CN105082564B - 铺叠工具的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铺叠工具的装置和方法。本公开的一个实施例涉及一种用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓(192)的工件(190)的工具(100)。该工具(100)包括支承结构(110)，其包括：具有纵轴线(112)的细长构件(111)；和支承板(114)，这些支承板连接至所述细长构件(111)并且沿所述纵轴线(112)彼此隔开。所述细长构件(111)包括金属材料(113)。该工具(100)还包括非金属衬板结构(120)，该非金属衬板结构连接至所述支承板(114)，所述非金属衬板结构(120)包括工作表面(121)，该工作表面包括与所述目标轮廓(192)互补的衬板轮廓(122)。

Description

铺叠工具的方法和装置
技术领域
铺叠工具可以被用于提供可供施加复合材料并且允许固化以形成期望形状的表面。
背景技术
传统铺叠工具可以由金属或复合材料制成。金属铺叠工具的制造时间和成本对于原型或开发程序来说可能过高。因为需要附加模制步骤来制作这种工具的复杂工作表面，所以复合铺叠工具的制造也是昂贵且耗时的。用于制造复合铺叠工具的时间和成本对于原型或开发程序来说可能过高。而且，利用低成本材料(如石膏、泡沫等)的工具可能缺乏在机器人复合制造应用中所需的强度和/或可靠性。
发明内容
因此，旨在致力于解决上述问题的装置和方法将是实用的。
本公开的一个实施例涉及一种用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具。该工具包括：支承结构，该支承结构包括具有纵轴线的细长构件；和支承板，这些支承板连接至所述细长构件并且沿所述纵轴线彼此隔开。所述细长构件包括金属材料。该工具还包括非金属衬板结构，该非金属衬板结构连接至所述支承板，该非金属衬板结构包括工作表面，该工作表面包括与所述目标轮廓互补的衬板轮廓。
本公开的一个实施例涉及一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具的方法。该方法包括：增材制造包括工作表面的非金属衬板结构，该工作表面包括与目标轮廓互补的衬板轮廓。该方法还包括制造包括支承板和细长构件的支承结构。此外，该方法包括将非金属衬板结构附接至支承结构。
本公开的一个实施例涉及一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具的方法。该方法包括：形成包括工作表面的非金属衬板结构，该工作表面包括与所述目标轮廓互补的衬板轮廓。所述非金属衬板结构具有第一热膨胀系数。该方法还包括：形成包括支承板和细长构件的支承结构，该细长构件具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。而且，该方法包括将所述非金属衬板结构附接至所述支承结构。
附图说明
这样概括地对本公开的实施例进行了描述，下面对附图进行说明，附图不必按比例绘制，并且其中，在这几幅图中相同标号指代相同或相似部件，并且其中：
图1是根据本公开一个方面的铺叠工具的框图；
图2是根据本公开一个方面的、图1的工具的示意性立体截面图；
图3是根据本公开一个方面的、图1的工具的安装至具有衬套支承部的细长构件的支承板的示意性侧视截面图；
图4是根据本公开一个方面的、图3的支承板和细长构件的示意性端部截面图；
图5是根据本公开一个方面的、为图1的工具的支承板安装的托架的示意图；
图6是根据本公开一个方面的、图1的工具的非金属衬板结构的示意性侧视图；
图7是根据本公开一个方面的、用于形成用于铺叠复合材料的工具的方法的框图；
图8是根据本公开一个方面的、用于形成用于铺叠复合材料的工具的方法的框图；
图9是飞行器的生产和保养方法的框图；以及
图10是飞行器的示意性图示。
在上面引用的框图中，连接不同部件和/或组件的实线(若有的话)可以表示机械、电气、流体、光学、电磁及其它连接和/或它们的组合。如在此使用的，“连接”意指直接和间接相关联。例如，构件A可以直接与构件B相关联，或者可以间接地(例如经由另一构件C)与其相关联。还可以存在除了框图中描绘的那些以外的其它连接。连接不同部件和/或组件的虚线(若有的话)表示按功能和目的与实线所表示的那些类似地连接；然而，虚线所表示的连接可以选择性地提供，或者可以涉及本公开的另选或可选方面。同样地，以虚线表示的元件和/或部件(若有的话)指示本公开的另选或可选方面。环境因素(若有的话)以虚线表示。
在上面引用的框图中，框还可以表示操作和/或其部分。连接不同框的线不暗示操作或其部分的任何特定次序或相关性。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以提供对所公开构思的详尽理解，其可以在没有这些详细资料中的一些或全部的情况下具体实践。在其它情况下，已知装置和/或过程的细节已经省略以避免不必要地模糊本公开。虽然一些概念将结合具体实施例来描述，但应当明白，这些实施例不是旨在进行限制。
在此引用“一个实施例”或“一个方面”意指，结合该实施例或方面描述的一个或更多个特征、结构或特性被包括在至少一个实施中。本说明书中不同位置的短语“一个实施例”或“一个方面”可以涉及或者不涉及同一实施例或方面。
除非另外加以表明，术语“第一”、“第二”等在此仅被用作标签，而非旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序的、定位的或分层的要求。而且，例如引用“第二”项不需要或排除存在例如“第一”或更低编号项和/或例如“第三”或更高编号项。
总体上参照图1至图6，并且具体参照图1，本公开的一个实施例涉及一种工具100，其用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓192的工件190。该工具100包括支承结构110，该支承结构包括：具有纵轴线112的细长构件111；和多个支承板114，这些支承板连接至细长构件111并且沿纵轴线112彼此隔开。该细长构件111包括金属材料113。该工具100还包括非金属衬板结构120，该非金属衬板结构连接至支承板114。该非金属衬板结构120包括工作表面121，该工作表面包括与目标轮廓192互补的衬板轮廓122。
一般来说，支承结构110向非金属衬板结构120提供支承，并且该非金属衬板结构120被构造成提供可以将复合材料(例如，工件190)形成在其上的工作表面121。所示实施方式的工作表面121包括覆盖该工作表面121的至少一部分的衬板轮廓122。工具100可以被用于机器人铺叠组装工序。例如，整个工具100可以在使用期间环绕纵轴线112旋转，随着工具100旋转将材料添加至非金属衬板结构120的工作表面121。该材料可以撞击工作表面121，并且支承结构110向工作表面121提供支承。工具100还可以在加热(例如，固化用于工件190的复合材料)下进行的组装工序期间使用。例如，在一些实施方式中，工具可以在加热至大约华氏350度的环境下使用。
