CN101304859B - 根据tfp工艺生产单层或多层纤维预制体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过TFP工艺利用沿着力的通量方向取向的纤维辫2-8、18生产单层或多层纤维预制体1、17的方法，其中纤维预制体1、17具有不含有干扰支撑层的几乎任意的材料厚度和表面几何形状，该方法的步骤为：利用缝纫头引导的固定丝10、11将纤维辫2-8、18铺放和固定在一个柔韧的具有弹性的底板9、19上，以形成纤维预制体1，17，以及将纤维预制体1、17由具有弹性的柔韧的底板9、19上脱离。利用本发明方法生产的纤维预制体1、17显示出几乎最优的沿着力的通量方向的纤维取向，并且在纤维的设置中没有任何明显的干扰位置，因此可以生产出不仅能够满足对于机械性能的极端要求而且重量轻的复合材料构件，例如通过利用RTM工艺的后续加工过程实现。

Description

根据TFP工艺生产单层或多层纤维预制体的方法
技术领域
本发明涉及一种根据TFP (“Tailored Fiber Placement”)(“缝纫纤维铺放”)工艺利用特别是具有沿着力的通量方向取向的纤维辫生产单层或多层纤维预制体的方法，其中所述纤维预制体具有不含有干扰支撑层的几乎任意的材料厚度和几乎任意的表面几何形状。
背景技术
在轻量结构中，尤其是在飞机制造业中，愈来愈多地采用由纤维增强塑料生产的复合材料构件，其不但能够耐极端的机械负荷而且同时具有高的减轻重量的潜力。这些构件由增强纤维构成，为了制成所述成品构件，利用一种可固化的合成材料对该增强纤维进行浸透或浸渍，例如利用聚酯树脂、环氧树脂或同类物质对其进行浸透或浸渍。
在此类构件中增强纤维的取向对于其刚性和强度具有决定性的影响。为了达到最优的机械性能，增强纤维应当尽可能沿着负载方向并且没有波动。此外，力求每个单独的增强纤维承担均匀的负荷。
使用传统的半成品、例如，采用织物或铺设物用于合成材料的增强，并不能实现所有构想的纤维取向，因为在此类情形下，增强纤维总是以特定的取向延伸。
一种能够满足纤维取向根据负载而定的需求的可能性是通过TFP(“TailoredFiber Placement”)(“缝纫纤维铺放”)工艺。在该工艺下，将旨在机械增强的纤维辫(“粗纱”)沿着任意轨迹铺放，并且利用一种固定丝丝线将纤维辫固定在支撑层上，这些纤维辫则由大量的、相互平行延伸的、离散的增强纤维构成，这样单个纤维辫的取向几乎能够最优地适应影响制成后的复合材料构件的通量。通过这样所实现的对于纤维辫机械耐力的最优利用，能够使纤维辫的数量并因而重量减为最小。此外，构件截面还能够以理想的方式分别适应局部的负荷。而且，对于特殊需要的区域还可以有针对性地通过铺放附加的纤维辫进行增强，例如在力的引入区域或此类区域。离散的增强纤维例如为玻璃纤维、碳纤维、芳香尼龙纤维或此类物质。
利用TFP工艺的纤维预制体的生产通过、例如，也在纺织工业使用的、通常由CNC控制的缝纫或刺绣自动机械完成。若纤维预制体所有需要的层都已被纤维辫所铺放，则可以将所制成的通常已经具有所期望的最终轮廓的纤维预制体置于可封闭的模具内，用可固化塑料浸渍并且接着固化成为成品复合材料构件。此处，可以将大量的TFP纤维预制体和/或由增强纤维构成的层进行相互组合。用可固化塑料对于纤维预制体的浸渍可以通过熟知的RTM-(“Resin TransferMoulding”“树脂传递模塑”)工艺在所设计的相应的模具中完成。必要时，在实施RTM-工艺前还可以将突出于所述纤维预制体的给定轮廓的支撑层材料去除。
然而，通过TFP-工艺，由于采用所述固定丝和支撑层，纤维预制体中被引入了2种在后续的复合材料构件中没有任何功能的成分。特别是，当多个纤维预制体相叠设置时，所述支撑层尤其妨碍理想层序的实现，并且所述支撑层在整体重量上占不容忽视的部分。虽然支撑层也可以由增强纤维构成，例如由玻璃纤维或碳纤维构成，但即便如此，至少一部分增强纤维仍具有不承担负载的取向。此外，增强纤维在TFP-工艺过程中由于缝纫针的穿透而受到损害，从而可能使材料的特性值受到负面影响。
此外，已知将一种固体泡沫材料核作为支持结构用于构成三维的纤维预制体，其中利用栽绒方法(Tuftingverfahren)将固定丝在所述泡沫材料核的上面一侧夹牢，从而可以省去附加的底部固定丝。然而，采用该工艺时，对于每个具有不规则的表面几何形状的纤维预制体必须具有特殊的泡沫材料核。
发明内容
因此，本发明的目的在于对已知的用于生产纤维预制体的TFP工艺进行进一步的改进，从而使生产出的纤维预制体具有几乎任意的材料厚度，并且不受采用TFP-工艺通常所需要的在纤维预制体上遗留的支撑层的干扰，其中只需要一个通用底板，用于生产具有不同表面几何形状的纤维预制体。此外，还将改进在底板上固定丝的固定。
根据本发明，实现上述目的的技术方案如下：
一种通过TFP-工艺利用沿力的通量方向取向的纤维辫(2-8，18)生产单层或多层纤维预制体(1，17)的方法，其中所述纤维预制体(1，17)具有不含干扰支撑层的几乎任意的材料厚度和几乎任意的表面几何形状，其步骤包括：
