências), que são colocadas no mandril 730, o que resulta em uma geometria 2,5D. Estas características alteram a quantidade de material formada em camadas nas regiões 610, o que assegura que material suficiente esteja presente para considerar os cantos interno e externo da peça compósita 500. Essas características de formação de camadas 710 podem ser integradas no mandril 730, enquanto a maior parte do mandril permanece plana, podem ser aplicadas de módulo removível sobro o mandril 730 por meio de técnicas de fabricação rápidas etc. Desse modo, dobras são formadas em camadas com cisalhamento esperado entre as dobras (ou seja, deslizamento de dobra) já incluído na forma do laminado.[0047] Figure 5 is a diagram illustrating a composite part 500 in an exemplary embodiment. The composite part 500 includes body 510, upper flange 520, and lower flange 530. Each flange includes an outer corner 542 as well as an inner corner 544, and these corners contour the upper surface 550 and the lower surface 560. As shown in figure 5, a distance (L0) from a flange edge to an external corner is greater than a distance (LI) from a flange edge to an internal corner. This means that a purely planar laminate having a planar shape 620 comprising a large 2D contour as shown in Figure 6 would encounter deformations in the regions 610 if stamped and then cured to form the composite part 500. To address these problems, as shown in Figure 7, The controller 212 of Figure 2 has added layering features to the laminate 720 in the form of layering features 710 (e.g., protrusions), which are placed on the mandrel 730, which results in a 2.5D geometry. These features alter the amount of material formed into layers in regions 610, which ensures that enough material is present to account for the inner and outer corners of the composite part 500. These layering features 710 can be integrated into the mandrel 730, while the most of the mandrel remains flat, removable modules can be applied to the 730 mandrel using rapid manufacturing techniques, etc. In this way, plies are formed in layers with expected shear between the plies (i.e., ply slip) already included in the shape of the laminate.

[0048] As figuras 8-9 são diagramas ilustrando uma característica de formação de camadas compreendendo estopas direcionadas em uma formação de camadas para uma peça compósita em uma modalidade exemplificativa. Uma estopa direcionada pode ser formada em camadas sobre um mandril completamente plano 730 para formar uma forma planar, e pode prover material adicional para possibilitar que um laminado 2,5D 810 para conformar com curvatura 3D durante formação. Nesta modalidade, as estopas 812 são direcionadas de modo que se desloquem no plano ao longo da superfície do mandril 820 e, desse modo, todas têm a mesma altura.[0048] Figures 8-9 are diagrams illustrating a layering feature comprising directed tows in a layering formation for a composite part in an exemplary embodiment. A directed tow can be layered onto a completely flat mandrel 730 to form a planar shape, and can provide additional material to enable a 2.5D laminate 810 to conform to 3D curvature during forming. In this embodiment, the tows 812 are directed so that they move in plane along the surface of the mandrel 820 and thus all have the same height.

[0049] A figura 10 é um diagrama de uma peça compósita 3D 1000 formada de um laminado em uma modalidade exemplificativa. As figuras 1112 são vistas do laminado 1100 usado para formar a peça compósita 1000 da figura 10 em uma modalidade exemplificativa. Especificamente, a figura 11 é uma vista de topo, e a figura 12 é uma vista em corte correspondente a setas de vistas 12 da figura 11. Nesta modalidade, o laminado 1100 inclui uma protuberância/crista anular 1120, incluindo pico 1125. A protuberância anular 1120 compreende material que assegura que o laminado 1100 possa ser formado para casar com a forma 3D da peça compósita 1000. O laminado 1100 inclui ainda porção central 1130, e regiões de excesso (por exemplo, sucata 1110). Durante formação de laminado 1100 para a peça 1000, a porção central 1130 é estirada sabidamente, mas rompimento é impedido pelo excesso de material encontrado na protuberância anular 1120. Por meio do equilíbrio de quantidade de material colocada nestas diferentes regiões, a peça 1000 pode se formada sem formação de rugas ou fissuras.[0049] Figure 10 is a diagram of a 3D composite part 1000 formed from a laminate in an exemplary embodiment. Figures 1112 are views of the laminate 1100 used to form the composite part 1000 of Figure 10 in an exemplary embodiment. Specifically, Figure 11 is a top view, and Figure 12 is a sectional view corresponding to view arrows 12 of Figure 11. In this embodiment, the laminate 1100 includes an annular protuberance/ridge 1120, including peak 1125. The protuberance annular 1120 comprises material that ensures that the laminate 1100 can be formed to match the 3D shape of the composite part 1000. The laminate 1100 further includes central portion 1130, and excess regions (e.g., scrap 1110). During forming laminate 1100 for part 1000, the central portion 1130 is known to be stretched, but tearing is prevented by the excess material found in the annular protuberance 1120. By balancing the amount of material placed in these different regions, the part 1000 can be formed without the formation of wrinkles or cracks.