衬板轮廓122具有与工件190的目标轮廓192的形状互补的形状。工件190可以被理解为利用工具100形成的复合产品(例如，在机器人铺叠组装期间利用工具100，在铺叠组装期间复合材料被施加至工具100的工作表面121、成形并且被允许固化)。目标轮廓192可以包括相对复杂和/或复合的曲面轮廓，例如用于飞机的一部分。该衬板轮廓122可以被理解成具有与目标轮廓192互补的形状，该衬板轮廓122的形状和尺寸可以类似于目标轮廓192，但可以具有一些差异，例如考虑为形成工件190和目标轮廓192而使用的材料的厚度，和/或考虑工件190在从工具100移除时的形状变化。该非金属衬板结构120可以利用增材制造工序(例如，3D打印)来形成，以允许相对快速、便利和/或成本有效地形成诸如衬板轮廓122的复杂形状。在3D打印或增材制造方面，可以按不同形状铺设连续材料层，以形成一结构。在3D打印方面，尤其可以施加连续的液体层、粉末层或片状材料层来构成一结构。
在所示实施方式中，该支承板114沿细长构件111的长度或者沿细长构件111的纵轴线112来分布。支承板114之间的间距以及支承板114的厚度可以被选择或设计成向非金属衬板结构120提供足够刚度或强度，例如防止非金属衬板结构在机器人复合制造工序期间弓起、挠曲，或者因机器人施加复合材料而受影响至可以损坏工具100和/或可观地影响利用工具100形成的工件190的质量的程度。支承板114可以被设计成重量轻、容易制造和组装，和/或具有低成本。
如在此讨论的，该非金属衬板结构120例如可以利用诸如3D打印的增材制造工序来制造。因此，在各个实施方式中，与传统形成的复合件(例如，利用传统模制、固化和/或铺叠工序形成的复合件)和传统形成的金属物体(例如，尤其是利用铸造、焊接、机加工、锻造或切割中的一种或更多种形成的材料)形成对比，非金属衬板结构120可以被理解为由增材制造材料制成。全部或一部分非金属衬板结构120例如可以由适于增材制造的塑料或聚合物制成。可以注意到，在一些实施方式中，增材制造可能特别适合于快速且成本有效地形成复杂形状，如要被用作原型设计、开发或有限批量工序的一部分的衬板轮廓122。其它成形技术至少在一些情况下可能更加成本有效，例如对于大批量生产应用来说。然而，虽然由增材制造材料形成非金属衬板结构120对于某些原型设计或有限批量应用来说可能特别有利，但应注意到，在另选实施方式中，增材制造或其它非金属材料可以与生产或更大批量中使用的工具100一起使用。
例如，参照图1和图2，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，该非金属衬板结构120由聚醚酰亚胺(PEI)材料构成。PEI是非结晶热塑性材料，并且各种PEI材料可以在3D打印或增材制造中利用。可以被用于不同实施方式的PEI材料的一个示例是Ultem(如Ultem 1000)，其是未填充PEI。在一些实施方式中，非金属衬板结构120可以大致全部由已经进行3D打印或增材制造的Ultem构成，以形成包括衬板轮廓122的非金属衬板结构120。在其它实施方式中，该非金属衬板结构120可以包括接合(例如，扣紧、环氧树脂粘合或以其它方式固定)至增材制造部分的附加方面或部件。
相对复杂的结构或形状可以容易地利用增材制造来形成。相对复杂的结构或形状如上所述可以用于具有针对目标轮廓192的互补形状的衬板轮廓122。而且，复杂结构或形状可以针对非金属衬板结构120的其它方面(如安装和/或支承特征部)来形成。例如，参照例如图1和图2，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，该非金属衬板结构120包括定位在与工作表面121相反的表面161上的肋条160，并且支承结构110的支承板114连接至肋条160。肋条160例如可以在形成工作表面121的衬板轮廓122的单个增材制造工序期间形成。更进一步地，3D打印和增材制造可以被用于在肋条160中形成孔165，以接纳用于将非金属衬板结构120固定至支承板114的紧固件(未示出)。由此，在一些实施方式中，整个非金属衬板结构120(包括用于支承并且便利地安装至支承板114的肋条160)可以采用单程或单个3D打印操作来形成。
可以注意到，常规或容易获得的3D打印机对于可以通过单个机器或装置单次打印或增材制造的结构的尺寸来说可能具有某些实践限制。例如，一些3D打印机可能不能被构造成生产具有大于36英寸的尺寸的结构。然而，在不同实施方式中的工件190可以具有大于36英寸的一个或多个尺寸，并由此可能期望非金属衬板结构120的工作表面121具有大于36英寸的一个或多个尺寸。在不同实施方式中，非金属衬板结构120(包括工作表面121)可以由不同的增材制造部分形成，将它们接合以形成非金属衬板结构。
例如，如图6所示，非金属衬板结构120可以由多个衬板结构部分162制成。所述多个衬板结构部分162可以分离地形成，并且每一个单个衬板结构部分162的尺寸都不大于预定最大可获制造长度(例如，36英寸)，但在接合所述多个衬板结构部分162以形成非金属衬板结构120时，整个非金属衬板结构120具有至少一个大于预定最大可获制造长度的尺寸。所述多个衬板结构部分162例如可以以环氧树脂，在相邻衬板结构部分162之间利用对接接头(其可以包括插脚和用于导向的开孔)来接合。而且，形成在相邻衬板结构部分162之间的接头处的接缝可以加以填充、用砂纸擦光和/或以其它方式抛光，以提供基本平滑且连续的工作表面121。由此，工作表面121的一个或更多个尺寸和/或非金属衬板结构120的其它方面可以超出可根据已知的、成本有效的和/或容易获得的增材制造设备(例如，3D打印机)获得的尺寸限制。
例如，参照例如图1、图2以及图6，在本公开的一个方面中，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，非金属衬板结构120具有长度127、高度128以及宽度129，并且长度127、高度128或宽度129中的至少一个大于36英寸。由此，例如，为了利用被限制成生产尺寸为36英寸以下的结构的3D打印机来生产具有大约70英寸的长度127和大约40英寸的高度128的工作表面121，具有大约35英寸的长度和大约20英寸的宽度的单个衬板结构部分162可以如图6所示接合。结合图6讨论或示出的特定尺寸和形状意思是例如仅出于例示目的，而衬板结构部分162和/或非金属衬板结构120的其它尺寸和/或形状可以在不同实施方式中加以利用。
如在此讨论的，非金属衬板结构120可以便利且容易地制成(例如，利用增材制造)为具有复杂形状以匹配复杂轮廓(例如，目标轮廓192)。非金属衬板结构120的复杂形状(例如，工作表面121)可以相对快速且成本有效地形成，例如供在缩减制造时间可能特别有利的原型应用中使用。然而，可以注意到，利用3D打印或增材制造来制造整个工具100(例如，支承结构110和非金属衬板结构120)例如因适于增材制造足够刚度或强度的结构的材料的材料成本而可能是昂贵的或成本过高的。因此，在一些实施方式中，如以上提到的，支承结构110可以具有由金属材料(例如，金属材料113)制成的细长构件111。在不同应用中，金属材料对于形成支承结构110来说可能更加成本有效和/或便利，而增材制造材料对于工作表面121和衬板轮廓122来说，可能更加成本有效和/或便利。
例如，参照图1和图2，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，金属材料113包括铝。铝可以是相对轻质但仍提供足够强度或刚度的材料，可以相对容易成形成在支承结构110中利用的形状(例如，经由水射流切割)，可以采用诸如可以被用于支承板114的片材和可以被用于细长构件111的管子或其它结构性构件的便利构造获得，以及/或者可以是相对价格实惠或成本有效的。