a)在将所述纤维辫(2-8，18)铺放和固定到底板(9，19)上前，改变柔韧的具有弹性的底板(9，19)的表面几何形状以适应所述纤维预制体(1，17)预定的表面几何形状，其中所述底板(9，19)由橡胶板或硅树脂板构成
b)利用缝纫机头引导的固定丝(10，11)将所述纤维辫(2-8，18)铺放和固定在所述底板(9，19)上以构成纤维预制体(1，17)，
c)利用在缝纫机头设置的针将所述固定丝(10，11)刺入底板(9，19)，从而将固定丝(10，11)引入底板(9，19)中，并且因此形成的固定丝搭环(12-14)被保持在所述底板(9，19)上，以及
d)将所述纤维预制体(1，17)由底板(9，19)上脱离。
由于所述底板为具有弹性地柔韧地构成，可以在一个并且为同一个通用底板上生产出具有不同三维的表面几何形状的纤维预制体。
根据按照本发明的一种有利的设计，在铺放和固定纤维辫之前通过改变底板表面的几何形状以适应纤维预制体预定的表面几何形状。
因而可以实现，在开始时即可使得所述底板以及要在其上面铺放的纤维预制体具有任意的表面几何形状，从而能够将所述纤维预制体能够直接地以几乎任意的三维的表面几何形状通过使用适用于实施TFP-工艺的设备，例如使用CNC控制设备，进行铺放和固定。
此外，底板表面几何形状的可变性允许在一个并且为同一个底板上生产大量具有不同表面几何形状的不同纤维预制体。
根据进一步有利的设计，在将纤维预制体脱离之前改变底板的表面几何形状以适应纤维预制体预定的表面几何形状。
例如，因此可以首先将底板构成为平面，并将纤维辫通过TFP-工艺铺放和固定在其上，随后，可以使底板具有一种偏离于平面形态的、几乎是任意的三维的、被弯曲的表面几何形状。因而可以首先通过计算机控制的、标准-、缝纫-或刺绣自动机械将纤维辫铺放和固定在xy-平面上以形成纤维预制体，随后，使底板具有另外的表面几何形状，例如该表面几何形状为半圆柱体表面构型。从而可以使用一种只允许缝纫机头在空间的xy-方向上的定位的、结构简单的标准-、缝纫或刺绣自动机械用于形成纤维预制体，因此具有显著的省时和降低成本的潜力。
根据进一步有利的设计，所述底板的表面几何形状通过支撑机构预先给定。
该设计使得，特别是在与CNC-控制的缝纫或刺绣自动机械或同类装置结合时，能够在一个并且是同一个通用的底板上生产具有不同的表面几何形状的纤维预制体。
根据本发明的进一步有利的设计，所述支撑机构通过控制和调节装置进行移动以适应纤维预制体所预定的表面几何形状。
由于支撑机构的单独可控制性，可以利用控制和调节装置使底板具有几乎任意的表面几何形状。此处支撑机构可以为相互均匀地间隔设置的可移动的支撑件(Stemple)或支柱，其安置在底板下面以支撑底板并且其运行路径例如至少能够通过由控制或调节装置或手动在空间进行一维地控制。利用可定位支撑件(Stemple)可以优选在底板上施加拉力和压力以实现底板的各种变形。此处，优选将用于改变底板表面几何形状的控制和调节控制和调节装置与实施TFP-工艺所使用的通过CNC-控制或计算机控制的缝纫、或刺绣自动机械相连接或是成为所述控制的一部分。
根据进一步有利的设计，将纤维预制体从具有弹性的柔韧的底板脱离之前进行固定。
这样就可以在很大程度上避免由于底板的脱离而出现的非期望的纤维辫在纤维预制体内的迁移。为了将纤维辫固定在纤维预制体中，例如可以使用在低温下熔化的热塑性的粉末、固化的胶粘剂或同类物质。
附图说明
按照本发明的进一步有利的实施方案在其余的权利要求中进行说明。
图中所示为：
图1在具有弹性的柔韧的底板上采用按照本发明构成的纤维预制体的截面图，以及
图2具有铺放着的纤维辫的弹性的柔韧的底板的变形过程的示例的透视图。
具体实施方式
以下结合图1和图2对于按照本发明方法的流程进行说明。
图1首先通过平面的纤维预制体1的构成表示按照本发明方法的流程。为了构成纤维预制体1，根据已知的TFP-(“Tailored Fiber Placement”)(“缝纫纤维铺放”)工艺的标准，将大量的纤维辫2-8(“粗纱”)，特别是沿力的通量方向上取向地铺放和固定在作为支撑层的、具有弹性的和柔韧的底板9上。所述底板9可以由弹性体制成的具有弹性的柔韧的平板、特别是橡胶板或同类物质构成。所述纤维辫2-8由大量离散的增强纤维(“细丝”)构成，其在图1中大致垂直于图中所示平面延伸。增强纤维使用玻璃纤维、碳纤维、芳香尼龙纤维或同类物质。在底板9上铺放纤维辫2-8通过图中没有示出的缝纫、或刺绣自动机械完成，其具有相应构成的缝纫机头以引导纤维辫2-8。缝纫机头同时可以将纤维辫2-8固定在弹性底板9上。优选缝纫机头利用图中未示出的控制和调节装置，例如CNC-控制装置或同类装置控制，以生产出任意的、并且特别是沿着力的通量方向的纤维辫2-8铺放曲线。
在底板9上对纤维辫2-8的固定通过固定丝10、11实现，所述固定丝通过设置在缝纫机头的针至少部分地被引入底板9。此处形成了固定丝搭环12-14，其可以使得不需要附加底部固定丝而牢固地将固定丝10、11固定在在底板9上(“Tuftingverfahren”)(“栽绒法”)。此处，固定丝搭环12-14在底板9内通过相适合的摩擦关系由于挤压而被固定。这样就避免了所铺放的纤维辫2-8在底板9上不可控制的移动。优选通过锯齿形针迹将纤维辫2-8固定在底板9上。