[0050] Com referência mais particularmente aos desenhos, modalidades da invenção podem ser descritas no contexto de um método de fabricação e manutenção de aeronave 1300, conforme mostrado na figura 13 e uma aeronave 1302, conforme mostrada na figura 14. Durante pré-produção, o método exemplificativo 1300 pode incluir especificações e projeto 1304 da aeronave 1302 e aquisição de material 1306. Durante produção, fabricação de componentes e sub-montagem 1308 e integração de sistema 1310 da aeronave 1302 ocorrem. Em seguida, a aeronave 1302 pode passar por certificação e despacho 1312 para ser colocada em serviço 1314. Enquanto em serviço por um cliente, a aeronave 1302 é programada para manutenção e revisão de rotina 1316 (que pode incluir também modificação, reconfiguração, renovação etc.). Aparelho e métodos aqui incorporados podem ser empregados durante qualquer um ou ais estágios adequados do método e produção e serviço 1300 (por exemplo, especificação e projeto 1304, aquisição de material 1306, fabricação de componentes e sub-montagem 1308, integração do sistema 1310, certificação e despacho 1312, serviço 1314, manutenção e revisão 1316, sistemas 1320, interior 1322, propulsão 1324, elétrica 1326, hidráulica 1328, ambiente 1330).[0050] With reference more particularly to the drawings, embodiments of the invention may be described in the context of a method of manufacturing and maintaining an aircraft 1300, as shown in figure 13, and an aircraft 1302, as shown in figure 14. During pre-production, The exemplary method 1300 may include specifications and design 1304 of the aircraft 1302 and material acquisition 1306. During production, manufacturing of components and sub-assembly 1308 and system integration 1310 of the aircraft 1302 occur. Then, the aircraft 1302 may undergo certification and dispatch 1312 to be placed into service 1314. While in service by a customer, the aircraft 1302 is scheduled for routine maintenance and overhaul 1316 (which may also include modification, reconfiguration, renewal, etc. .). Apparatus and methods incorporated herein may be employed during any one or more suitable stages of method and production and service 1300 (e.g., specification and design 1304, material acquisition 1306, component manufacturing and sub-assembly 1308, system integration 1310, certification and dispatch 1312, service 1314, maintenance and overhaul 1316, systems 1320, interior 1322, propulsion 1324, electrical 1326, hydraulics 1328, environment 1330).

[0051] Cada um dos processos do método 1300 pode ser realizado ou executado por um integrador de sistema, um terceiro, e/ou um operador (por exemplo, um cliente). Para as finalidades desta descrição, um integrador de sistema pode incluir, sem limitação, qualquer número de fabricantes de subcontratados de sistema principal de aeronave; um terceiro pode incluir, sem limitação, qualquer número de vendedores, subcontratados e fornecedores; e um operador pode ser uma empresa aérea, companhia de leasing, entidade militar, organização de serviço etc.[0051] Each of the processes of method 1300 can be performed or executed by a system integrator, a third party, and/or an operator (e.g., a customer). For purposes of this description, a system integrator may include, without limitation, any number of aircraft major system subcontractor manufacturers; a third party may include, without limitation, any number of vendors, subcontractors and suppliers; and an operator may be an airline, leasing company, military entity, service organization, etc.

[0052] Conforme mostrado na figura 14, a aeronave 1302 produzida pelo método exemplificativo 1300 pode incluir uma fuselagem 1318 com uma pluralidade de sistemas 1320 e um interior 1322. Exemplos de sistemas de alto nível 1320 incluem um ou mais de um sistema de propulsão 1324, um sistema elétrico 1326, um sistema hidráulico 1328, e um sistema ambiental 1330. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Embora um exemplo aeroespacial seja mostrado, os princípios da invenção podem ser aplicados a outros setores da indústria, como indústria automotiva.[0052] As shown in Figure 14, aircraft 1302 produced by exemplary method 1300 may include a fuselage 1318 with a plurality of systems 1320 and an interior 1322. Examples of high-level systems 1320 include one or more than one propulsion system 1324 , an electrical system 1326, a hydraulic system 1328, and an environmental system 1330. Any number of other systems may be included. Although an aerospace example is shown, the principles of the invention can be applied to other industry sectors, such as the automotive industry.