诸如铝的金属材料至少可以被用于细长构件111。在一些实施方式中，金属材料(和用于细长构件111的金属材料相同或者不同)还可以被用于支承板114。细长构件111和/或支承板114的不同形状可以容易获得和/或成形。例如，所描绘的细长构件111被示出为大致圆形，并且可以被形成为适合具体应用，或者利用标准的容易获取的管尺寸来制成。在其它实施方式中，细长构件111可以具有不同的截面形状，如正方形或其它多边形。一般来说，支承板114的形状可以被选择成与非金属衬板结构120互补，以向工作表面121提供支承，从而在复合成形工序过程中在施加材料期间最小化工作表面121的挠曲或弓起，或者将挠曲或弓起保持在可接受水平内。
可以注意到，使用铝或其它金属材料可以为支承板114提供便利制造或形成。例如，参照例如图1、图2以及图4，在本公开的一个方面中，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，细长构件111具有外部尺寸117，支承板114由金属材料113构成，并且每一个支承板114都包括第一开口130，该第一开口具有大于细长构件111的外部尺寸117的第一尺寸131。每一个支承板114还包括围绕第一开口130的多个第三开口119。例如，支承板114可以由诸如铝的材料制成，其可以水射流切割或以其它方式容易地形成为期望形状。可以将第一开口130的第一尺寸131设定成使得支承板114在组装期间容易环绕细长构件111配合，例如具有相对较大的间隙(例如，大于用于自由或松转配合的间隙)。利用被设置成具有环绕细长构件111的这种间隙的第一开口130，在一些实施方式中，可以形成第一开口130(和支承板114的其余部分)而不需要机加工支承板114的任何表面。
外部尺寸117可以是其中细长构件111是具有大致圆形截面的管子的实施方式的直径，或者是在细长构件111具有不同截面时的宽度。将第一开口130的尺寸设定成使细长构件111的截面完全配合在第一开口130的截面内。在一些实施方式中，第一开口130可以具有与细长构件111类似的形状(例如，第一开口130可以是大致圆形，并且第一尺寸131是比由外部尺寸117提供的直径大的直径)，而在其它实施方式中，第一开口130可以是不同形状(例如，宽度比细长构件111的大体圆形截面的直径大的的正方形)。在所示实施方式中，第三开口119被形成为缩减支承板114的重量，而仍允许足够的强度和/或刚度以向非金属衬板结构120的工作表面121提供支承。
由此，对于材料成本缩减和支承结构110的成本有效和/或便利制造与组装来说，工具100可以利用非金属衬板结构120(例如，增材形成的非金属衬板结构)来及时制造并便利形成工作表面121的复杂形状(例如，工作表面121的衬板轮廓122)，而将金属材料用于支承结构110的一个或更多个部件(例如，细长构件111、支承板114)。如在此所示，在用于原型设计或可能期望或需求相对快速制造铺叠工具的一些实施方式中，工具100的相对及时制造和组装可能特别有利。
然而，结合非金属衬板结构120利用金属支承结构(例如，具有由金属材料113制成的细长构件111)可以在不同情况下提供对有效利用的挑战。可以注意到，工具100可以在温度可能改变的环境中使用，并且温度的变化可以导致不同部件的不同热膨胀(例如，非金属衬板结构120和细长构件111的金属材料113可能因所使用材料的不同热膨胀特性而在温度变化期间不同地膨胀(或收缩))。因为细长构件111和非金属衬板结构120经由支承板114彼此可操作地连接，所以如果细长构件111和非金属衬板结构经由支承板114刚性连接，则热膨胀中的差异会导致各种问题。如果热膨胀中的变化足够并且非金属衬板结构120和细长构件111刚性地或大致刚性地连接，则可以导致内部应力和/或应变，其造成以下中的一者或多者：工具100的一个或多个方面翘曲，损坏工具100和/或工件190，非金属衬板结构120弯曲(其可以导致工作表面121和衬板轮廓122偏离期望形状，并由此导致不恰当地形成轮廓与目标轮廓192不同的工件190)，或者影响工具100的有效寿命和/或维护成本或者所生产的工件190的质量的其它问题。
为了解决这些问题并消除或缩减因支承结构110的不同热膨胀所造成的潜在问题，不同实施方式利用允许支承板114中的至少一些(以及接合至支承板114的非金属衬板结构120)与支承结构110之间的相对移动(例如，支承板114中的至少一些沿纵轴线112相对于细长构件111移动)的连接结构，以适应工具100在使用期间随环境温度而改变的材料膨胀。(可以注意到，利用对全部或大致全部铺叠工具使用相同或相似材料的常规铺叠工具方法通常不会因铺叠工具的材料之间的热膨胀变化而面临挑战)。
例如，参照图1至图5，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，除一个以外的全部支承板114或全部支承板114借助滑动配合相对于细长构件111沿纵轴线112浮动。由此，如果细长构件111和非金属衬板结构120沿它们的长度(例如，沿纵轴线112)以不同速率膨胀，则全部支承板114或者除一个以外的全部支承板114可以移动，从而允许非金属衬板结构120膨胀(或收缩)与细长构件不同的量，而不会导致内部应力或翘曲或者非金属衬板结构120和细长构件111刚性(或足够刚性)连接时可能出现的其它问题。如在此使用的，支承板114相对于细长构件111的“浮动”可以被理解为意指，沿细长构件111的长度连接支承板114至细长构件111允许其间的至少有效量移动，以解决例如细长构件111与经由支承板114安装至支承结构110的非金属衬板结构120之间的热膨胀差异。所述滑动配合被构造成提供因工具100的不同部件(如细长构件111和非金属衬板结构120)的不同热膨胀特性或特征而引起的移动。
可以注意到，用在本文中时“浮动”不必要求全部自由或全部无约束运动。相反，例如可以允许有限范围的运动，和/或支承板114与支承板114相对其浮动的细长构件111之间可以存在对运动的有限阻力。例如，在支承板114与细长构件111之间的滑动配合或相互作用中可能存在一些摩擦或其它阻力，和/或诸如轴环或止动部的机械部件可以限制所准许运动的总体范围。工具100的开口或其它方面(和公差)的特定尺寸可以被选择或设计成，基于用于不同部件或结构的材料、可以使用工具100的温度范围或者部件的尺寸(例如，细长构件111和非金属衬板结构120的长度)中的一者或多者，来提供期望浮动量或期望滑动配合或相互作用。还可以注意到，支承板114可以被理解为，即使支承板间接安装至附加位置中的细长构件，也相对于细长构件111沿纵轴线112浮动。
例如，在具有单个固定支承板114的实施方式中，指定浮动支承板114可以经由最接近该指定浮动支承板114的中心点的浮动联接或连接安装至细长构件111，并且还经由非金属衬板结构120安装至固定支承板114。然而，因为非金属衬板结构120可以以与细长构件111不同的速率膨胀，所以浮动支承板114仍自由浮动至少达某一程度(即使受限于非金属衬板结构120的不同于细长构件111的膨胀(或收缩)的膨胀(或收缩)量)。在全部支承结构114相对于细长构件111浮动的实施方式中，可以采用一个或更多个轴环或其它机械止动部，以防止支承板114(与所附接的非金属衬板结构120一起)滑脱细长构件111，和/或将非金属衬板结构保持在沿细长构件111的长度的期望位置范围内。例如沿细长构件111的长度在预定位置处使用固定支承板114可以通过向工作表面121施加复合材料的机器人来提供工作表面121的可靠且有效位置和工作表面121的衬板轮廓122。