为了能够将固定丝搭环12-14稳定地保持在具有弹性的柔韧的底板9的内部、并且同时保证其在不同表面几何形状时的适应性，所述底板应当由弹性体或其他具有弹性的柔韧的特性的材料构成。例如，所述具有弹性的柔韧的底板9可以由橡胶板或硅树脂板构成。所述底板9不仅满足在传统TFP-工艺中所必要的、通常为网状的包括底部固定丝的支撑层的同样的功能，还实现了不需要储备分别与所需制造的纤维预制体所期望的表面几何形状相适应的固体泡沫材料核构成的支撑体而生产具有复杂表面几何形状的纤维预制体。
在图1所示实施例中，纤维预制体1具有2个层15、16。其中在下层16内铺放纤维辫6、7、8，而在上层15设置纤维辫2-5。根据本发明，纤维预制体1可以由具有几乎任意数量的重叠设置的层构成。通常在TFP-工艺中重叠铺放纤维辫2-8的最大数目由所使用的针的长度限定，因为带有固定丝的针必须穿透包括底板9的一部分在内的全部的层。
纤维预制体1完成后，将其在不损害纤维辫6、7、8完整性的同时从底板9上脱离，因为纤维预制体1在通过固定丝搭环12、13、14在底板上非紧固地被保持或被“栽绒”(aufgetuftet)。纤维预制体1脱离后，在纤维预制体1上仅残留了固定丝10、11，从而对于纤维预制体1的机械性能的影响微不足道。
由于首先应当描述平面的纤维预制体1的生产，因而贯穿在方法流程中所述底板9具有平坦的表面几何形状。如果需要生产出具有弯曲的表面几何形状的纤维预制体，则需要在完成铺放和固定过程之前和/或之后通过支撑机构使具有弹性的柔韧的底板9具有预定的表面几何形状。
图2通过范例示出了由具有初始为平坦的表面几何形状的纤维预制体1(参看图1)至具有大致为半圆柱体的表面几何形状的纤维预制体17的变形。
首先将纤维辫18铺放和固定在平面的、具有弹性的、柔韧的底板19上。此处纤维辫18代表因顾及整体的图示效果而未示出的大量纤维辫。此处将纤维辫18铺放和固定在初始为平面的具有弹性的柔韧的底板19上的操作方式，与对图1所作的说明相同。
通过初始为平面的底板19的变形尤其产生了有利的效果，可以使用构造结构简单的缝纫-或刺绣自动机械用于铺放和固定纤维辫18，因为缝纫机头的移动只是在坐标系20的xy-方向上、即平行于底板19的展开平面方向上的移动、为必要。不需要附加缝纫机头的平行于坐标系20的z-方向的移动选项。
随后，如箭头21所示，底板19变形为、例如具有半圆柱体的表面几何形状。接着可以将纤维预制体17由底板19中脱离用于后续加工。除了半圆柱体表面几何形状外，底板19还可以是任意的可以想象出的构型，例如采用至少部分为球状弯曲的表面几何形状。
具有弹性的柔韧的底板19的变形可以通过图中未示出的支撑机构实现。这种支撑机构均匀地相互隔开并且在具有弹性的柔韧的的底板19下面呈矩阵状设置。支撑机构例如可以由能够在垂直方向上移动的冲头(druckstempel)或同类物件，其在坐标系20 z-方向的运行路径可以通过控制和调节设备进行控制，从而通过采用本发明的方法可以构成具有几乎任意表面几何形状的纤维预制体17。此处控制和调节装置使得弹性柔韧底板19的变形过程以及构成纤维预制体17的纤维辫的铺放和固定过程几乎完全自动地精确地进行。因此，利用根据本发明的方法在大规模生产中可以几乎完全自动地制造出具有几乎任意表面几何形状和高尺寸精确性的纤维预制体17。此外，可以将底板19容纳在夹框内，以便在特别是材料厚度低时，所使用的底板即使无需调节和通过支撑机构支持也能达到基本上为平面的初始表面几何形状。
在底板19的变形过程结束后，可以将纤维预制体17容易地从所述底板上脱离，并且利用公知的RTM(“Resin Transfer Moulding”“树脂传递模塑”)-工艺固化为制成的增强纤维复合材料构件。为了所述目的，利用可固化的聚合物，如聚酯树脂、环氧树脂或同类物质对于纤维预制体17进行浸透或浸渍。在将纤维预制体17由底板19脱离后，必要时先将纤维预制体17的边缘轮廓按照预先给定的大小进行裁切。
为了保证纤维辫18足够牢固的固定，在将纤维预制体17在由底板19脱离之前和/或在底板19变形之前，必要时还用粘合材料对其进行固定。作为粘合材料特别考虑在50℃至150℃范围内熔化的热塑性塑料和/或合适的胶粘剂，例如热熔胶。可以将这种粘合材料以粉末的形式施加到纤维预制体17内和/或其上。
在将纤维预制体17由底板19脱离后，除固定丝外，在纤维预制体17内丝毫没有遗留可能影响纤维预制体17机械特性的干扰组分，特别是没有支撑层或此类物质。这样为了生产出具有更高的材料厚度的增强纤维复合材料构件，可以先将多个相应构成的纤维预制体相叠设置构成多层纤维预制体，再将其放入模具中实施RTM-工艺。由这种方法构成的多层纤维预制体的机械性能不受支撑层或其他在TFP-工艺范畴内需要的中间层或同类层的影响。
值得注意的是，对于本方法单个方法步骤描述的顺序只有示范特性，在需要时可以与所述步骤有出入。
利用按照本发明的方法，可以用简单的方式和方法生产具有基本上沿力的通量方向的纤维取向的纤维预制体，该纤维预制体还可以具有不同于平面形式的表面几何形状。并且，所述纤维预制体可以由计算机控制的缝纫、或刺绣自动机械制成，所述自动机械得缝纫机头仅能定位于xy-平面从而节约更多的时间和造价。根据按照本发明方法的说明构成的纤维预制体可以在RTM-工艺中用于生产复合材料构件。
