BRPI0914949B1

BRPI0914949B1 - Processo e ferramenta de moldagem para a produção de uma parte estrutural

Info

Publication number: BRPI0914949B1
Application number: BRPI0914949-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Mathias Herkner
Original assignee: Gkn Aerospace Services Limited
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2019-03-06
Also published as: IL209786A; DE102008029058A1; ES2384088T3; CN102112297B; CA2734618A1; WO2009153259A2; US20110163480A1; ATE548179T1; BRPI0914949A2; CA2734618C; CN102112297A; WO2009153259A3; IL209786A0; EP2293924B1; JP5694925B2; US9259864B2; JP2011524825A; EP2293924A2

Abstract

processo e ferramenta de moldagem para a produção de uma parte estrutural é descrito um processo para produção de uma parte (1), compreendendo pelo menos uma camada (2) de material composto reforçado com fibra (4). o referido processo engloba pelo menos as seguintes etapas: a) a pelo menos uma camada (2) de material composto polimerizável reforçado com fibra (4) é disposta em uma forma (5) que possui uma base (6) e uma pluralidade de elevações (7); b) pelo menos um molde (8) é posicionado de forma a estar em contato com pelo menos uma elevação (7), dito molde (8) tendo um material sensível a micro-ondas (10) em pelo menos uma superfície de contato (9) em direção à pelo menos uma elevação (7); c) a pelo menos uma elevação (7) é polimerizada através da irradiação do pelo menos um molde (8) com micro-ondas (3). o molde usado particularmente possui uma forma tridimensional estável (11). o referido molde (8) possui uma superfície de contato (9) para a parte (1), e pelo menos a superfície de contato (9) é feita de material sensível a micro-ondas (10).

Description

PROCESSO E FERRAMENTA DE MOLDAGEM PARA A PRODUÇÃO DE UMA

PARTE ESTRUTURAL [0001] A presente invenção se refere a um processo para a produção de uma parte estrutural, tendo pelo menos uma camada compreendendo material composto reforçado com fibra e uma ferramenta para tal processo. A invenção é usada, em particular, para a produção de componentes de uma fuselagem e/ou de uma superfície de escoamento mais extensa de um aeroplano.

[0002] Com relação aos esforços que estão sendo feitos para proporcionar aeroplanos que se conformam com futuros requisitos ecológicos e são de produção e operação baratas e, não obstante, que satisfaçam os mais estritos requisitos de segurança, possíveis caminhos estão sendo cada vez mais imaginados para produzir estruturas primárias essenciais (por exemplo, asas, componentes de fuselagem, alojamento para as unidades de acionamento, etc.), usando material composto reforçado com fibra em vez de alumínio. Essa técnica de construção leve possibilita, em particular, reduzir consideravelmente o peso dos aeroplanos. Durante a produção dessas estruturas primárias essenciais, deve-se considerar que essas representam uma proporção considerável; por exemplo, os flapes para pouso são partes estruturais que se estendem por vários metros. Essas partes estruturais são adicionalmente expostas a altos níveis de tensão, durante a operação, e representam, portanto, partes estruturais críticas para segurança, para as quais requisitos especiais de qualidade precisam ser observados.

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Ί/Ί1 [0003] Os materiais compostos reforçados com fibra desse tipo compreendem, geralmente, dois componentes essenciais, isto é, primeiramente as fibras, e, em segundo lugar, uma matriz polimérica que circunda as fibras. A matriz abrange as fibras e é curada por um tratamento térmico (polimerização), de modo que ocorra reticulação tridimensional. Essa polimerização tem o efeito de que as fibras são ligadas firmemente entre si, e, portanto, forças são introduzidas nas fibras, isto é, predominantemente por tensões de cisalhamento. As fibras adequadas são tanto as fibras de carbono, quanto, possivelmente, também as fibras de vidro. As fibras de carbono, que são atualmente relativamente caras, consistem regularmente em carbono, a um teor de pelo menos 90% em peso. O diâmetro das fibras é, por exemplo, de 4,5 a 8 μπι (micrômetros) . As fibras de carbono desse tipo têm propriedades anisotrópicas. Comparativamente, as fibras de vidro têm uma estrutura amorfa e propriedades isotrópicas. Consistem, predominantemente, em óxido de silício, sendo possível que outros óxidos sejam misturados, se adequado. Enquanto as fibras de vidro sejam relativamente baratas, as fibras de carbono são notadas pelas suas altas resistência mecânica e rigidez.