在不同实施方式中，可以采用不同结构来提供一个或多个支承板114与细长构件111之间的浮动。例如，参照例如图1至图4，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，至少一个支承板114包括具有第一尺寸的第一开口130和与第一开口130相邻的衬套支承部132。该衬套支承部132包括第二开口133，该第二开口具有比第一尺寸131小的第二尺寸134。第二尺寸134被设定成在衬套支承部132与细长构件111之间沿纵轴线112提供滑动配合。一般来说，衬套支承部132可以安装至支承板114(例如，经由螺栓或其它紧固件(未示出))并且尺寸设定成与细长构件111具有滑动配合。由此，支承板114可以不直接连接至细长构件111或接触细长构件111，而是可以经由接触或直接连接细长构件111的衬套支承部132而间接连接至细长构件111。可以注意到，在所示实施方式中，工具100被示出在支承板114的每一侧上都具有一个衬套支承部132；然而，在另选实施方式中，衬套支承部132可以仅设置在支承板114的一侧上。
第一开口130可以被设定形状及尺寸，以提供细长构件111在第一开口130内容易地配合、布置或定位。例如，第一开口130可以被设定尺寸以提供明显间隙，或者超出松动或运行滑动配合的间隙。与此相反，衬套支承部132的第二开口133可以小于第一开口130，以在支承板114与细长构件111之间提供滑动配合。第一开口130由此提供支承板114相对于细长构件111的容易布置和定位，而第二开口133帮助确保消除、最小化或缩减支承板114在垂直于纵轴线112的径向方向上的任何移动，从而允许细长构件111和支承板114对非金属衬板结构120的工作表面121提供支承，例如对抗因在机器人复合成形工序期间将材料施加至工作表面121的冲击而引起的力。而且，通过利用支承板114与细长构件111之间的间隙，支承板114的第一开口130的公差可以足够大，以适应相对便利和/或不昂贵的成形工序，如取代对支承板114的机加工而进行水射流切割。对于可以采用机加工来提供用于滑动配合的公差来说，该机加工可以受限于衬套支承部132的第二开口133和/或细长构件111的外表面。
由此，如在此公开，使用衬套支承部132在各个实施方式中可以提供工具100(例如，支承板114)的容易制造、组装和/或维护或更换。例如，可能相对较大和笨拙的支承板114可以因设置在第一开口130与细长构件111之间的间隙而容易地环绕细长构件111放置或定位。而且，支承板114可以不需要机加工任何表面来制造。更进一步地，对于细长构件111与衬套支承部132之间存在任何磨损来说，更换较小的衬套支承部132(其不直接附接至非金属衬板结构120)与更换支承板114(其直接附接至非金属衬板结构120)相比，明显不太昂贵并且更便利。一般来说，为组装工具100，例如支承板114可以附接至非金属结构120，细长构件111插入穿过支承板114的第一开口130，并且衬套支承部132放置并固定就位。在所示实施方式中，非金属衬板结构120在一侧(例如，与工作表面121相对的一侧)上开放，从而衬套支承部132可以容易地接近以组装、维护及修理。
例如，参照图3和图4，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，衬套支承部132包括第一部分140以及与该第一部分140分离的第二部分142。为了将衬套支承部132(和对应支承板114)安装至细长构件111，可以将第一部分140和第二部分142定位在细长构件111的相对两侧上，相互面对，以提供与细长构件111的滑动配合，并且固定至支承板114(例如，利用诸如螺栓或有帽螺钉的紧固件(为容易和清楚例示起见而未示出))。可以注意到，第一部分140和第二部分142在所示实施方式中示出为彼此接触；然而，在各个实施方式中，第一部分140和第二部分142可以被一个或更多个间隙隔开。使用具有第一部分140和第二部分142的剖分衬套支承部例如可以为提供改进的组装容易性和便利性(例如，不需要将细长构件111插入穿过较小的第二开口133，而是仅插入穿过较大的第一开口130)，和/或提供改进的对准或可调节性(例如，在细长构件111已经在支承板114的第一开口130中就位的情况下，通过允许单个衬套支承部132可调节地相对于细长构件111定位)。如上所示，非金属衬板结构120可以在一侧上开放，从而允许对衬套支承部132的快速方便的访问以供组装、检查、维护以及/或更换。
可以注意到，对于使用如在此讨论的一个或更多个衬套支承部来说，可以附加或另选地使用其它安装结构或构造。例如，参照例如图1、图2以及图5，在本公开的一个方面中，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，至少一个支承板114经由至少一个托架150连接至细长构件111，该托架固定地附接至所述至少一个支承板114。所述至少一个托架150借助滑动配合相对于细长构件111沿纵轴线112浮动，并且所述至少一个托架150被抑制相对于细长构件111旋转。托架150可以以不同方式分别接合至细长构件111和支承板114。例如，托架150可以刚性或大致刚性地固定(例如，利用允许很少运动或不运动的连接)至支承板114，例如利用插入穿过相对于紧固件具有相对较小间隙的一个或更多个孔的紧固件。与此相反，托架150可以通过允许沿纵轴线112相对于细长构件111浮动的一结构或多个结构(例如，经由设置在轨道、铁轨、沟槽等的机械构件)接合至细长构件111。
托架150可以被设置成距纵轴线112一径向距离，该径向距离的尺寸被调整成提供托架150(以及任选地一个或更多个附加托架150)之间的滑动配合。在一些实施方式中，一个或更多个托架150可以被设置成距纵轴线112或细长构件111的中心第一径向距离，以提供支承板114相对于细长构件111的滑动配合或相对精确定位，而其它托架150例如可以被设置在比第一径向距离大的第二径向距离处，以供容易组装(例如，在以较小径向距离将托架150固定就位并固定至细长构件111之前，细长构件111可以以较大径向距离初始定位在托架150之间)。
参照例如图1、图2以及图5，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，所述至少一个托架150为L形并且包括槽缝151。如在图5中看到的，槽缝151例如沿纵轴线112延伸并且允许有限范围的浮动。例如，支承板114可以相对于细长构件111浮动，直到设置在槽缝151中的紧固件152接触槽缝151的一端为止，从而对经由托架150连接至细长构件111的支承板114与细长构件111之间的浮动量或范围提供机械止动或限制。
槽缝151的尺寸(例如，槽缝151的长度)和沿纵轴线112的许可运动的所得范围可以被选择成，基于细长构件111与非金属衬板结构120之间的期望膨胀差异量来提供足够移动。槽缝151的长度例如可以基于所使用的材料(其它条件都相同，不同材料的热膨胀系数的差异越大，可以使用相对更长的槽缝)、尺寸(其它条件都相同，工具100的长度或非金属衬板结构120的长度越大，可以使用相对更长的槽缝)以及温度范围(其它条件都相同，温度范围越大，可以使用相对更长的槽缝)来确定或选择。通过利用托架150限制一个支承板114的范围，非金属衬板结构120相对于细长构件111的定位可以保持在期望或可接受范围内，而仍允许支承板114沿纵轴线112移动，以允许不同的热膨胀速率。而且，非金属衬板结构120的定位可以保持在被用于向工作表面121施加材料的机器人的期望定位或取向处或其附近(例如，工作表面121的一边缘可以相对于机器人保持在初始位置的预定范围内)。