用这种方式方法生产的复合材料构件具有几乎最优的、即具有基本上沿着力的通量方向的纤维取向以及在叠层结构中不含有重要的干扰位置，从而可以得到不仅机械性能非常符合要求，而且重量很轻的构件。
因此本发明涉及通过TFP-工艺中用具有特别是沿着力的通量方向取向的纤维辫2-8、18生产单层或多层纤维预制体1、17的方法，其中纤维预制体1、17不含有起干扰作用的支撑层，具有几乎任意的材料厚度和几乎任意的表面几何形状，其步骤包括：
-利用由缝纫机头传输的固定丝10、11，将纤维辫2-8、18铺放和固定在柔韧并且具有弹性的底板9、19上，特别是铺放和固定在由弹性体构成的底板9、19上，以形成纤维预制体1、17并且
-将纤维预制体1、17从所述底板9、19上脱离。
优选在铺放和固定纤维辫2至8、18前改变所述底板9、19的表面几何形状以适应纤维预制体1，17预定的表面几何形状。
在将纤维预制体1、17脱离之前，例如优选改变底板9、19的表面几何形状以适应纤维预制体1、17所设定的表面几何形状。
此外，还最好通过支撑机构对于所述底板9、19的表面几何形状进行预先给定。
例如所述支撑机构通过控制和调节设备进行移动以适应纤维预制体1、17预定的表面几何形状。
纤维预制体1、17在脱离底板9、19前被固定。
对于纤维预制体1、17的固定特别是通过粘合材料、特别是热塑性塑料和/或胶粘剂实现。
所述固定丝10、11例如通过在缝纫机头设置的针的刺入而被引入到所述底板9、19，所形成的固定丝搭环12-14因而保持在底板9、19上。
所述缝纫机头相对于底板9、19的位置最好在至少两维空间由控制和调节设备进行控制，以实现纤维辫2-8、18在底板9、19上几乎任意的特别是沿力的通量方向的铺放曲线。
至少在底板9、19上例如区域性地至少铺放和固定2个纤维辫2-8、18，从而构成至少具有两个层15、16的纤维预制体1、17。
最好将至少2个纤维预制体1、17在由底板9、19脱离后重叠设置以构成多层纤维预制体1、17。
附图标记列表
1、纤维预制体
2、纤维辫
3、纤维辫
4、纤维辫
5、纤维辫
6、纤维辫
7、纤维辫
8、纤维辫
9、底板
10、固定丝
11、固定丝
12、固定丝搭环
13、固定丝搭环
14、固定丝搭环
15、层
16、层
17、纤维预制体
18、纤维辫
19、底板
20、坐标系
21、箭头

Claims (8)

1.一种通过TFP-工艺利用沿力的通量方向取向的纤维辫(2-8，18)生产单层或多层纤维预制体(1，17)的方法，其中所述纤维预制体(1，17)具有不含干扰支撑层的几乎任意的材料厚度和几乎任意的表面几何形状，其步骤包括：
a)在将所述纤维辫(2-8，18)铺放和固定到底板(9，19)上前，改变柔韧的具有弹性的底板(9，19)的表面几何形状以适应所述纤维预制体(1，17)预定的表面几何形状，其中所述底板(9，19)由橡胶板或硅树脂板构成
b)利用缝纫机头引导的固定丝(10，11)将所述纤维辫(2-8，18)铺放和固定在所述底板(9，19)上以构成纤维预制体(1，17)，
c)利用在缝纫机头设置的针将所述固定丝(10，11)刺入底板(9，19)，从而将固定丝(10，11)引入底板(9，19)中，并且因此形成的固定丝搭环(12-14)被保持在所述底板(9，19)上，以及
d)将所述纤维预制体(1，17)由底板(9，19)上脱离。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，通过支撑机构对于所述底板(9，19)表面几何形状进行预先给定。
3.如权利要求2的方法，其特征在于，所述支撑机构通过控制和调节设备进行移动以适应所述纤维预制体(1，17)预定的表面几何形状。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，将所述纤维预制体(1，17)在脱离所述底板(9，19)前对纤维预制体进行固定。
5.如权利要求4的方法，其特征在于，利用热塑性塑料和/或胶粘剂对于所述纤维预制体(1，17)进行固定。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，所述缝纫机头相对于所述底板(9，19)的位置在至少两维空间由控制和调节设备控制，以实现所述纤维辫(2-8，18)在所述底板(9，19)上沿力的通量方向的铺放曲线。
7.如权利要求1的方法，其特征在于，在所述底板(9，19)上至少铺放和固定2个所述纤维辫(2-8，18)，从而构成至少具有2个层(15，16)的纤维预制体(1，17)。
8.如权利要求1的方法，其特征在于，至少2个纤维预制体(1，17)在由所述底板(9，19)脱离后重叠设置以构成多层纤维预制体(1，17)。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9409356B2 (en) 2010-04-16 2016-08-09 Compositence Gmbh Method for manufacturing fibre layers