[0004] Particularmente na construção de aeroplanos, o que é conhecida como tecnologia de pré-impregnação é empregada. Nessa tecnologia, por exemplo, os tecidos pré-impregnados ou outras formas de fibra (pré-forma) são embebidos em resinas sintéticas e tratados termicamente meramente, até que solidifiquem ligeiramente (formação de gel), de modo que possam ser manuseados em camadas. Um material pré-impregnado

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3/21 desse tipo apresenta um pequeno grau de adesão, e pode ser, portando, disposto em ferramentas de moldagem adequadas, ou uns em cima dos outros em camadas, até que a forma desejada da parte estrutural seja formada. Quando as camadas desejadas do material pré-impregnado são dispostas, podem ser (termicamente) curadas. Para curar as ditas partes estruturais pré-impregnadas, faz-se uso atualmente do que são conhecidas como autoclaves, isto é, estufas que podem precisar ser aquecidas com uma sobrepressão (até 10 bar), por muitas horas, para obter uma cura completa das partes estruturais.

[0005] Além disso, o pedido de patente DE 10 2005 050 528 Al descreve uma autoclave de micro-ondas, com a qual a produção de partes estruturais compostas de fibra por meio de radiação de micro-ondas é proposta. O aparelho proposto no dito documento possibilita acoplar radiação de micro-ondas na câmara de pressão da autoclave. A excitação direta dos materiais pré-impregnados adequados para o presente processo com as micro-ondas tem a vantagem de que não é necessário aquecer o ar localizado na autoclave, ou o gás inerte localizado nele, que está presente em um volume considerável, devido ao tamanho das partes estruturais. O uso de tecnologia de micro-ondas possibilita aquecer o material pré-impregnado a ser curado diretamente por ele mesmo, e o resto da região circundante se mantém, consequentemente, relativamente fria.

[0006] O ressoador de micro-ondas, descrito no pedido de patente DE 103 29 411 Al, é igualmente adequado para a condução desse tratamento térmico. O dito ressoador de microondas é geralmente operado sem uma sobrepressão. No entanto,

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4/21 pode ser também integrado, se adequado, em um recipiente de pressão (autoclave).

[0007] Quando do aquecimento de um material por uso de micro-ondas, os seguintes mecanismos ativos podem ser ajustados: aquecimento dielétrico e aquecimento resistivo. Se dipolos (livremente) móveis (isto é, moléculas tendo uma distribuição de carga irregular) estão presentes no material, estes são excitados para oscilar a uma alta frequência em um campo eletromagnético, produzido pelas micro-ondas. Essa energia cinética dos dipolos é então convertida por atrito interno em calor, que é produzido diretamente no material (aquecimento dielétrico). Além disso, é também possível que apareçam correntes parasitas em consequência da indução, e, portanto, a resistência elétrica do material provoca finalmente um aumento em temperatura (aquecimento resistivo). Por exemplo, o material pode ser, desse modo, aquecido a temperaturas acima de 130°C, acima de 160°C, ou mesmo acima de 200°C. Este nível de temperatura possibilita a polimerização ou cura dos materiais pré-impregnados ocorrer.

[0008] Neste sentido, componentes de aeroplanos tendo uma superfície base relativamente extensa e elevações protuberantes a partir de tal superfície são particularmente destacadas. Por exemplo, tais elevações são aletas em rede com o objetivo de contribuir, em particular, aumentar a rigidez do componente (montado). Por exemplo, elevações deste tipo possuem um comprimento de cerca de 11 m (metros) , uma espessura de material na faixa de 2,5 mm a 4 mm (milímetros)

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5/21 e uma altura, na qual elas se elevam acima da superfície base, de [0009] pelo menos 25 mm (milímetros).

Durante a produção de tais componentes por cura por meio de irradiação de micro-ondas, é importante que uma reticulação uniforme e suficiente nos materiais se j a assegurada.