一般来说，槽缝151的宽度的尺寸可以被设定成防止、缩减或最小化托架150(以及托架150所连接的支承板114)相对于细长构件111的旋转。例如，槽缝151的宽度可以提供槽缝151与紧固件152之间的相对较小的间隙。另外或另选的是，可以采用其它结构来约束或防止一个或更多个支承板114相对于细长构件111旋转。例如，细长构件111可以具有多边形截面，并且支承板114(和/或衬套支承部132)可以具有多边形开口，该多边形开口的尺寸被设定成以针对滑动而非旋转提供的间隙来接纳多边形细长构件。作为另一实施例，细长构件111可以包括被支承板114(和/或衬套支承部)的开口接纳的键轴布置，其中键与轴和开口相互作用，以防止支承板114相对于细长构件111旋转。通过约束、限制、抑制或防止至少一个支承板114相对于细长构件111旋转，非金属衬板结构120(其例如经由一个或更多个紧固件连接至支承板114)可以被约束、限制、抑制或防止相对于细长构件111旋转，从而允许非金属衬板结构120例如在机器人铺叠工序期间随着细长构件111旋转而可靠和准确旋转。
例如，参照图1和图2，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，经由所述至少一个托架150安装至所述细长构件111的所述至少一个支承板114中的至少一个支承板接近所述非金属衬板结构120的纵向端部155定位。由此，例如，经由托架150安装的支承板114可以方便地接近以例如将托架150固定就位。如在图5中最佳地看到，可以采用托架150，以限制托架150所接合至的支承板114的运动范围(并且间接限制还接合至非金属支承结构的其它支承板114的运动范围)。而且，在托架150设置在纵向端部155处的情况下，除了便利地访问以将托架150设置并固定就位以外，托架150容易可见，从而允许目视检查紧固件152在槽缝151内的位置以及托架150所安装至的支承板114相对于可用位置范围的结果位置。
例如，参照图1和图2，在本公开的一个方面中，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，该细长构件111大致全部由金属材料113构成，该非金属衬板结构120大致全部由非金属材料123构成，该非金属衬板结构120的非金属材料123具有第一热膨胀系数125，该细长构件111的金属材料113具有第二热膨胀系数115，并且第一热膨胀系数125和第二热膨胀系数115不同。如在此讨论的，在非金属衬板结构120在温度变化期间以与细长构件111不同的速率膨胀时，如果支承板114刚性附接至细长构件111和非金属衬板结构120两者，则可能会出现诸如翘曲或弯曲的问题。虽然这些问题例如在相对较小的温度范围内可能不存在明显难度，但可以注意到，对于相对较大的工件(和较大工具)和/或大的温度范围来说，热膨胀差异变得更显著，并且诸如翘曲或弯曲的难题或问题可能加重。
然而，例如，利用在此讨论的安装结构和/或工具构造，仍可以采用具有不同热膨胀特性或特征的材料。作为示例，铝(其可以被用于形成细长构件111和/或支承结构110的其它方面)可以具有大约1.2×10-5英寸/(英寸*华氏温度)的热膨胀系数，而Ultem(其可以被用于形成非金属衬板结构120)可以具有大约3.1×10-5英寸/(英寸*华氏温度)的热膨胀系数。(可以注意到，Ultem可以例如取决于玻璃填充量具有其它值)。不同实施方式可以被配置成，例如基于所使用材料或工件190和工具100的尺寸来设置期望浮动量或浮动范围。例如，参照例如图1和图2，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，该细长构件111大致全部由金属材料113构成，而非金属衬板结构120大致全部由非金属材料123构成。该非金属衬板结构120的非金属材料123具有第一热膨胀系数125，而该细长构件111的金属材料113具有第二热膨胀系数115。第一热膨胀系数125和第二热膨胀系数相差达2.5倍以上。通过示例的方式，如上所述，铝和Ultem的热膨胀系数可以改变超过2.5(例如，3.1/1.2＝2.58)。
因此，如在此讨论的，不同实施方式提供组装铺叠工具的改进的便利性、缩减时间和/或缩减成本。不同实施方式还设置成消除或减轻因由具有不同热膨胀特性或特征的材料制成的铺叠工具的部件所造成的任何问题，同时仍设置成沿支承结构的细长构件准确布置或定位衬板结构作。
总体上参照图1至图2并且具体参照图7，本公开的一个实施例涉及一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓192的工件190的工具100的方法700。该方法包括以下步骤：增材制造包括工作表面121的非金属衬板结构120，该工作表面包括与目标轮廓192互补的衬板轮廓122(框702)。该方法还包括以下步骤：制造包括支承板114和细长构件111的支承结构110(框704)。而且，该方法包括以下步骤：将非金属衬板结构120附接至支承结构110(框706)。如在此讨论的，可以采用增材制造(例如，3D打印)来形成非金属衬板结构120，提供工作表面121和衬板轮廓122的快速、成本有效地成形，而使用支承结构110(例如，非增材制造的支承结构)可以允许缩减材料成本，例如利用可以容易地制造支承结构110的金属材料(但对于用于例如提供衬板轮廓122来说是昂贵的)。
如在此所示，该非金属衬板结构120可以是增材制造的。然而，非金属衬板结构120的一个或多个尺寸可以超出可经由诸如3D打印机的增材制造装置得到(或者容易地或便利地得到)的尺寸。因此，总体上参照图1至图2以及图6，并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，增材制造非金属衬板结构120包括：增材制造多个衬板结构部分162(框712)并接合所述多个衬板结构部分162以形成非金属衬板结构120(框714)。由接合衬板结构部分162所产生的任何接缝163可以被填充、用砂纸擦光或者以其它方式抛光，以提供大致平滑或连续的工作表面121。衬板结构部分162例如可以通过沿所述多个衬板结构部分162的边侧或边缘设置的对应的导销和孔来彼此对准。另外或另选的是，衬板结构部分162可以通过首先在与对准的衬板结构部分相对应的预定位置中组装支承结构110(例如，支承板114)，接着在该预定位置将衬板结构部分162(一起或者逐次地)接合至支承板114来对准。
非金属衬板结构120的其它方面同样可以增材制造。例如，总体上参照图1至图2并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，增材制造非金属衬板结构120(框702)包括形成定位在与工作表面121相反的表面161上的肋条160(框708)，并且将非金属衬板结构120附接至支承结构110包括将肋条160固定至支承结构110(框710)。由此，在不同实施方式中，非金属衬板结构120可以利用单程(single pass)形成(或者包括诸如肋条160的安装和/或支承结构的非金属衬板结构120的多个部分162皆能以单程形成)。肋条160可以被配置成向工作表面121提供支承和/或增加刚度，和/或向要接合至非金属衬板结构120的支承板114提供可靠和/或便利的安装位置。
