CN105799188A - 复合材料成形设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料成形设备。一种用于成形复合结构的系统和方法。所述设备包括基座、板、若干移动系统以及若干片材。所述若干移动系统使所述基座和所述板中的一者相对于另一者移动。所述若干片材连接到所述板。

Description

复合材料成形设备
技术领域
本公开总体涉及复合结构，尤其涉及复合结构的制造。更具体地，本公开涉及一种用于逐步形成复合结构的方法和设备。
背景技术
飞行器的设计和制造使用复合材料的比例越来越大。复合材料用在飞行器中以减轻飞行器的重量。这种减轻的重量改善了诸如有效载荷能力和燃料效率之类的性能特征。而且，复合材料可为飞行器中的各种部件提供更长的使用寿命。
复合材料是通过组合两个或更若干功能部件而形成的坚韧轻质材料。例如，复合材料可包括结合在聚合物树脂基体中的增强纤维。纤维可以是随机分布的短切纤维，是单向的，或者可采取机织布或织物的形式。
在热固性复合材料中，纤维和树脂被布置并固化以形成复合结构。在热塑性复合材料中，纤维和树脂被加热以提供可成形性。在可成形的同时，可设定热塑性复合材料的形状然后使其冷却。
为了形成具有复杂形状的复合结构，若干复合材料层片可叠置在工具上方。复合材料层片可形成在工具的上方(包括在至少一个工具半径之上)。成形复合材料层片可形成超出公差范围的不一致性。当不一致性超出公差范围时，复合结构可能具有不期望的质量。当复合结构具有不期望的质量时，复合结构可能会被返工或废弃。复合结构的返工或复合结构的废弃可增加制造时间和制造成本中的至少一者。
因此，将期望具有一种考虑上面讨论的问题以及其它可能问题中的至少一些问题的方法和设备。具体来说，一种问题是找到一种用于形成复合材料的方法和设备，其可产生具有复杂形状和期望质量的复合结构。而且，另一种问题是找到一种用于在至少一个模具半径上成形若干复合材料层片的方法和设备。
发明内容
本公开的说明性实施方式提供了一种设备。所述设备包括基座、板、若干移动系统以及若干片材。所述若干移动系统使所述基座和所述板中的一者相对于另一者移动。所述若干片材连接到所述板。
本公开的另一说明性实施方式提供了一种设备。所述设备包括基座、板、若干移动系统以及若干片材。所述基座可具有若干空腔。所述板可与所述若干空腔的空腔关联。所述若干移动系统可位于所述若干空腔的空腔内。所述若干片材可连接到所述板。
本公开的又一说明性实施方式提供了一种方法。所述方法可包括：使若干复合层片与若干片材的部分交织。所述方法还可包括降低连接到所述若干片材的板。
本公开的另一说明性实施方式提供了一种方法。所述方法可包括将第一层片放置到具有若干空腔的基座上。所述方法还可包括将片材的一部分放置到所述第一层片上。所述方法可进一步包括将第二层片放置到所述第一层片上。所述方法可进一步包括将垂帘(drape)放置在所述第一层片、所述第二层片和所述第一片材上方。所述方法还可包括在所述垂帘下方抽真空。所述方法可进一步包括降低连接到所述片材的板。
这些特征和功能可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可在其它实施方式中组合，其中可以参考以下描述和附图看到更多的细节。
附图说明
认为是说明性实施方式的特点的新颖特征在所附权利要求书中加以阐述。然而，当结合附图阅读时，参考本公开的说明性实施方式的以下详细描述将会最好地理解这些说明性实施方式以及最佳使用模式、其进一步的目的及特征，其中：
图1是可实施一个说明性实施方式的飞行器的图示；
图2是依据一个说明性实施方式的制造环境的框图的图示；
图3是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示；
图4是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示；
图5是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示；
图6是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示；
图7是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示；
图8是依据一个说明性实施方式的成形工具的等距视图的图示；
图9是依据一个说明性实施方式的成形工具和复合材料的一部分的图示；
图10是依据一个说明性实施方式的成形工具和复合材料的一部分的图示；
图11是依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具的图示；
图12是依据一个说明性实施方式在成形之后成形工具上的复合材料的图示；
图13是依据一个说明性实施方式形成在成形工具上的复合结构的图示；
图14是依据一个说明性实施方式若干移动系统位于若干空腔内的成形工具的图示；
图15是依据一个说明性实施方式位于成形工具的空腔内的若干移动系统的图示；
图16是依据一个说明性实施方式剪叉式升降机处于伸展位置的图示；
图17是依据一个说明性实施方式剪叉式升降机处于压下位置的图示；
图18是依据一个说明性实施方式用于形成复合结构的过程的流程图的图示；
图19是依据一个说明性实施方式用于形成复合结构的过程的流程图的图示；
图20是依据一个说明性实施方式以框图形式说明飞行器制造和保养方法的图示；以及
图21是以框图形式说明可实施一个说明性实施方式的飞行器的图示。
具体实施方式
说明性实施方式认识到并出于一种或多种不同考虑。说明性实施方式认识并考虑到，复合结构可由热塑性材料和热固性材料中的至少一者形成。说明性实施方式认识并考虑到，第一复合结构可能最初由第一复合材料形成。具有与第一复合结构基本相同的形状的后继复合结构可能由不同的复合材料形成。由此，说明性实施方式认识并考虑到，理想的是工具可利用不同类型的复合材料。