Para este fim, é essencial que esta forma deformada do componente possa ser tratada de forma apropriada com microrradiação e/ou que uma distribuição de temperatura homogênea seja obtida no componente. Também se deve levar em consideração que os materiais pré-impregnados usados aqui estáveis, i.e.

são, frequentemente, não dimensionalmente eles devem ser fixados na posição desejada utilizando-se ferramentas de fixação e/ou moldagem durante a irradiação com micro-ondas. Assim, o problema indicado acima é ainda maior.

[0010] Originando-se disso, é um objeto da presente invenção resolver, pelo menos parcialmente, os problemas descritos com referência à técnica anterior. Em particular, a intenção é especificar um método no qual é possível produzir as partes estruturais descritas acima de maneira simples e confiável, com um grau de reticulação do material composto reforçado por fibras alto e uniforme, como é desejável. Além disso, a intenção é especificar uma ferramenta de moldagem que, em particular, garanta um processo de cura uniforme no decurso do tratamento com micro-ondas.

[0011] Esses objetos são alcançados por um método tendo os aspectos da reivindicação 1 e por uma ferramenta de moldagem tendo as características da reivindicação 5. Outras

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6/21 concretizações variantes preferidas e campos de uso da invenção são indicados nas respectivas reivindicações dependentes. Deve-se notar que os aspectos indicados individualmente nas reivindicações podem ser combinados entre si, como desejado, em uma maneira tecnologicamente significativa, e demonstram outras concretizações da invenção. A descrição, em particular, em conjunto com as figuras, cita outras concretizações particularmente preferidas da invenção.

[0012] O processo de acordo com a invenção para a produção de uma parte estrutural, tendo pelo menos uma camada compreendendo material composto reforçado com fibra, compreende pelo menos as seguintes etapas:

a) disposição da pelo menos uma camada feita de um material composto reforçado por fibra polimerizável em uma forma, em que a forma possui uma superfície base e uma pluralidade de elevações;

b) posicionamento de pelo menos uma ferramenta de moldagem de forma que tenha contato com pelo menos uma elevação, em que a ferramenta de moldagem é formada com um material sensível a micro-ondas em pelo menos uma superfície de contato frente a pelo menos uma elevação;

c) polimerização da pelo menos uma elevação pela irradiação de pelo menos uma ferramenta de moldagem com micro-ondas.

[0013] Os materiais compostos reforçados com fibra usados na presente invenção são polimerizáveis. Mesmo se isto não

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7/21 for um requisito primário aqui, os materiais compostos reforçados com fibra podem também absorver micro-ondas. Em particular, isso significa que os materiais compostos reforçados com fibra usados podem ser aquecidos e, portanto, (parcialmente) curados (ou polimerizados).

[0014] O material composto reforçado com fibra é, em particular, um material composto reforçado com fibra de carbono. As fibras de carbono são, de preferência, na forma de fibras longas, que são sem fim no estado inicial e são dispostas nas partes estruturais em camadas, com uma diferente orientação da direção longitudinal das fibras. Uma das seguintes, em particular, é adequada como resina: resina epóxi, resina fenólica, resina de bismaleimida ou resina de poliéster. Além disso, também é possível usar materiais compostos reforçados por fibras de vidro com os materiais de resinas de matriz conhecidos.

[0015] Para produzir a parte estrutural, é possível que apenas uma camada do material composto polimerizável reforçado com fibra seja usada, embora, também seja possível posicionar uma pluralidade dessas camadas, umas em cima das outras, pelo menos em certas regiões, para que seja possível gerar, se adequado, espessuras variáveis da parte estrutural. As diferentes camadas podem também ser usadas para representar uma forma mais complexa, tal como aqui descrito com uma superfície básica e elevações. Na presente invenção, uma camada representa, em particular, uma camada de um material pré-impregnado.

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8/21 [0016] No decurso da etapa a) , por exemplo, uma pluralidade de camadas são posicionadas uma sobre a outra e/ou uma próxima a outra sobre um suporte, de maneira que elas formem a superfície base. Neste caso, a superfície base pode ter um tamanho medido em vários metros quadrados e pode ter uma forma (levemente) curva. De preferência, em um lado especificamente oposto ao suporte, as camadas são dispostas de tal maneira que uma pluralidade de elevações é formada. As elevações, de preferência, possuem um desenho alongado como aletas. É preferível que se forme pelo menos três, particularmente pelo menos cinco e ainda mais preferível pelo mento dez de tais elevações na referida superfície base com as camadas. Particularmente, a forma desejada de um componente de um flape de pouso ou outra superfície de escoamento de um aeroplano é assim construída.