虽然非金属衬板结构120可以增材制造(例如，以针对原型或有限生产批量改善制造衬板轮廓122的相对复杂形状的时间和/或成本)，但支承结构110可以减材制造(例如，以缩减用于支承结构110的相对简单或容易获得的形状或结构的材料成本和/或工序)。例如，总体上参照图1至图5并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，制造支承结构110的步骤包括减材制造支承板114(框716)，并且将支承板114连接至细长构件111(框718)。在不同实施方式中，支承板114可以利用容易获得的设备而利用常规、便利的低成本技术来减材制造。该减材制造技术可以自动地(例如，在计算机控制下)和/或人工地(例如，作为一次性或小批量原型设计工序的一部分)执行。
总体上参照图4并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，支承板114被减材制造，而不需要机加工支承板114的任何表面(框717)。例如，支承板114的开口或表面可以被配置成绕细长构件111间隙配合，而其它部件或方面(例如，衬套支承部132)配置成提供与细长构件111的滑动配合。缩减或去除支承板114的机加工可以帮助降低工具100的支承结构110的制造和/或组装成本。总体上参照图4并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，支承板114通过被水射流切割而减材制造(框720)。例如，支承板114可以由可以利用水射流切割便利地和成本有效地形成的铝板或类似材料制成。
如在此所示，在工具100的多个部件或方面之间提供至少一些量的浮动或相对移动，以适应热膨胀的变化率。总体上参照图1至图5并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，将支承板114连接至细长构件111(框718)包括允许全部或除一个以外的全部支承板114利用滑动配合相对于细长构件111沿细长构件111的纵轴线112浮动(框722)，并且抑制至少一个支承板114相对于细长构件111旋转(框724)。总体上参照图1至图2以及图5，并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，将支承板114连接至细长构件111(框718)包括将至少一个托架150固定地附接至至少一个支承板114(框734)，允许所述至少一个托架150利用滑动配合相对于细长构件111沿纵轴线112浮动(框736)，并且抑制所述至少一个托架150相对于细长构件111旋转(框738)。如在此讨论的，可以允许支承板114相对于细长构件111浮动，举例来说借助使用支承板114的开口(例如，安装至支承板114的衬套支承部132的开口)之间的滑动配合，或者作为另一实施例，经由包括槽缝的托架(例如，具有槽缝151的托架150)。通过允许支承板114相对于细长构件111浮动，可以考虑到非金属衬板结构120(其接合至支承板114)和细长构件111的不同热膨胀特性或特征，并且可以消除或缩减温度变化期间的诸如翘曲或弯曲的问题。通过抑制至少一个支承板114相对于细长构件111旋转(例如，尤其是经由托架安装或键轴)，例如在机器人复合成形工序期间，非金属衬板结构120(其同样接合至支承板114)可以在旋转细长构件111期间可靠且准确地旋转和定位。
总体上参照图1至图4并且具体参照图7，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，将支承板114连接至细长构件111(框718)包括将细长构件111插入穿过形成在至少一个支承板114中的第一开口130(框726)，与第一开口130和细长构件111相邻地定位衬套支承部132的第一部分140(框728)，在第一开口130与细长构件111之间定位衬套支承部132的第二部分142，该第二部分关于细长构件111与第一部分140相对地设置(框730)，并且将衬套支承部132的第一部分140和第二部分142固定至所述至少一个支承板114(框732)。使用如在此讨论的衬套支承部132可以设置成易于组装(例如，通过改进定位支承板114的简易性和/或调节衬套支承部132的简易性)，降低制造成本(例如，通过去除或缩减支承板114的任何所需机加工)，改进由支承结构110提供的支承(例如，通过提供比从相对较薄的支承板114获得的相比更大的承载表面)，和/或改进维护的简易性或维护成本(例如，通过提供比支承板114更容易更换的衬套支承部132)。
总体上参照图1至图2并且具体参照图8，本公开的一个实施例涉及一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓192的工件190的工具100的方法800。该方法包括以下步骤：形成包括工作表面121的非金属衬板结构120，该工作表面包括与目标轮廓192互补的衬板轮廓122(框802)。该非金属衬板结构120具有第一热膨胀系数125。该方法还包括以下步骤：形成包括支承板114和细长构件111的支承结构110，并且细长构件111具有与第一热膨胀系数125不同的第二热膨胀系数115(框804)。而且，该方法包括以下步骤：将非金属衬板结构120附接至支承结构110(框806)。例如，通过在支承板114(以及支承板114所接合的非金属衬板结构)与细长构件之间利用浮动连接(例如，相对于纵轴线112浮动)，可以考虑到具有可变热膨胀特性的材料，而不会在复合铺叠工序期间因温度变化而出现翘曲、弯曲或其它与膨胀相关的问题。
再次参照图1至图2以及8，在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或下列实施例和方面中的任一个的主旨的至少一部分，形成支承结构110包括将支承板114连接至细长构件111(框808)。如在此讨论的，支承板114可以连接至细长构件111，其中至少一个支承板114(例如，全部支承板114，或者除一个以外全部支承板114)经由允许沿纵轴线112浮动的结构(例如，尤其是具有槽缝的托架，或者提供与细长构件111滑动配合的衬套支承部或其它开口)连接至细长构件111。
描述在此阐述的方法的操作的本公开和附图不应被解释为必需确定其中操作要执行的顺序。相反地，尽管指示了一个例示性次序，但要明白的是，该操作顺序可以在恰当时修改。因此，某些操作可以按不同次序或者同时来执行。另外，在本公开的一些方面，在此描述的所有操作不需要都执行。
更具体地参照附图，可在如图9所示的飞行器制造和保养方法1100和如图10所示的飞行器1102的背景下描述本公开的示例。在前期生产过程中，示例性方法1100可包括飞行器1102的规格和设计1104及材料采购1106。在生产过程中，进行飞行器1102的部件和子组件制造1108以及系统整合1110。此后，飞行器1102可经过检定和交付1112以便投入服役1114。在由客户保养期间，飞行器1102被安排进行例行维护检修1116(这也可包括改造、重构、翻新等)。