US9718233B2 (en) 2011-05-05 2017-08-01 Compositence Gmbh Method and apparatus for producing laid fibre fabrics and component preforms made of fibres
US9782926B2 (en) 2012-04-13 2017-10-10 Compositence Gmbh Laying head and apparatus and method for manufacturing a three-dimensional pre-form for a structural component from a fiber composite material

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005034395B4 (de) * 2005-07-22 2008-04-10 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Faservorformlingen im TFP-Verfahren
US9017814B2 (en) * 2007-10-16 2015-04-28 General Electric Company Substantially cylindrical composite articles and fan casings
CN101462316A (zh) * 2007-12-19 2009-06-24 维斯塔斯风力系统有限公司 预成型件的制备方法
DE102008017573A1 (de) 2008-04-07 2010-04-15 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines FVW/FVK-Bauteils aus Rovings mit einem Formwerkzeug und Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens
ITTO20080520A1 (it) * 2008-07-07 2010-01-08 Smm Compositi Di Carta Vittorio Materiale composito
GB0816114D0 (en) 2008-09-04 2008-10-15 Airbus Uk Ltd Assembling and shaping laminate panel
WO2012072405A1 (de) 2010-12-02 2012-06-07 Toho Tenax Europe Gmbh Unidirektionale faserbänder aufweisender faservorformling aus verstärkungsfaserbündeln und verbundwerkstoff-bauteil
DE102011077287B4 (de) 2011-06-09 2022-06-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Faserverbundbauteil
FR2977826B1 (fr) * 2011-07-11 2017-01-13 Airbus Operations Sas Procede de realisation d'un panneau avec une double courbure
EP2599614B1 (fr) * 2011-12-01 2016-03-02 Techspace Aero S.A. Procédé de réalisation d'une préforme et son utilisation dans la fabrication d'une pièce composite
US9591875B2 (en) 2012-09-21 2017-03-14 R. J. Reynolds Tobacco Company Fibrous composite tobacco-containing materials
US9386800B2 (en) 2012-09-21 2016-07-12 R.J. Reynolds Tobacco Company Fibrous composite tobacco-containing materials
WO2014102015A1 (de) 2012-12-28 2014-07-03 Compositence Gmbh Verfahren und vorrichtung zum herstellen von dreidimensionalen fasergelegen und bauteilvorformlingen aus fasern in zwei stufen
RU2527088C1 (ru) * 2013-02-25 2014-08-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нор-Пласт" Способ изготовления напольного коврика для транспортного средства