[0017] De acordo com a etapa b), pelo menos uma ferramenta de moldagem é também posicionada de maneira que esteja em contato com pelo menos uma elevação.

Neste caso, a ferramenta de moldagem sustenta com sua superfície de contato diretamente ou indiretamente (se apropriado, via filmes convencionais etc.) contra pelo menos uma das elevações (sobre um lado e/ou sobre dois lados) . A ferramenta de moldagem é formada com um material sensível a micro-ondas pelo menos na região compreendendo a superfície de contato. Particularmente, isto significa que tal material é aquecido quando é tratado ou irradiado com micro-ondas, surgindo, particularmente, os efeitos de aquecimento dielétrico e/ou resistivo. Desta forma, a ferramenta de moldagem é assim (se apropriado, parcialmente) aquecida pela irradiação com micro

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9/21 ondas, o referido calor sendo então transferido para as camadas do material composto polimerizável reforçado com fibra. Neste contexto, de preferência, se faz uso de um material que por si mesmo não seja polimerizável, isto é, que retenha suas propriedades em termos de estabilidade dimensional, porosidade e capacidade de produção de calor etc., pelo menos durante uma multiplicidade de tais tratamentos com micro-ondas. Por exemplo, os seguintes materiais (individualmente ou parcialmente combinados entre si) podem ser usados para este fim: materiais transparentes a micro-ondas contendo diversos aditivos em diferentes razões de mistura tais como, por exemplo, silicone, PTFE, PP, EP, PET, cerâmica de vidro, óxido de alumínio, vidro de quartzo ou assemelhados. Aditivos podem ser: fibras curtas (por exemplo comprimento de 0,1 a 0,25 mm) de carbono (moídas) , negro de fumo, carvão ativado, nano-estruturas tais como, por exemplo, CNT (nanotubos de carbono), silicatos, materiais sol-gel etc. Outros materiais são (se apropriado, por sua vez, contendo cargas) borrachas e materiais compostos fibrosos com pelo menos um polímero ou material de matriz termoplástica.

[0018] Uma vez que tal ferramenta de moldagem tenha sido posicionada apropriadamente na superfície base e de forma a estar em contato com pelo menos uma elevação, a etapa c) pode ser iniciada. Nesta etapa, todo o arranjo das camadas do material composto polimerizável reforçado com fibra e a ferramenta de moldagem é tratada com micro-ondas, de forma tal que todos estes elementos são expostos a um campo eletromagnético de alta frequência. Uma vez que a ferramenta

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10/21 de moldagem, pelo menos parcialmente, impede as micro-ondas de agirem diretamente sobre as camadas do material composto polimerizável reforçado, não é a camada que é tratada diretamente com as micro-ondas, mas, em vez disso, (apenas) a ferramenta de moldagem. A polimerização nas camadas ou, em particular, na elevação em contato e na região de transição entre a elevação e a superfície base, é conduzida de maneira uniforme através da extremidade da ferramenta de moldagem, que é aquecida devido à irradiação por micro-ondas. Portanto, é possível também obter uma introdução uniforme e suficiente de calor nas camadas, nestas transições de camadas complexas, de forma tal que a reticulação uniforme com um grau suficiente de reticulação é garantida. A ferramenta de moldagem, assim, serve tanto quanto unidade de aquecimento e também, simultaneamente, como uma estrutura de distribuição de calor.

[0019] De acordo com outra concretização do processo, propõe-se que, na etapa b) , pelo menos uma ferramenta de moldagem seja posicionada de forma a estar em contato com duas elevações adjacentes. Neste contexto, também se prefere que a ferramenta de moldagem seja projetada na forma de um perfil em U, por exemplo, e consequentemente seja posicionada entre duas elevações adjacentes (e apoiando-se na superfície base) . De preferência, em particular, tais ferramentas de moldagem são posicionadas entre todas as elevações adjacentes da parte estrutural. Virtualmente toda a superfície da superfície base com elevações é, assim, coberta por ferramentas de moldagem. As ferramentas de moldagem, que são elas mesmas dimensionalmente estáveis e são formadas com um

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11/21 molde tridimensional, consequentemente servem também como elementos de fixação ou suporte para as elevações. É possível assim alcançar tolerâncias dimensionais particularmente altas a respeito da posição das elevações em relação uma à outra e/ou das elevações em relação à superfície base. Além disso, é possível, assim, introduzir o calor de maneira uniforme pela a parte estrutural apesar da forma relativamente complexa da parte estrutural.