可由系统集成商、第三方及/或操作员(例如客户)进行或执行示例性方法1100的各个过程。为了本描述之目的，系统集成商可包括但不限于任一数量的飞行器制造商与主系统分包商；第三方可包括但不限于任一数量的供应商、转包商以及供货商；并且操作员可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图10所示，由示例性方法1100生产的飞行器1102可包括具有多个高级系统1120与内饰1122的机体1118。高级系统1120的实施例包括推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128以及环境系统1130中的一个或多个。可包括任一数量的其它系统。尽管示出了航空航天的实施例，但是本发明的原理可尤其应用于诸如汽车工业及造船工业之类的其它工业。
在此实施的设备与方法可在制造和维护方法1100的任一个或多个阶段中采用。例如，能以类似飞行器1102在维护中生产部件或子组件的方式装配或制造对应于部件和子组件制造1108的部件或子组件。而且，可在生产阶段1108和1110期间利用所述设备、方法的一个或多个方面或者这些方面的组合，例如大幅地加快飞行器1102的装配或减少飞行器1102的成本。类似地，可在例如但不限于飞行器1102在保养时(例如维护检修1116时)利用所述设备、方法的一个或多个方面或者这些方面的组合。
在此公开了本装置和方法的不同实施例和方面，包括多个部件、特征以及功能。应当明白，在这里公开的装置和方法的各个实施例和方面可以包括采用任何组合的、在此公开的装置和方法的其它实施例和方面中的任一者的部件、特征以及功能中的任一者，并且所有这种可能性都旨在位于本公开的精神和范围内。
受益于之前描述和所关联附图中呈现的教导，本公开所属领域的技术人员将会想到在此阐述的本公开的许多修改例和其它实施例。
下面，在条款1A至24C中，提供了根据本公开的主旨的可能要求保护或不要求保护的示例性非排它实施例。
1A、一种用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具，该工具包括：
支承结构，该支承结构包括：
具有纵轴线的细长构件；和
支承板，这些支承板连接至所述细长构件并且沿所述纵轴线彼此隔开；
其中，所述细长构件包括金属材料；和
非金属衬板结构，该非金属衬板结构连接至所述支承板，该非金属衬板结构包括工作表面，该工作表面包括与所述目标轮廓互补的衬板轮廓。
2A、根据条款1A所述的工具，其中，除一个外全部支承板或全部支承板利用滑动配合相对于所述细长构件沿所述纵轴线浮动。
3A、根据条款2A所述的工具，其中：
至少一个支承板还包括：
第一开口，该第一开口具有第一尺寸；和
衬套支承部，该衬套支承部与所述第一开口相邻，并且包括第二开口，该第二开口具有小于所述第一尺寸的第二尺寸；并且
所述第二尺寸被设定成在所述衬套支承部与所述细长构件之间沿所述纵轴线提供滑动配合。
4A、根据条款3A所述的工具，其中，所述衬套支承部包括第一部分和与该第一部分分离的第二部分。
5A、根据条款1A至4A中的任一项所述的工具，其中：
至少一个支承板经由至少一个托架连接至所述细长构件，该托架固定地附接至所述至少一个支承板；
所述至少一个托架利用滑动配合相对于细长构件所述沿纵轴线浮动；并且
所述至少一个托架被抑制相对于所述细长构件旋转。
6A、根据条款5A所述的工具，其中，所述至少一个托架被形成为L状并且包括槽缝。
7A、根据条款5A或6A所述的工具，其中，经由所述至少一个托架安装至所述细长构件的所述至少一个支承板中的至少一个支承板接近所述非金属衬板结构的纵向端部定位。
8A、根据条款1A至7A中的任一项所述的工具，其中：
所述细长构件大致全部由金属材料构成；
所述非金属衬板结构大致全部由非金属材料构成；
所述非金属衬板结构的非金属材料具有第一热膨胀系数；
所述细长构件的金属材料具有第二热膨胀系数；并且
第一热膨胀系数和第二热膨胀系数不同。
9A、根据条款1A至7A中的任一项所述的工具，其中：
所述细长构件大致全部由金属材料构成；
所述非金属衬板结构大致全部由非金属材料构成；
所述非金属衬板结构的非金属材料具有第一热膨胀系数；
所述细长构件的金属材料具有第二热膨胀系数；并且
第一热膨胀系数和第二热膨胀系数相差达2.5倍以上。
10A、根据条款1A至9A中的任一项所述的工具，其中，所述非金属衬板结构由聚醚酰亚胺(PEI)材料构成。
11A、根据条款1A至10A中的任一项所述的工具，其中，所述金属材料包括铝。
12A、根据条款1A至11A中的任一项所述的工具，其中，所述非金属衬板结构具有长度、高度以及宽度，并且其中所述述长度、高度和宽度中的至少一者大于36英寸。
13A、根据条款1A或2A所述的工具，其中：
所述细长构件具有外部尺寸；
所述支承板由金属材料构成；并且
每一个支承板都包括第一开口和围绕第一开口的多个第三开口，所述第一开口具有大于细长构件的外部尺寸的第一尺寸。
14A、根据条款1A至13A中的任一项所述的工具，其中：
所述非金属衬板结构包括位于与工作表面相对的表面上的肋条；并且
所述支承结构的支承板连接至肋条。
15B、一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具的方法，该方法包括以下步骤：
增材制造包括工作表面的非金属衬板结构，该工作表面包括与目标轮廓互补的衬板轮廓；
制造包括支承板和细长构件的支承结构；以及
将非金属衬板结构附接至支承结构。
16B、根据条款15B所述的方法，其中，增材制造非金属衬板结构包括：
增材制造多个衬板结构部分；和
接合所述多个衬板结构部分，以形成所述非金属衬板结构。
17B、根据条款15B或16B所述的方法，其中，制造支承结构包括：减材制造支承板并将支承板连接至细长构件。
18B、根据条款17B所述的方法，其中，减材制造所述支承板而不需要机加工该支承板的任何表面。
19B、根据条款17B所述的方法，其中，通过水射流切割所述支承板而减材制造该支承板。
20B、根据条款17B至19B中的任一项所述的方法，其中，将支承板连接至细长构件包括：
允许除一个以外全部支承板或全部支承板利用滑动配合相对于细长构件沿该细长构件的纵轴线浮动；和
抑制至少一个支承板相对于所述细长构件旋转。
21B、根据条款20B所述的方法，其中，将支承板连接至细长构件还包括：
将细长构件插入穿过形成在至少一个支承板中的第一开口；
与第一开口和细长构件相邻地定位衬套支承部的第一部分；
在第一开口与细长构件之间定位衬套支承部的第二部分，其中该第二部分关于所述细长构件与所述第一部分相对地设置；以及
将衬套支承部的第一部分和第二部分固定至所述至少一个支承板。
22B、根据条款20B所述的方法，其中，将支承板连接至细长构件还包括：
将至少一个托架固定地附接至至少一个支承板；
允许所述至少一个托架利用滑动配合相对于细长构件沿纵轴线浮动；以及
抑制所述至少一个托架相对于细长构件旋转。
23B、根据条款15B至22B中的任一项所述的方法，其中：
增材制造非金属衬板结构包括：形成定位在与工作表面相对的表面上的肋条；并且
将非金属衬板结构附接至支承结构包括：将肋条固定至支承结构。
24C、一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓的工件的工具的方法，该方法包括：
形成包括工作表面的非金属衬板结构，该工作表面包括与目标轮廓互补的衬板轮廓，其中，该非金属衬板结构具有第一热膨胀系数；
形成包括支承板和细长构件的支承结构，该细长构件具有不同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数；以及