DE102013215332A1 (de) * 2013-08-05 2015-02-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels einer Trägerschicht
DE102013112620A1 (de) * 2013-11-15 2015-06-03 Rwth Aachen Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs
RU2568725C1 (ru) * 2014-06-18 2015-11-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Способ изготовления объемно армированного композиционного материала
DE102014226356A1 (de) * 2014-12-18 2016-06-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Technisches Stickverfahren zum Herstellen eines textilen Halbzeugs
DE102014226352A1 (de) * 2014-12-18 2016-06-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Technisches Stickverfahren zum Herstellen eines textilen Halbzeugs sowie Stickanlage zum Durchführen des Verfahrens
GB2561914B (en) * 2017-04-28 2022-04-27 Hexcel Reinforcements Uk Ltd Apparatus for and method of fibre placement for the formation of fibre preforms
WO2019008443A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 Coats Group Plc METHOD FOR MANUFACTURING FIBER BEAM FIBER PREFORM FOR PROCESSING OVERMOLDING
US11691359B2 (en) 2018-03-19 2023-07-04 J. & P. Coats Limited Multiple layer article with interactive reinforcements linear ribbon fiber reinforcement for composite forms
US11753750B2 (en) 2018-11-20 2023-09-12 R.J. Reynolds Tobacco Company Conductive aerosol generating composite substrate for aerosol source member
RU2717228C1 (ru) * 2018-12-04 2020-03-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ изготовления преформ для лопаток компрессора газотурбинного двигателя
RU2722494C1 (ru) * 2019-10-11 2020-06-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ нашивки объемных преформ
CN111016219A (zh) * 2019-10-21 2020-04-17 广东亚太新材料科技有限公司 一种连接柔性材料的方法
FR3109552B1 (fr) * 2020-04-28 2022-04-29 Inst De Rech Tech Jules Verne Procédé de fabrication d’une préforme tridimensionnelle
CN113858477B (zh) * 2021-11-23 2023-07-25 常州善巧复合材料科技有限公司 抗热振预制体及其制备工艺
TWI782818B (zh) * 2021-12-15 2022-11-01 明安國際企業股份有限公司 高爾夫球桿頭之打擊面板的製造方法
US11932174B2 (en) 2022-01-24 2024-03-19 Ford Global Technologies, Llc Fiber composite with stitched structural image
JPWO2023166737A1 (zh) * 2022-03-04 2023-09-07