[0020] Também é considerado particularmente vantajoso que, na etapa b), a pluralidade de elevações seja fixada por meio de uma pluralidade de ferramentas de moldagem que interagem. Isto significa, em particular, que as ferramentas de moldagem interagem uma com a outra diretamente ou através das próprias elevações. Se apropriado, as ferramentas de moldagem e/ou as elevações podem, assim, também ser atadas em relação umas às outras, como resultado de que as camadas são fixadas de maneira confiável antes e durante a polimerização. Particularmente, isto também simplifica o manuseio ou o transporte das camadas preparadas para cura.

[0021] De acordo com outra concretização do processo, como etapa d), pelo menos uma ferramenta de moldagem é removida. A princípio, a etapa d) é conduzida quando a etapa c) foi completada, i.e. o grau de reticulação na parte estrutural foi, pelo menos em grande parte, atingido. Em aplicações particulares, entretanto, também pode ser possível para pelo menos uma das ferramentas de moldagem ser removida mesmo antes de a polimerização ser concluída. Isto serve, em particular, para o caso quando as camadas de material

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12/21 composto polimerizável reforçado com fibra são, elas próprias, sensíveis a micro-ondas.

[0022] De acordo com outro aspecto da invenção, é proposta também uma ferramenta de moldagem para produzir uma parte estrutural tendo pelo menos uma camada compreendendo material composto reforçado com fibra, em que a ferramenta de moldagem é formada com um molde tridimensional e a ferramenta de moldagem também tem uma superfície de contato para a parte estrutural e, pelo menos, a superfície de contato é formada por um material sensível a micro-ondas.

[0023] Esta ferramenta de moldagem é usada, em particular, para conduzir o processo descrito aqui de acordo com a invenção.

[0024] Neste caso, a ferramenta de moldagem é vantajosamente formada de maneira que, por exemplo, proporciona-se uma estrutura de suporte dimensionalmente estável que recebe o material sensível a micro-ondas. Não obstante, também é possível, entretanto, que o material sensível a micro-ondas seja, ele próprio, dimensionalmente estável e, portanto, (pelo menos em parte) forma independentemente o molde tridimensional da ferramenta. Um molde tridimensional significa, em particular, não estão envolvidos filmes instáveis ou assemelhados, mas, em particular, que estes são formados de maneira a ter uma forma em L, em U ou seção transversal similar, por exemplo, e não perder esta forma mesmo em pressão ambiente maior, por exemplo, até 10 bar. A ferramenta de moldagem é geralmente formada com uma superfície de contato na região que

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13/21 compreende uma superfície externa da ferramenta de moldagem. Também se prefere que a superfície de contato seja formada com o material sensível a micro-ondas apenas na superfície externa, principalmente a superfície que será subsequentemente orientada para a parte estrutural. 0 material sensível a micro-ondas é, portanto, ligado termicamente a esta superfície de contato, com o objetivo de possibilitar a introdução de calor na parte estrutural.

[0025] Além disso, consideras-se vantajoso que a ferramenta de moldagem tenha uma superfície de contato para a parte estrutural e pelo menos uma região fora da superfície de contato é formada com material transparente a micro-ondas. A ferramenta de moldagem é normalmente tratada com microondas na superfície externa que fica no oposto da superfície de contato. Para produzir calor na ferramenta de moldagem próxima à superfície de contato tão completamente quanto possível e de uma maneira focada e, ao mesmo tempo, satisfazer as altas demandas a respeito da estabilidade dimensional da ferramenta de moldagem, pode ser benéfico separar as duas funções uma da outra também com referência ao material. Aqui, a estabilidade dimensional é então proporcionada, por exemplo, por um material transparente a micro-ondas, i.e. um material que deixa passar as microondas, e uma introdução de energia virtualmente completa no material sensível a micro-ondas é, não obstante, assim possibilitada. Exemplos de tais materiais transparentes a micro-ondas são silicone, PTFE, PP, EP, PET, cerâmica de vidro, óxido de alumínio, vidro de quartzo ou assemelhados.

