BR102019005460A2 - método para formar um componente compósito, e, componente compósito - Google Patents

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Abstract

método para formar um componente compósito, e, componente compósito. um método para formar um componente compósito compreendendo: formar um mandril por fabricação aditiva, o mandril definindo uma forma para o componente; proporcionar um material compósito em torno do mandril para formar um corpo do componente; curar o corpo do componente para produzir o componente, o mandril formando uma parte do componente.

Description

MÉTODO PARA FORMAR UM COMPONENTE COMPÓSITO, E, COMPONENTE COMPÓSITO
CAMPO TÉCNICO [001] A presente divulgação se refere a componentes compósitos, tal como tubos ou canos, em particular, mas não exclusivamente a tubos, tal como tubos de combustível usados em aeronaves ou similares e tendo uma estrutura de fibra compósita.
FUNDAMENTOS [002] Tubos compósitos, por exemplo, compreendendo materiais compósitos de fibra de carbono ou vidro, se tornaram comuns em aplicações em que os tubos podem ser submetidos a condições e cargas extremas, tal como em aeronaves. Tubos de combustível de aeronave, por exemplo, são frequentemente tubos compósitos. Tais compósitos são fortes e rígidos e menos susceptíveis à ruptura ou fratura do que metais pesados convencionalmente usados, enquanto que também são mais leves. Em condições extremas, os tubos compósitos precisam ser resistentes a danos devido às condições mecânicas e ambientais. Ao mesmo tempo, os fabricantes estão sob pressão para fornecer peças a um custo mais baixo e fornecer peças mais leves.
[003] Componentes compósitos são formados convencionalmente proporcionando um mandril ou uma estrutura de suporte na forma geral do componente desejado. O compósito é, então, enrolado em torno do mandril para formar o componente e é, então, cozido ou curado para assentar o componente.
[004] Como mencionado acima, existe uma necessidade de tais componentes compósitos serem tão leves quanto possível e, no caso de tubos, a forma e a superfície do interior serem especialmente projetadas para o fluxo desejado através do tubo. Mandris são, convencionalmente, feitos de metal ou plástico resistente ou, por exemplo, gesso, madeira, areia ou cera para
Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 21/31 / 6 proporcionar o suporte desejado, o que, obviamente, aumenta o peso total do componente. Além disso, a presença do mandril dentro do tubo afetaria o fluxo desejado. É importante, portanto, que o mandril seja removido antes que o componente esteja finalmente pronto para venda/uso.
[005] Para componentes tubulares simples, podem ser usados mandris que podem ser facilmente retirados da estrutura compósita após eles terem sido formados na forma desejada. Para componentes formados mais complexos, no entanto, isto é mais difícil ou mesmo impossível. Mandris não podem ser facilmente retirados de, por exemplo, tubos com curvas ou ressaltos ou de componentes angulares, o mesmo se aplica, por exemplo, a tubos que bifurcam ou têm diâmetros variados ao longo de seu comprimento. Para estas estruturas, o mandril precisa ser removido, por exemplo, usando uma substância corrosiva lavada através do componente, ou o mandril pode ser feito de cera e depois fundido para remoção. Com o último processo, o interior do componente, então, precisa ser completamente limpo após a remoção do mandril. O uso de substâncias corrosivas para remover o mandril ou fluidos de limpeza fortes nos componentes, ou o uso de calor para derreter um mandril de cera, pode resultar em imprecisões dimensionais ou características de superfície na superfície interna do componente, ou deixar substâncias residuais. Isto pode reagir ou afetar o fluxo de fluidos escoados através do componente de uma maneira que não pode ser calculada e compensada com precisão. No caso de tubos de combustível, por exemplo, é importante que não haja nenhum resíduo de uma substância que possa reagir com o combustível e causar combustão ou mudar a composição do combustível.
[006] Outro problema com mandris convencionais é que um mandril é necessário para cada componente a ser fabricado e para cada tamanho de componente. No caso de mandris removíveis, estes são retidos, mas requerem espaço de armazenamento. O armazenamento também é necessário para o
Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 22/31 / 6 ferramental adicional necessário para esses mandris.
[007] Os custos associados a estas abordagens convencionais em termos de complexidade de fabricação, custos de ferramental e armazenamento também são indesejavelmente altos.
[008] Existe, portanto, uma necessidade de um método de fabricação de componentes em uma faixa de formas e tamanhos, embora superando os problemas acima.
SUMÁRIO [009] De acordo com um aspecto da presente divulgação, é proporcionado um método para formar um componente compósito compreendendo: formar um mandril por fabricação aditiva, o mandril definindo uma forma para o componente; proporcionar um material compósito em torno do mandril para formar um corpo do componente; curar o corpo do componente para produzir o componente, o mandril formando uma parte do componente.
[0010] De acordo com outro aspecto, é proporcionado um componente compósito compreendendo um mandril definindo uma forma do componente e um material compósito formado em torno do mandril.
[0011] De preferência, a etapa de fornecimento compreende enrolar camadas de material compósito em torno do mandril ou encaixar uma luva de material compósito sobre o mandril.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] As Figs. 1A - 1C mostram exemplos de acordo com esta divulgação.
[0013] A Fig. 2 é uma vista em seção transversal de um componente formado de acordo com a divulgação.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0014] A presente divulgação faz uso dos recentes desenvolvimentos no campo da fabricação aditiva ou impressão 3D. Avanços consideráveis
Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 23/31 / 6 foram feitos nesta área nos últimos anos, significando que uma ampla faixa de itens 3D pode ser formada programando uma forma em um computador controlando uma impressora 3D ou usando alguma outra técnica de fabricação aditiva para formar um produto de acordo com o projeto programado imprimindo camada sobre camada de material. Estes processos se desenvolveram de tal forma que itens podem ser fabricados aditivamente em uma variedade de materiais e uma ampla variedade de formas para uma ampla faixa de aplicações.