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2612950B1 (fr) 1987-03-25 1989-06-09 Aerospatiale Procede de fabrication d'elements d'armature composites tisses en trois dimensions, machine pour sa mise en oeuvre et produit obtenu
JPH0669728B2 (ja) 1987-07-03 1994-09-07 日産自動車株式会社 複合材料用曲面状プリフォ−ムの製造方法
FR2658841B1 (fr) * 1990-02-26 1993-06-11 Aerospatiale Procede et dispositif pour la realisation d'elements d'armature composes de fibres resistantes.
GB9212697D0 (en) * 1992-06-15 1992-07-29 Short Brothers Plc Composite structure manufacture
GB2268699B (en) 1992-07-16 1996-09-18 British Aerospace Forming fibre reinforced plastics laminates
JPH06278234A (ja) 1993-03-29 1994-10-04 Toray Ind Inc Ｆｒｔｐ成形品の製造方法およびプリフォーム
DE10061028A1 (de) * 2000-12-08 2002-06-20 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen TFP-Preforms mittels schmelzbaren Fixierfäden
DE10114104B4 (de) * 2001-03-23 2005-03-10 Meto International Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Doppeletiketten sowie Doppeletikett
JP2002321215A (ja) * 2001-04-25 2002-11-05 Toray Ind Inc プリフォームおよびその成形品
DE10123064B4 (de) * 2001-05-11 2005-10-27 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform
DE10250826B4 (de) * 2002-10-31 2008-05-29 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Preforms
US7384585B2 (en) * 2003-01-14 2008-06-10 Shikibo Ltd. Method for producing dry preform for composite material
JP4090892B2 (ja) * 2003-01-14 2008-05-28 シキボウ株式会社 複合材料用ドライプリフォームの製造方法
DE102005034400B4 (de) 2005-07-22 2010-09-23 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings mit einer nahezu beliebigen Oberflächengeometrie im TFP-Verfahren

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9409356B2 (en) 2010-04-16 2016-08-09 Compositence Gmbh Method for manufacturing fibre layers
US9718233B2 (en) 2011-05-05 2017-08-01 Compositence Gmbh Method and apparatus for producing laid fibre fabrics and component preforms made of fibres
US9782926B2 (en) 2012-04-13 2017-10-10 Compositence Gmbh Laying head and apparatus and method for manufacturing a three-dimensional pre-form for a structural component from a fiber composite material

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