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14/21 [0026] Além disso, propõe-se que a ferramenta de moldagem tenha uma superfície de contato para a parte estrutural e uma superfície externa situada no oposto da superfície de contato, e meios para o isolamento térmico são fornecidos próximos à superfície externa. Aqui, também se considera, em particular, que meios para o isolamento térmico compreendem materiais transparentes a micro-ondas. O isolamento térmico tem o efeito de que o calor produzido no material sensível a micro-ondas se j a emitido, predominantemente, apenas na direção da parte estrutural e não na da area adjacente. A eficiência pode, assim, ser ainda maior.

Para o isolamento térmico, pode ser feito uso, por exemplo, de lã de vidro ou uma lã mineral similar.

[0027] De acordo com outra concretização da ferramenta de moldagem, a referida ferramenta de moldagem é formada com pelo menos uma cavidade. Por exemplo, a cavidade pode ser projetada de maneira que o ar ambiente possa fluir através dela e/ou preenchê-la. Em particular, a referida cavidade pode também ser usada para isolamento térmico. Se apropriado, também é possível que uma multiplicidade de tais cavidades seja providenciada, em tal caso a cavidade pode, assim, ser usada como reservatório para vários materiais (transparentes a micro-ondas e/ou sensíveis a micro-ondas).

[0028] Além disso, também se propões que a ferramenta de moldagem pode ser conectada pelo menos parcialmente a um sistema de resfriamento ativo. O sistema de resfriamento ativo, de maneira similar ao isolamento térmico, deve ser disposto naquele lado da ferramenta de moldagem que está longe da superfície de contato, resultando em impedimento

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15/21 focado de maior descarga de calor na direção da área adjacente e, se apropriado, apenas em certas regiões. Tal sistema de resfriamento ativo se refere, em particular, a sistemas de resfriamento controláveis, em que o meio de resfriamento flui através da ferramenta de moldagem. Meios de resfriamento são, em particular, ar frio ambiente, um gás frio e/ou um líquido frio a temperatura inferior a 40°C ou, ainda, abaixo de 0°C.

[0029] Além disso, também se considera vantajoso que a ferramenta de moldagem seja formada com pelo menos uma estrutura exposta a micro-ondas, que interage com a superfície de contato feita de material sensível a microondas. Isto significa, em particular, que o material sensível a micro-ondas em contato condutor de calor com a superfície de contato é disposto em regiões afastadas da superfície de contato. Em particular, é, portanto, possível obter condução de calor interna a partir das posições na ferramenta de moldagem que são particularmente de fácil acesso para os raios de micro-ondas até a superfície de contato.

[0030] Com preferência muito particular, o processo ou a ferramenta de moldagem propostos na presente invenção são usados para a produção de um componente de uma fuselagem e/ou de uma superfície de escoamento externo de um aeroplano, que compreende uma parte estrutural. O componente se refere, em particular, a um componente do seguinte grupo: flapes de pouso, viga de rastreio de flape, partes de nariz, unidade de leme, unidade de elevador, aerofólio, elementos de teto, alojamento de bocal e quadro estrutural. A invenção também

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16/21 pode ser igualmente empregada para partes estruturais de outro tipo de aeronave, por exemplo, helicópteros.

[0031]

A invenção e também o contexto técnico são

explicados em mais detalhes abaixo, com referência às figuras. Deve-se notar que as figuras mostram as variantes das concretizações particularmente preferidas da invenção, embora a invenção não seja limita a elas. Mostra-se esquematicamente na:

[0032]	Figura 1: um aparelho para conduzir o processo;
[0033]	Figura 2: uma primeira concretização variante de

uma ferramenta de moldagem;

[0034]

Figura 3: uma segunda concretização variante da

ferramenta de moldagem; e

[0035]	Figura 4: um aeroplano.
[0036]	A Figura 1 mostra um aparelho 23 para conduzir o

processo descrito aqui de acordo com a invenção. Por meio de exemplo, o aparelho pode ser uma autoclave de micro-ondas tal como descrita na introdução. Um suporte 24 é proporcionado no referido aparelho e a parte estrutural 1 a ser curada, neste caso, parte de um flape de aterrissagem, é mostrada em seção. A parte estrutural 1 é fixada no suporte 24 entre duas superfícies de suporte 25 e possui uma superfície base 6 substancialmente curva e uma pluralidade de elevações 7 similares a aletas direcionadas para cima.