[0053] Como já mencionado acima, aparelho e métodos aqui incorporados podem ser empregados durante qualquer um ou mais estágios do método e produção e serviço 1300. Por exemplo, componentes ou sub- montagens correspondentes ao estágio de produção 1308 podem ser fabricados ou manufaturados de uma maneira similar aos componentes ou sub-montagens produzidos enquanto a aeronave 1302 estiver em serviço. Adicionalmente, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação das mesmas podem ser utilizadas durante os estágios de produção 1308 e 1310, por exemplo, acelerar substancialmente a montagem, ou, reduzir o custo de uma aeronave 1302. Similarmente, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou combinação das mesmas pode ser utilizada enquanto a aeronave 1302 estiver em serviço, por exemplo, e sem limitação, para manutenção e revisão 1316. Por exemplo, as técnicas e sistemas aqui descritos podem ser suados para etapas 1306, 1308, 1310, 1314 e/ou 1316, e/ou podem ser usados para a fuselagem 1318 e/ou interior 1322. Estas técnicas e sistemas podem ainda ser utilizados por sistemas 1320, incluindo, por exemplo, propulsão 1324, elétrica 1326, hidráulica 1328, e ou ambiental 1330.[0053] As already mentioned above, apparatus and methods incorporated herein may be employed during any one or more stages of production and service method 1300. For example, components or sub-assemblies corresponding to production stage 1308 may be manufactured or manufactured from in a similar manner to components or sub-assemblies produced while the 1302 aircraft is in service. Additionally, one or more apparatus embodiments, method embodiments, or a combination thereof may be utilized during production stages 1308 and 1310, for example, to substantially speed up assembly, or, reduce the cost of an aircraft 1302. Similarly, one or more apparatus embodiments, method embodiments, or combination thereof may be used while aircraft 1302 is in service, for example, and without limitation, for maintenance and overhaul 1316. For example, the techniques and systems described herein may be used for steps 1306, 1308, 1310, 1314 and/or 1316, and/or may be used for fuselage 1318 and/or interior 1322. These techniques and systems may further be utilized by systems 1320, including, for example, propulsion 1324 , electrical 1326, hydraulic 1328, and/or environmental 1330.

[0054] Em uma modalidade, o laminado 240 é curado em uma peça compósita que compreende uma porção de fuselagem 1318, e é fabricada durante a fabricação de componentes e sub-montagem 1308. A compósita pode, então, ser montada em uma aeronave em integração de sistema 1310 e, depois, ser utilizada no serviço 1314 até que o desgaste torne a peça inutilizável. Depois, na manutenção e revisão 1316, a compósita pode ser descartada e substituída por uma nova peça manufaturada. As técnicas realçadas de projeto de formação de camadas aqui descritas podem ser utilizadas por toda a fabricação de componentes e sub-montagem 1308 de modo a manufaturar peças compósitas adicionais.[0054] In one embodiment, the laminate 240 is cured into a composite part comprising a fuselage portion 1318, and is manufactured during the fabrication of components and sub-assembly 1308. The composite can then be assembled into an aircraft in system integration 1310 and then be used in service 1314 until wear renders the part unusable. Then, at maintenance and overhaul 1316, the composite can be discarded and replaced with a new manufactured part. The enhanced layering design techniques described herein can be utilized throughout component and subassembly manufacturing 1308 to manufacture additional composite parts.

[0055] Qualquer dos vários elementos de controle (por exemplo, componentes elétricos ou eletrônicos) mostrados nas figuras ou aqui descritos pode ser implementado como hardware, um software de implementação de processador, um firmware de implementação de processador, ou alguma combinação dos mesmos. Por exemplo, um elemento pode ser implementado como hardware dedicado. Elementos de hardware dedicado podem ser referidos como “processadores”, “controladores”, ou alguma terminologia similar. Quando providas por um processador, as funções podem ser providas por um único processador dedicado, por um único processador compartilhado, ou por uma pluralidade de processadores individuais, alguns dos quais podendo ser compartilhados. Adicionalmente o uso explícito do termo “processador” ou controlador” não deve ser considerado como se referindo exclusivamente a hardware capaz de executar software, e pode, implicitamente, incluir, sem limitação, hardware de processador de sinal digital (DSP), um processador de rede, circuito integrado de aplicação específica (ASIC) ou outro circuito, matriz de porta programável no campo (FPGA), memória só de leitura (ROM) para armazenar software, memória e acesso aleatório (RAM), armazenamento não volátil, lógica, ou qualquer outro componente ou módulo de hardware físico.[0055] Any of the various control elements (e.g., electrical or electronic components) shown in the figures or described herein may be implemented as hardware, a processor implementation software, a processor implementation firmware, or some combination thereof. For example, an element may be implemented as dedicated hardware. Dedicated hardware elements may be referred to as “processors”, “controllers”, or some similar terminology. When provided by a processor, functions may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared. Additionally, the explicit use of the term “processor or controller” should not be considered to refer exclusively to hardware capable of executing software, and may, implicitly, include, without limitation, digital signal processor (DSP) hardware, a network, application-specific integrated circuit (ASIC) or other circuit, field-programmable gate array (FPGA), read-only memory (ROM) for storing software, random access memory (RAM), non-volatile storage, logic, or any other physical hardware component or module.