将非金属衬板结构附接至支承结构。
25C、根据条款24C所述的方法，其中，形成支承结构包括将支承板连接至细长构件。
因此，要明白的是，本公开不限于所公开的具体实施方式，并且其修改例和其它实施方式旨在被包括在所附权利要求书的范围内。而且，尽管以上描述以及所关联的附图在元件和/或功能的特定例示性组合的情况下描述了示例性实施方式，但应当清楚，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，元件和/或功能的不同组合可以通过另选实施来提供。

Claims (15)

1.一种用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓(192)的工件(190)的工具(100)，该工具(100)包括：
支承结构(110)，该支承结构包括：
具有纵轴线(112)的细长构件(111)；和
支承板(114)，这些支承板连接至所述细长构件(111)并且沿所述纵轴线(112)彼此隔开；
其中，所述细长构件(111)包括金属材料(113)；以及
非金属衬板结构(120)，该非金属衬板结构连接至所述支承板(114)，所述非金属衬板结构(120)包括工作表面(121)，该工作表面包括与所述目标轮廓(192)互补的衬板轮廓(122)。
2.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，除一个外的全部所述支承板(114)或全部所述支承板(114)利用滑动配合相对于所述细长构件(111)沿所述纵轴线(112)浮动。
3.根据权利要求2所述的工具(100)，其中：
至少一个所述支承板(114)还包括：
第一开口(130)，该第一开口具有第一尺寸(131)；和
衬套支承部(132)，该衬套支承部与所述第一开口(130)相邻，并且包括第二开口(133)，该第二开口具有小于所述第一尺寸(131)的第二尺寸(134)；并且
所述第二尺寸被设定成在所述衬套支承部(132)与所述细长构件(111)之间沿所述纵轴线(112)提供所述滑动配合。
4.根据权利要求3所述的工具(100)，其中，所述衬套支承部(132)包括第一部分(140)和与该第一部分(140)分离的第二部分(142)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的工具(100)，其中：
至少一个支承板(114)经由至少一个托架(150)连接至所述细长构件(111)，该托架固定地附接至所述至少一个支承板(114)；
所述至少一个托架(150)利用滑动配合相对于所述细长构件(111)沿所述纵轴线(112)浮动；并且
所述至少一个托架(150)被抑制而不相对于所述细长构件(111)旋转。
6.根据权利要求5所述的工具(100)，其中，经由所述至少一个托架(150)安装至所述细长构件(111)的所述至少一个支承板(114)中的至少一个支承板接近所述非金属衬板结构(120)的纵向端部(155)定位。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的工具(100)，其中：
所述细长构件(111)主要由所述金属材料(113)构成；
所述非金属衬板结构(120)主要由非金属材料(123)构成；
所述非金属衬板结构(120)的所述非金属材料(123)具有第一热膨胀系数(125)；
所述细长构件(111)的所述金属材料(113)具有第二热膨胀系数(115)；并且
所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数(115)不同。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的工具(100)，其中：
所述细长构件(111)主要由所述金属材料(113)构成；
所述非金属衬板结构(120)主要由非金属材料(123)构成；
所述非金属衬板结构(120)的所述非金属材料(123)具有第一热膨胀系数(125)；
所述细长构件(111)的所述金属材料(113)具有第二热膨胀系数(115)；并且
所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数(115)相差达2.5倍以上。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的工具(100)，其中，所述非金属衬板结构(120)具有长度、高度以及宽度，并且其中，所述长度、所述高度及所述宽度中的至少一者大于36英寸。
10.根据权利要求1或2所述的工具(100)，其中：
所述细长构件(111)具有外部尺寸(117)；
所述支承板(114)由所述金属材料(113)构成；并且
每一个所述支承板(114)都包括第一开口(130)和围绕所述第一开口(130)的多个第三开口(119)，所述第一开口具有大于所述细长构件(111)的所述外部尺寸(117)的第一尺寸(131)。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的工具(100)，其中：
所述非金属衬板结构(120)包括定位在与所述工作表面(121)相反的表面上的肋条(160)；并且
所述支承结构(110)的所述支承板(114)连接至所述肋条(160)。
12.一种形成用于铺叠复合材料以形成具有目标轮廓(192)的工件(190)的工具(100)的方法，该方法包括以下步骤：
增材制造包括工作表面(121)的非金属衬板结构(120)，该工作表面包括与所述目标轮廓(192)互补的衬板轮廓(122)；
制造包括支承板(114)和细长构件(111)的支承结构(110)；以及
将所述非金属衬板结构(120)附接至所述支承结构(110)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，制造支承结构(110)的步骤包括减材制造所述支承板(114)并将所述支承板(114)连接至所述细长构件(111)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述支承板(114)连接至所述细长构件(111)的步骤包括：
允许除一个以外的全部所述支承板(114)或全部所述支承板(114)利用滑动配合相对于所述细长构件(111)沿所述细长构件(111)的纵轴线(112)浮动；和
抑制至少一个所述支承板(114)相对于所述细长构件(111)旋转。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述支承板(114)连接至所述细长构件(111)的步骤还包括：
将所述细长构件(111)插入穿过形成在至少一个支承板(114)中的第一开口(130)；
与所述第一开口(130)和所述细长构件(111)相邻地定位衬套支承部(132)的第一部分(140)；
在所述第一开口(130)与所述细长构件(111)之间定位所述衬套支承部(132)的第二部分(142)，其中，所述第二部分(142)关于所述细长构件(111)与所述第一部分(140)相对地设置；以及
将所述衬套支承部(132)的所述第一部分(140)和所述第二部分(142)固定至所述至少一个支承板(114)。
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