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17/21 [0037]

Para a produção local de uma fonte de calor e com o objetivo de garantir a orientação precisa das elevações 7 em relação uma à outra, neste caso, uma pluralidade de ferramentas de moldagem é posicionada sobre este lado da parte estrutural 1 que é oposto ao suporte 24. Aqui, as ferramentas de moldagem 8 interagem umas com as outras. Elas são, portanto, atadas em particular uma à outra e entre duas superfícies de suporte 25. As ferramentas de moldagem 8, assim, cobrem toda a superfície externa livre da parte estrutural 1 feita de material composto polimerizável reforçado com fibra 4.

[0038] Para garantir a polimerização uniforme apesar da forma complexa 5 da parte estrutural, as ferramentas de moldagem compreendem material sensível a micro-ondas que é aquecido devido à irradiação com micro-ondas 3 dentro do aparelho 23 localmente na parte estrutural 1. Em particular, é, assim, possível obter temperaturas na parte estrutural que, de maneira confiável, chegam a, pelo menos, 130°C ou até 180°C.

[0039] A Figura 2 mostra um detalhe de uma concretização variante da ferramenta de moldagem 8. A parte inferior da figura mostra inicialmente parte da parte estrutural, que é formada com uma pluralidade de camadas 2 feitas de material composto polimerizável reforçado com fibra (uma pluralidade de folhas de um material pré-impregnado) . Uma forma 5 é apresentada aqui onde duas elevações 7 que se estendem substancialmente perpendicular à superfície base 6 é fornecida.

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18/21 [0040] Uma ferramenta de moldagem 8, que, nesse caso, possui um desenho substancialmente em forma de U é posicionada entre estas duas elevações 7. A referida ferramenta de moldagem cobre a superfície externa da parte estrutural entre estas duas elevações 7 adjacentes e, assim, forma uma superfície de contato 9 com ambas elevações 7 e a superfície base 6, ficando entre elas. Precisamente esta superfície de contato 9 da ferramenta de moldagem 8 é formada com material sensível a micro-ondas 10. O material sensível a micro-ondas 10, neste caso, não se estende além de toda a espessura 26 da ferramenta de moldagem 8; ao contrário, é proporcionado um material transparente a micro-ondas 13 na região externa 12 na direção da superfície externa 18 e, por exemplo, garante o molde 11 tridimensional, em forma de U, mesmo no caso de uso repetido da ferramenta de moldagem 8. Consequentemente, as micro-ondas 3, inicialmente penetram a região 12 com material transparente a micro-ondas 13 e então causam aquecimento dielétrico do material sensível a microondas 10 na região da superfície de contato 9.

[0041] Também se pode observar na Figura 2 que as porções de parede lateral do molde 11 em forma de U da ferramenta de moldagem se elevam acima das elevações 7. Estas porções de parede elevadas servem, em particular, como superfície de suporte 25 para ferramentas de moldagem 8 adjacentes, de maneira que as ferramentas de moldagem 8 são orientadas ou atadas com relação umas às outras e, portanto, a posição das elevações pode ser preservada exatamente.

[0042] A Figura 3 mostra outra concretização variante de uma ferramenta de moldagem 8. Neste caso, a ferramenta de

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19/21 moldagem 8 é formada com material sensível a micro-ondas 10 não apenas na região da superfície de contato 9, mas também nas porções de parede elevadas acima das elevações 7. Por exemplo, as ditas porções servem como estrutura exposta a micro-ondas, a partir da qual pode ser produzido um fluxo de calor (indicado aqui por uma seta) na direção da superfície de contato 9. Em particular, isto também impede pontos frios de se formarem nas regiões de extremidade da superfície de contato 9.