[0056] Adicionalmente, um elemento de controle pode ser implementado segundo instruções executáveis por um processador ou computador para executar as funções do elemento. Alguns exemplos de instruções são, software, código de programa e firmware. As instruções são operacionais quando executadas pelo processador para direcionar o processor para executar as funções do elemento. As instruções podem ser armazenadas em dispositivos de armazenamento que sejam legíveis pelo processador. Alguns exemplos dos dispositivos de armazenamento são memórias digitais ou de estado sólido, mídia de armazenamento magnético como discos magnéticos e fitas magnéticas, discos rígidos, ou mídia de armazenamento de dados digitais lidos oticamente.[0056] Additionally, a control element can be implemented according to instructions executable by a processor or computer to perform the functions of the element. Some examples of instructions are software, program code and firmware. Instructions are operational when executed by the processor to direct the processor to perform the element's functions. Instructions can be stored on storage devices that are readable by the processor. Some examples of storage devices are digital or solid-state memories, magnetic storage media such as magnetic disks and magnetic tapes, hard drives, or optically read digital data storage media.

[0057] A presente invenção é também referida nas cláusulas a seguir que não devem ser confundidas com as reivindicações.[0057] The present invention is also referred to in the following clauses that should not be confused with the claims.

[0058] A1. Um método compreendendo: carregar dados definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita (302); identificar restrições com base nas dimensões da forma 3D (304); simular achatamento da forma 3D para uma forma planar (306); adquirir um mandril tendo a forma planar (308); colocar características no mandril que permitem a formação de camadas de um laminado sobre o mandril para compensar as restrições durante formação do laminado para a forma 3D (310); gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para formar em camadas estopas de material constituinte sobre o mandril tendo as características, para formar camadas do laminado (312).[0058] A1. A method comprising: loading data defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part (302); identify constraints based on 3D shape dimensions (304); simulate flattening of the 3D shape to a planar shape (306); acquire a mandrel having a planar shape (308); placing features on the mandrel that allow the formation of layers of a laminate on the mandrel to compensate for constraints during forming the laminate into 3D shape (310); generate a Numerical Control (NC) program that directs an Automated Fiber Laying (AFP) machine to layer the laminate, the NC program including instructions to layer tows of constituent material onto the mandrel having the characteristics, to form laminate layers (312).

[0059] A2. É provido adicionalmente o método do parágrafo A1, compreendendo ainda: formar em camadas o laminado sobre o mandril planar de acordo com o programa de NC.[0059] A2. The method of paragraph A1 is further provided, further comprising: layering the laminate on the planar mandrel in accordance with the NC program.

[0060] A3. É provido adicionalmente o método do parágrafo A2, compreendendo ainda: conformar o laminado após a formação de camadas ter sido completada.[0060] A3. The method of paragraph A2 is further provided, further comprising: forming the laminate after layering has been completed.

[0061] A4. É provido adicionalmente o método do parágrafo A3, em que: conformar o laminado compreende: colocar o laminado entre ferramentas de formação complementar; e acionar as ferramentas de formação uma em direção a outra para conformar o laminado.[0061] A4. The method of paragraph A3 is additionally provided, in which: forming the laminate comprises: placing the laminate between complementary forming tools; and drive the forming tools towards each other to form the laminate.

[0062] A5. É provido adicionalmente o método do parágrafo A2, compreendendo ainda: adquirir imagens de estopas colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas (402); determinar localizações reais de estopas colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas com base nas imagens (404); comparar as localizações reais de estopas com as localizações esperadas de estopas indicadas pelo programa de NC (406); detectar discrepâncias entre as localizações reais e as localizações esperadas (408); e alterar o programa de NC durante formação de camadas com base nas discrepâncias (410).[0062] A5. The method of paragraph A2 is further provided, further comprising: acquiring images of tow placed by the AFP machine during layer formation (402); determining actual locations of tow placed by the AFP machine during layer formation based on the images (404); compare the actual tow locations with the expected tow locations indicated by the NC program (406); detect discrepancies between actual locations and expected locations (408); and changing the NC program during layering based on discrepancies (410).

[0063] A6. É provido adicionalmente o método do parágrafo A5, em que: uma discrepância compreende uma estopa tendo uma localização real que é deslocada de uma localização esperada; e alterar o programa de NC compreende revisar instruções para a colocação de estopas em outras camadas com base no deslocamento.[0063] A6. Further provided is the method of paragraph A5, wherein: a discrepancy comprises a tow having an actual location that is displaced from an expected location; and changing the NC program involves revising instructions for placing tow in other layers based on displacement.

[0064] A7. É provido adicionalmente o método do parágrafo A5, em que: uma discrepância compreende uma estopa tendo uma localização real que é deslocada de uma localização esperada; e alterar o programa de NC compreende revisar instruções para a colocação de estopas em outras camadas com base no deslocamento.[0064] A7. Further provided is the method of paragraph A5, wherein: a discrepancy comprises a tow having an actual location that is displaced from an expected location; and changing the NC program involves revising instructions for placing tow in other layers based on displacement.