[0015] Esta divulgação foca na formação de um mandril usando fabricação aditiva, o qual é capaz de ser formado em uma variedade de formas complexas, sobre as quais um componente compósito pode ser formado para produzir um componente na forma desejada. O mandril, sendo fabricado aditivamente de um material leve é, então, deixado no local no componente compósito acabado, evitando assim os problemas discutidos acima na remoção do mandril.
[0016] O uso de impressão 3D e o fato de que o mandril não é removido do produto acabado significa que formas muito complexas podem ser formadas. Além disso, não há limite para as variações que podem ser projetadas em termos de forma e dimensões, mas sem a necessidade do espaço de armazenamento necessário para outros mandris de ferramentas.
[0017] Como visto nas Figs. 1A a 1C, mostrando algumas formas que poderiam ser necessárias para várias aplicações, o mandril 1 pode ser impresso/fabricado aditivamente em 3D conforme necessário, produzindo uma estrutura leve. O mandril precisa apenas reter forma suficiente para materiais compósitos serem enrolados ou estirados ou formados sobre ele para formar o componente, e não romper causando detritos dentro do componente, mas de outro modo o mandril não precisa ter nenhuma propriedade ou resistência estrutural real.
[0018] O mandril de parede fina 1 define a forma ou o formato do
Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 24/31 / 6 componente complexo e o material compósito 2 é enrolado ou montado em torno do mandril para formar o corpo de componente. Qualquer forma desejada pode ser formada, o que significa que os componentes podem ser personalizados a um custo relativamente baixo e complexidade de fabricação. [0019] Quando camadas de compósito são usadas para formar componentes, o material compósito compreende uma combinação de fibras e resina. A resina pode, portanto, aderir ao mandril, de modo que nada seja deslocado durante a fabricação. A adesão pode, no entanto, em alguns casos não ser desejada, em cujo caso o mandril pode ser produzido com uma porosidade e/ou acabamento superficial diferente de modo que não haja adesão estrutural entre a camada de compósito e o mandril. Alternativamente, uma camada de adesivo pode ser aplicada ao mandril antes do enrolamento para algumas aplicações.
[0020] A seção transversal do mandril não precisa mais ser restrita a circular. Perfis ovais, quadrados ou outros perfis desejados podem ser escolhidos e em diferentes partes do componente. A superfície interna do mandril pode ser otimizada para diferentes aplicações, padrões de fluxo, etc. , e o mandril pode ser projetado, por exemplo, em suas extremidades, para ser fixado a prendedores ou conectores de modo que o mandril possa ser girado enquanto as camadas de compósito são aplicadas, ou mantidas no lugar, conforme necessário.
[0021] Vários materiais leves já são usados na fabricação aditiva/impressão 3D e os desenvolvimentos continuam - há, portanto, uma vasta seleção de acordo com os requisitos/as aplicações. Náilon é um exemplo de um material que pode ser usado para formar um mandril em, por exemplo, fabricação de componentes de aeronaves. Estes materiais são também tais que não serão danificados pelas temperaturas necessárias para cozer ou curar as camadas de compósito.
[0022] Prevê-se também que componentes atualmente feitos de várias
Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 25/31 / 6 partes - por exemplo, um tubo com um flange 3, como mostrado na Fig. 2, poderiam ser formados em uma única peça usando estes métodos. Perfis tais como ranhuras de vedação de O-Ring também podem ser impressos em 3D.
[0023] Embora particularmente vantajoso no campo de componentes de aeronaves, tal como tubos de combustível, existem outros componentes compósitos para os quais os métodos descritos podem ser usados.
[0024] O método de fabricação permite que um número infinito de formas e tamanhos de mandril seja feito a custo relativamente baixo e de maneira menos intensiva em trabalho do que os métodos convencionais. Além disso, nenhum custo está associado a armazenamento e à propriedade de uma grande matriz de mandris e ferramental associado.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para formar um componente compósito, caracterizado pelo fato de que compreende:
    formar um mandril por fabricação aditiva, o mandril definindo uma forma para o componente;
    proporcionar um material compósito em torno do mandril para formar um corpo do componente;
    curar o corpo do componente para produzir o componente, o mandril formando uma parte do componente.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar compreende enrolar camadas de material compósito em torno do mandril.
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar compreende encaixar uma luva de material compósito sobre o mandril.
  4. 4. Método de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que compreende ainda aplicar adesivo entre o mandril e o material compósito.
  5. 5. Método de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o mandril é proporcionado com um acabamento de superfície para impedir adesão ao material compósito.
  6. 6. Método de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o material compósito compreende fibras de carbono ou fibras de vidro e resina.
  7. 7. Componente compósito, caracterizado pelo fato de que compreende um mandril definindo uma forma do componente e um material compósito formado em torno do mandril.
  8. 8. Componente compósito de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda aplicar adesivo entre o
    Petição 870190026528, de 20/03/2019, pág. 27/31
    2 / 2 mandril e o material compósito.
  9. 9. Componente compósito de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o componente compreende um corpo tubular e um flange em uma ou em cada extremidade do corpo tubular.
  10. 10. Componente compósito de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a forma do componente é não linear.
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