[0043] Além disso, neste caso, a ferramenta de moldagem 8 é formada com uma pluralidade de regiões feitas de material transparente a micro-ondas, em que o isolamento térmico 19 (por exemplo, feito de lã de vidro) é proporcionado aqui na região da superfície externa 18. Cavidades 20 são adicionalmente formadas nas regiões de vértices e podem ser acopladas, por exemplo, a um sistema de resfriamento ativo 21. É possível assim, por exemplo, conduzir ar frio ambiente através das cavidades 20.

[0044] A Figura 4 também mostra os componentes 14 da fuselagem ou de uma superfície de escoamento 16 de um aeroplano 17, que podem ser produzidos por uso das partes estruturais pelo processo descrito no presente relatório descritivo, de acordo com a invenção. Pode-se notar que mesmo as partes estruturais primárias da estrutura de um aeroplano 17, que têm uma grande área superficial, podem ser produzidas pelo processo proposto, sendo igualmente possível reduzir, consideravelmente, o peso do aeroplano 17. O consumo mais baixo de combustível e/ou a carga mais alta associada com ele são vantagens essenciais desta invenção.

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Lista de números de referência

- parte estrutural

- primeira camada

- micro-ondas

- material composto

- forma

- superfície base

- elevação

- ferramenta de moldagem

- superfície de contato

- material sensível a micro-ondas

- molde

- região

- material transparente a micro-ondas

- componente

- fuselagem

- superfície de escoamento

- aeroplano

- superfície externa

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- isolamento térmico

- cavidade

- sistema de resfriamento

- estrutura de introdução de micro-ondas

- aparelho

- suporte

- superfície de suporte

- espessura

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de uma parte estrutural (1), tendo pelo menos uma camada (2) compreendendo material composto reforçado com fibra (4), o processo compreende pelo menos as seguintes etapas:

a) disposição da pelo menos uma camada (2) feita de material composto polimerizável reforçado com fibra (4) em uma forma (5), em que a forma (5) possui uma superfície base (6) e uma pluralidade de elevações (7);

b) posicionamento de pelo menos uma ferramenta de moldagem (8) de forma a ter contato com pelo menos uma elevação (7), em que a ferramenta de moldagem (8) é formada com um material sensível a micro-ondas (10) pelo menos em uma superfície de contato (9) na direção da pelo menos uma elevação (7);

c) polimerização da pelo menos uma elevação (7) pela irradiação da pelo menos uma ferramenta de moldagem (8) com micro-ondas (3).

caracterizado pelo fato de que a ferramenta de moldagem (8) tem pelo menos uma região (12) fora da superfície de contato (9) em que é formada com material transparente a micro-ondas (13) .

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2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa b) , a pelo menos uma ferramenta de moldagem (8) posicionada de forma a estar em contato com a duas elevações (7) adjacentes.

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3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, na etapa b) , a pluralidade de elevações (7) é fixada por meio de uma pluralidade de ferramentas de moldagem (8) que interagem.

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4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, como etapa d) , o pelo menos uma ferramenta de moldagem (8) é removida.

5. Ferramenta de moldagem (8) para produção de uma parte estrutural (1) tendo pelo menos uma camada (2) compreendendo material composto reforçado com fibra (4), tendo um molde tridimensional (11), em que a ferramenta de moldagem (8) possui uma superfície de contato (9) para a parte estrutura (1) e pelo menos a superfície de contato (9) ser formada com material sensível a micro-ondas (10) caracterizada pelo fato de que a ferramenta de moldagem (8) tem pelo menos uma região (12) fora da superfície de contato (9) formada com material transparente a micro-ondas (13).

6. Ferramenta de moldagem (8) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a ferramenta de moldagem (8) possui uma superfície de contato (9) para parte estrutural (1) e uma superfície externa (18) situada oposta à superfície de contato (9) e meios para isolamento térmico (19) serem providos próximo à superfície externa (18).

7. Ferramenta de moldagem (8) de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de moldagem (8) possuir pelo menos uma cavidade (20) .

8. Ferramenta de moldagem (8) de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato que a ferramenta de moldagem (8) poder ser conectada, pelo menos parcialmente, a um sistema de resfriamento ativo (21).

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9. Ferramenta de moldagem (8) de acordo com uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de moldagem (8) é formada com pelo menos uma estrutura exposta a introdução de micro-ondas (22), que interage com a superfície de contato (9) feita de material sensível a micro-ondas (10).