[0065] A8. É provido adicionalmente o método do parágrafo A5, em que: determinar localizações reais de estopas compreende colocação de estopas nas imagens em um espaço coordenado do programa de NC, com base em uma posição e uma orientação de uma câmera.[0065] A8. Further provided is the method of paragraph A5, wherein: determining actual tow locations comprises placing tows on images in an NC program coordinate space, based on a position and orientation of a camera.

[0063] A9. É provido adicionalmente o método do parágrafo A2, compreendendo ainda: curar o laminado na peça compósita.[0063] A9. The method of paragraph A2 is further provided, further comprising: curing the laminate on the composite part.

[0064] A10. É provido adicionalmente o método do parágrafo A1, compreendendo ainda: iterativamente: simular colocação das características no mandril; gerar uma simulação formando uma formação de camadas de laminado sobre o mandril na forma 3D; e altear as características com base nas rugas ou fissuras esperadas indicadas pela simulação.[0064] A10. The method of paragraph A1 is additionally provided, further comprising: iteratively: simulating placement of features in the mandrel; generate a simulation forming a formation of laminate layers on the mandrel in 3D form; and enhance the characteristics based on the expected wrinkles or cracks indicated by the simulation.

[0066] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido:[0066] According to another aspect of the present invention, it is provided:

[0067] B1. Um meio legível por computador não transitório incorporando instruções programadas que, quando executadas por um processador, são operáveis para executar um método compreendendo: colocar características em um mandril planar que permitem um laminado formado em camadas sobre o mandril para compensar restrições correspondentes a uma forma tridimensional (3D) durante formação do aminado na forma 3D (310); e gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para formar em camadas estopas de material constituinte sobre o mandril planar, incluindo as características colocadas no mandril, par formar camadas do laminado (312); formar em camadas o laminado de acordo com o programa de NC (352); e formar o laminado na forma 3D (354).[0067] B1. A non-transitory computer-readable medium incorporating programmed instructions that, when executed by a processor, are operable to perform a method comprising: placing features on a planar mandrel that permit a laminate formed in layers over the mandrel to compensate for constraints corresponding to a three-dimensional shape (3D) during formation of the amino acid in the 3D form (310); and generating a Numerical Control (NC) program that directs an Automated Fiber Laying (AFP) machine to layer the laminate, the NC program including instructions for layering tows of constituent material onto the planar mandrel, including the characteristics placed in the mandrel to form layers of the laminate (312); layering the laminate according to the NC program (352); and forming the laminate into 3D shape (354).

[0068] B2. É provido adicionalmente o meio do parágrafo B1 em que o método compreende adicionalmente: carregar dados definindo a forma 3D; identificar as restrições com base nas dimensões da forma 3D; achatar a forma 3D para uma forma planar; e fabricar o mandril de acordo com a forma planar.[0068] B2. The means of paragraph B1 is further provided in which the method further comprises: loading data defining the 3D shape; identify constraints based on the dimensions of the 3D shape; flatten the 3D shape to a planar shape; and manufacturing the mandrel according to the planar shape.

[0069] B3. É provido adicionalmente o meio do parágrafo B1, em que: adicionar as características compreende adicionar alterações a uma superfície do mandril.[0069] B3. Further provided is the means of paragraph B1, in which: adding the features comprises adding changes to a surface of the chuck.

[0070] B4. É provido adicionalmente o meio do parágrafo B1 em que o método compreende adicionalmente: colocar o laminado entre ferramentas de formação complementar; e acionar as ferramentas de formação uma em direção a outra durante modelagem[0070] B4. The means of paragraph B1 is further provided in which the method further comprises: placing the laminate between complementary forming tools; and trigger the forming tools towards each other during modeling

[0071] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido: C1. Um sistema compreendendo: uma memória (214) que armazena dados (216) definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita; e um controlador (212) que carrega os dados, identifica restrições com base nas dimensões da forma 3D, achata a forma 3D para uma forma planar (620), e coloca características (710) na forma planar que permitem uma formação de camadas de laminado (240) compensar as restrições durante formação do laminado para a forma 3D, o controlador gerar um programa de Controle Numérico (CN) (218) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) (100) formar em camadas o laminado, p programa de NC incluindo instruções para formação de camadas de estopas (244) de material constituinte para formar camadas (242) do laminado.[0071] According to another aspect of the present invention, there is provided: C1. A system comprising: a memory (214) that stores data (216) defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part; and a controller (212) that loads the data, identifies constraints based on the dimensions of the 3D shape, flattens the 3D shape to a planar shape (620), and places features (710) on the planar shape that allow for laminate layer formation. (240) compensate for constraints during forming the laminate into 3D shape, the controller generates a Numerical Control (CN) program (218) that directs an Automated Fiber Placement (AFP) machine (100) to layer the laminate, p NC program including instructions for forming layers of tow (244) of constituent material to form layers (242) of the laminate.

[0072] C2. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C1, em que: o controlador direciona adicionalmente a cura do laminado na peça compósita.[0072] C2. The system of paragraph C1 is additionally provided, in which: the controller additionally directs the curing of the laminate in the composite part.

[0073] C3. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C1, em que: as características incluem alterações a uma superfície de um mandril plano sobre o qual o laminado é formado em camadas.[0073] C3. The system of paragraph C1 is further provided, wherein: the features include changes to a surface of a flat mandrel upon which the laminate is formed in layers.

[0074] C4. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C1, em que: as características incluem estopas (244) que são direcionadas dentro de uma camada (242) do laminado para aumentar uma quantidade de material no laminado.[0074] C4. Further provided is the system of paragraph C1, wherein: features include tows (244) that are directed within a layer (242) of the laminate to increase an amount of material in the laminate.

[0075] C5. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C1, em que: o controlador adiciona as características por meio da previsão de uma quantidade de distância (L0-LI) pela qual uma porção da forma planar se expandirá durante formação, e adiciona comprimento de estopa à forma planar correspondente à quantidade.[0075] C5. Further provided is the system of paragraph C1, wherein: the controller adds the characteristics by predicting a distance amount (L0-LI) by which a portion of the planar shape will expand during forming, and adds tow length to the shape planar corresponding to the quantity.

[0076] C6. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C1, compreendendo adicionalmente: uma câmera (230) que adquire imagens (219) de estopas (244) colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas, em que o controlador entra em um circuito fechado de retroalimentação compreendendo determinar localizações reais de estopas colocadas pela máquina AFP com base nas imagens, comparar as localizações reais de estopas com localizações esperadas de estopas indicadas pelo programa de NC, detectar discrepâncias entre as localizações reais e as localizações esperadas, e alterar o programa de NC durante formação de camadas com base nas discrepâncias.[0076] C6. The system of paragraph C1 is further provided, further comprising: a camera (230) that acquires images (219) of tows (244) placed by the AFP machine during layer formation, wherein the controller enters a closed feedback loop comprising determining actual locations of tow placed by the AFP machine based on the images, compare actual tow locations with expected tow locations indicated by the NC program, detect discrepancies between actual locations and expected locations, and change the NC program during forming layers based on discrepancies.

[0077] C7. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C6, em que: uma discrepância compreende um vão entre estopas; e o controlador altera o programa de NC para cobrir o vão pela adição de instruções para colocar estopas sobre o vão.[0077] C7. The system in paragraph C6 is further provided, whereby: a discrepancy comprises a gap between tows; and the controller changes the NC program to cover the gap by adding instructions to place tow over the gap.

[0078] C8. É provido adicionalmente o sistema do parágrafo C6, em que: o controlador determina localizações reais de estopas pela colocação de estopas ilustradas nas imagens em um espaço coordenado do programa de NC, com base em uma posição e uma orientação da câmera.[0078] C8. Additionally provided is the system of paragraph C6, wherein: the controller determines actual tow locations by placing tows illustrated in the images in an NC program coordinate space, based on a camera position and orientation.

[0079] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido: D1. Um método compreendendo: formar uma peça compósita por meio de: formar em camadas um laminado bidimensional (2D) sobre um mandril que tem características que fazem com que as dobras sejam formadas em camadas de modo que, o cisalhamento esperado entre as dobras já esteja incluído no laminado 2D (352); e formar o laminado 2D em um pré-formado de contorno complexo, incluindo a execução do cisalhamento esperado entre as dobras (354) D2. É provido adicionalmente o método do parágrafo D1, em que: as características compreendem estopas que são direcionadas dentro de uma camada do laminado para aumentar uma quantidade de material do laminado D3. É provido adicionalmente o método do parágrafo D1, em que: as características compreendem comprimentos de estopas adicionais D4. É provido adicionalmente o método do parágrafo D1, em que: formar o laminado compreende estampar o laminado entre ferramentas de formação complementares. D5. É provido adicionalmente o método do parágrafo D1, em que: o laminado 2D é plano, e as características compreendem perturbações verticais no laminado 2D.[0079] According to another aspect of the present invention, there is provided: D1. A method comprising: forming a composite part by means of: layering a two-dimensional (2D) laminate on a mandrel having features that cause the plies to be formed in layers such that the expected shear between the plies is already included in 2D laminate (352); and forming the 2D laminate into a complex contour preform, including performing the expected shear between the (354) D2 plies. Further provided is the method of paragraph D1, wherein: the features comprise tows that are directed within a layer of the laminate to increase an amount of laminate material D3. The method of paragraph D1 is further provided, wherein: the characteristics comprise additional tow lengths D4. The method of paragraph D1 is further provided, wherein: forming the laminate comprises stamping the laminate between complementary forming tools. D5. Further provided is the method of paragraph D1, wherein: the 2D laminate is planar, and the features comprise vertical disturbances in the 2D laminate.

[0080] Embora modalidades específicas estejam descritas aqui, o escopo da invenção não é limitado a essas modalidades específicas. O escopo da invenção é definido pelas reivindicações a seguir e qualquer de suas equivalentes.[0080] Although specific embodiments are described here, the scope of the invention is not limited to these specific embodiments. The scope of the invention is defined by the following claims and any of their equivalents.

Claims (14)

1. Método para gerar uma formação de camadas de um laminado, caracterizado pelo fato de que compreende: carregar dados definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita (302); identificar as restrições com base nas dimensões da forma 3D (304); simular achatamento da forma 3D para uma forma planar (306); adquirir um mandril tendo a forma planar (308); colocar características no mandril que permitem a formação de camadas de um laminado sobre o mandril para compensar as restrições durante formação do laminado para a forma 3D (310); e gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para formar em camadas estopas de material constituinte sobre o mandril tendo as características, para formar camadas do laminado (312).1. Method for generating a formation of layers of a laminate, characterized by the fact that it comprises: loading data defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part (302); identify constraints based on the dimensions of the 3D shape (304); simulate flattening of the 3D shape to a planar shape (306); acquire a mandrel having a planar shape (308); placing features on the mandrel that allow the formation of layers of a laminate on the mandrel to compensate for constraints during forming the laminate into 3D shape (310); and generating a Numerical Control (NC) program that directs an Automated Fiber Laying (AFP) machine to layer the laminate, the NC program including instructions for layering tows of constituent material onto the mandrel having the characteristics, to form layers of the laminate (312). 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende: formar em camadas o laminado sobre o mandril planar de acordo com o programa de NC.2. Method according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises: layering the laminate on the planar mandrel in accordance with the NC program. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende: conformar o laminado após a formação de camadas ter sido completada; em que: conformar o laminado compreende: colocar o laminado entre ferramentas de formação complementares; e acionar as ferramentas de formação uma em direção a outra para conformar o laminado.3. Method according to claim 2, further characterized by the fact that it comprises: forming the laminate after layering has been completed; wherein: forming the laminate comprises: placing the laminate between complementary forming tools; and drive the forming tools towards each other to form the laminate. 4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende: adquirir imagens de estopas colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas (402); determinar localizações reais de estopas colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas com base nas imagens (404); comparar as localizações reais de estopas com as localizações esperadas de estopas indicadas pelo programa de NC (406); detectar discrepâncias entre as localizações reais e as localizações esperadas (408); e alterar o programa de NC durante formação de camadas com base nas discrepâncias (410).4. Method according to claim 2, further characterized by the fact that it comprises: acquiring images of tow placed by the AFP machine during layer formation (402); determining actual locations of tow placed by the AFP machine during layer formation based on the images (404); compare the actual tow locations with the expected tow locations indicated by the NC program (406); detect discrepancies between actual locations and expected locations (408); and changing the NC program during layering based on discrepancies (410). 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: uma discrepância compreende um vão entre estopas; e alterar o programa de NC compreende adicionar instruções para colocar estopas sobre o vão.5. Method according to claim 4, characterized by the fact that: a discrepancy comprises a gap between tows; and changing the NC program includes adding instructions for placing tow over the gap. 6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: uma discrepância compreende uma estopa tendo uma localização real que é um deslocamento de uma localização esperada; e alterar o programa de NC compreende revisar instruções para a colocação de estopas em outras camadas com base no deslocamento.6. Method according to claim 4, characterized by the fact that: a discrepancy comprises a tow having an actual location that is a displacement from an expected location; and changing the NC program involves revising instructions for placing tow in other layers based on displacement. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende: iterativamente: simular colocação das características no mandril; gerar uma simulação formando uma formação de camadas de laminado sobre o mandril na forma 3D; e alterar as características com base nas rugas ou fissuras esperadas indicadas pela simulação.7. Method according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises: iteratively: simulating placement of features in the mandrel; generate a simulation forming a formation of laminate layers on the mandrel in 3D form; and change characteristics based on expected wrinkles or cracks indicated by the simulation. 8. Meio legível por computador não transitório, caracterizado pelo fato de que incorpora instruções programadas que, quando executadas por um processador, são operáveis para executar um método compreendendo: colocar características em um mandril planar que permitem um laminado formado em camadas sobre o mandril para compensar restrições correspondentes a uma forma tridimensional (3D) durante formação do laminado na forma 3D (310); e gerar um programa de Controle Numérico (NC) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) formando em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para formar em camadas estopas de material constituinte sobre o mandril planar, incluindo as características colocadas no mandril, par formar camadas do laminado (312); formar em camadas o laminado de acordo com o programa de NC (352); e formar o laminado na forma 3D (354) carregar dados definindo a forma 3D; identificar as restrições com base nas dimensões da forma 3D; achatar a forma 3D para uma forma planar; e fabricar o mandril de acordo com a forma planar.8. Non-transitory computer-readable medium, characterized in that it incorporates programmed instructions that, when executed by a processor, are operable to perform a method comprising: placing features on a planar mandrel that permit a laminate formed in layers over the mandrel to compensate for restrictions corresponding to a three-dimensional (3D) shape during forming the laminate into the 3D shape (310); and generating a Numerical Control (NC) program that directs an Automated Fiber Laying (AFP) machine to layer the laminate, the NC program including instructions for layering tows of constituent material onto the planar mandrel, including the characteristics placed in the mandrel to form layers of the laminate (312); layering the laminate according to the NC program (352); and forming the laminate into 3D shape (354) loading data defining the 3D shape; identify constraints based on the dimensions of the 3D shape; flatten the 3D shape to a planar shape; and manufacturing the mandrel according to the planar shape. 9. Meio de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente: colocar o laminado entre ferramentas de formação complementares; e acionar as ferramentas de formação uma em direção a outra durante modelagem.9. Means according to claim 8, characterized by the fact that the method further comprises: placing the laminate between complementary forming tools; and trigger the forming tools toward each other during modeling. 10. Sistema para gerar uma formação de camadas de um laminado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma memória (214) que armazena dados (216) definindo uma forma tridimensional (3D) para uma peça compósita; e um controlador (212) que carrega os dados, identifica restrições com base nas dimensões da forma 3D, achata a forma 3D para uma forma planar (620), e coloca características (710) na forma planar que permitem uma formação de camadas de laminado (240) compensar as restrições durante formação do laminado para a forma 3D, o controlador gera um programa de Controle Numérico (CN) (218) que direciona uma máquina de Colocação de Fibra Automatizada (AFP) (100) formar em camadas o laminado, o programa de NC incluindo instruções para formação de camadas de estopas (244) de material constituinte para formar camadas (242) do laminado.10. System for generating a formation of layers of a laminate, characterized by the fact that it comprises: a memory (214) that stores data (216) defining a three-dimensional (3D) shape for a composite part; and a controller (212) that loads the data, identifies constraints based on the dimensions of the 3D shape, flattens the 3D shape to a planar shape (620), and places features (710) on the planar shape that allow for laminate layer formation. (240) compensate for constraints during forming the laminate into 3D shape, the controller generates a Numerical Control (CN) program (218) that directs an Automated Fiber Placement (AFP) machine (100) to layer the laminate, the NC program including instructions for forming layers of tow (244) of constituent material to form layers (242) of the laminate. 11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: as características incluem alterações a uma superfície de um mandril plano sobre o qual o laminado é formado em camadas.11. System according to claim 10, characterized by the fact that: the characteristics include changes to a surface of a flat mandrel on which the laminate is formed in layers. 12. Sistema de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que: as características incluem estopas (244) que são direcionadas dentro de uma camada (242) do laminado para aumentar uma quantidade de material no laminado.12. System according to claim 10 or 11, characterized by the fact that: the features include tows (244) that are directed within a layer (242) of the laminate to increase an amount of material in the laminate. 13. Sistema de acordo com a reivindicação 10, 11 ou 12 caracterizado pelo fato de que: o controlador adiciona as características por meio da previsão de uma quantidade de distância (L0-LI) pela qual uma porção da forma planar se expandirá durante formação, e adiciona comprimento de estopa à forma planar correspondente à quantidade.13. System according to claim 10, 11 or 12 characterized by the fact that: the controller adds the characteristics by predicting a quantity of distance (L0-LI) by which a portion of the planar shape will expand during formation, and adds tow length to the planar shape corresponding to the quantity. 14. Sistema de acordo com a reivindicação 10, 11, 12 ou 13, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende: uma câmera (230) que adquire imagens (219) de estopas (244) colocadas pela máquina AFP durante formação de camadas, em que o controlador se engata em um circuito fechado de retroalimentação compreendendo determinar localizações reais de estopas colocadas pela máquina AFP com base nas imagens, comparar as localizações reais de estopas com localizações esperadas de estopas indicadas pelo programa de NC, detectar discrepâncias entre as localizações reais e as localizações esperadas, e alterar o programa de NC durante formação de camadas com base nas discrepâncias.14. System according to claim 10, 11, 12 or 13, further characterized by the fact that it comprises: a camera (230) that acquires images (219) of tow (244) placed by the AFP machine during layer formation, in that the controller engages in a closed feedback loop comprising determining actual locations of tow placed by the AFP machine based on images, comparing actual tow locations with expected tow locations indicated by the NC program, detecting discrepancies between actual locations and the expected locations, and change the NC program during layering based on the discrepancies.
BR102018004513-0A 2017-03-09 2018-03-07 METHOD FOR GENERATING A LAYER FORMATION OF A LAMINATE, NON-TRAINER COMPUTER READABLE MEDIUM, AND, SYSTEM FOR GENERATING A LAYER FORMATION OF A LAMINATE BR102018004513B1 (en)

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