说明性实施方式认识并考虑到，可能期望将基本平坦的若干复合材料层片成形为复杂形状而不具有超出公差范围的不一致性。说明性实施方式认识并考虑到，基本平坦的若干复合材料层片可通过在工具圆角上成形所述层片而成形为复杂形状。说明性实施方式认识并考虑到，在工具圆角上形成复合材料层片可能导致意外的层片移位、撕裂、开裂或其它不期望的不一致。说明性实施方式认识并考虑到，为了减少复合结构的不一致性，可以使复合材料层片起褶。复合材料的褶可以是以间距分开的复合材料部分。复合材料的褶可在工具圆角上折叠直到碰触为止。使复合材料起褶可能增添不期望的制造时间。而且，形成起褶的复合材料仍可能导致不期望的不一致性。更进一步地，使复合材料起褶仍可能生产具有不期望质量的复合结构。
说明性实施方式认识并考虑到，复合层片可能在成形期间彼此粘附，造成不一致。当期望所述层片相对于彼此滑移时，粘附会是不期望的。当各层片被成形为使得外层片可具有比内层片更长的行进距离时，可期望层片滑移。例如，层片滑移可能期望围绕弯曲部或圆角。如果相对于彼此没有层片滑移，则每个层片均可移动相同的行进距离或长度，并且可导致起皱。在成形期间彼此粘附的层片可造成起皱、撕裂或其它不一致。这些不一致可能超出公差范围，这可造成复合结构具有不期望的质量。
由此，说明性实施方式提出了成形复合结构的方法和设备。所述设备包括基座、板、若干移动系统以及若干片材。所述基座可具有若干空腔。所述板可与所述若干空腔的空腔关联。所述若干移动系统可位于所述若干空腔的该空腔内。所述若干片材可连接到所述板。
现在参考附图，尤其参考图1，描绘了可实施一个说明性实施方式的飞行器的图示。在该说明性实例中，飞行器100具有附接至机身106的机翼102以及机翼104。飞行器100包括附接至机翼102的发动机108以及附接至机翼104的发动机110。
机身106具有尾段112。水平稳定器114、水平稳定器116和竖直稳定器118附接至机身106的尾段112。
飞行器100是可在其中依据一个说明性实施方式实施复合结构的飞行器的实例。例如，复合结构可用在飞行器100的支撑结构中。例如，复合结构可用在机翼102、机翼104和机身106的至少一者中的梁、肋和其它期望的支撑结构中的至少一者中。飞行器100可以是图21的飞行器2100的物理实施。
出于图示可实施不同说明性实施方式的一种环境的目的而提供了飞行器100的该图示。图1的飞行器100的图示并不意在暗示对可实施不同说明性实施方式的方式施加架构限制。例如，飞行器100示出为商务客用飞行器。不同的说明性实施方式可应用至其它类型的飞行器，诸如私人客用飞行器、旋翼飞机和其它合适类型的飞行器。
现在转向图2，依据一个说明性实施方式描绘了制造环境的框图的图示。制造环境200可用于成形复合结构。在一些说明性实例中，制造环境200可用于成形图1的飞行器100的复合结构。制造环境200可包括成形工具202、层片204、复合结构206、垂帘208、加热设备210和真空源212。
成形工具202可用于将层片204成形为复合结构206。成形工具202可包括具有若干空腔216的基座214。基座214可由基于热特性、机械加工性、材料成本、材料重量、材料反应性、材料耐久性和其它材料属性中的至少一者选择的材料形成。在一些说明性实例中，基座214可由聚合材料、金属、合金、木材、陶瓷和其它期望材料中的至少一者形成。
若干移动系统218可在基座214中的若干空腔216内与若干板220关联。在一些说明性实例中，若干板220可由与基座214相同的材料形成。在其它说明性实例中，若干板220可由与基座214不同的材料形成。在将层片204成形为复合结构206期间，若干板220可降低到空腔216中。结果，若干板220还可被称为若干可压下的板。
若干片材222可使用若干连接部224连接到若干板220。若干片材222均具有与所连接的若干板220的相应板基本相同的横截面面积。如果若干片材222连接到单个板，则若干片材222均具有与板基本相同的横截面面积。
成形工具202可具有形状226。在一些说明性实例中，形状226可以是与复合结构206的形状228互补的形状。互补形状可以是配合到一起的形状。在一些说明性实例中，形状226的一部分可与复合结构206的形状228基本相同。
复合结构206的形状228可包括若干凸缘230、若干孔232和厚度234中的至少一者。复合结构206的形状228可描述为复杂形状。复杂形状可组合部分或所有的简单形状。复合材料中的复杂形状可包括恒定的曲率、非恒定的曲率、弯曲、角度或诸如若干凸缘230的其它非平面特征。飞行器机翼的蒙皮可以是复杂形状的实例。若干凸缘230可以是复合结构206的其余部分的若干突起。若干凸缘230相对于复合结构206的其余部分可具有一角度。该角度的范围可从大于约0度到小于约180度。在一些说明性实例中，若干凸缘230可与复合结构206的其余部分成约90度的角度。若干凸缘230可能致使复合结构206的形状228为非平面形状。复合结构206的形状228可通过抵靠基座214成形层片204而形成为层片204。
成形工具202的若干空腔216可包括第一空腔236和第二空腔238。第一空腔236可具有边缘240。在一些说明性实例中，层片204可抵靠第一空腔236的边缘240的至少一部分成形。第二空腔238可具有边缘242。在一些说明性实例中，层片204可抵靠第二空腔238的边缘242的至少一部分成形。
可降低若干板220，以将层片204形成在边缘240或边缘242中的至少一个的至少一部分上。第一板243可与第一空腔236关联。第二板244可与第二空腔238关联。可降低第一板243，以将层片204形成在边缘240的至少一部分上。可降低第二板244，以将层片204形成在边缘242的至少一部分上。
若干移动系统218可用于降低若干板220。若干移动系统218可包括机械系统246、电气系统248和气动系统250中的至少一者。在一些说明性实例中，若干移动系统218可通过使用气动系统250充气或放气来移动若干板220。在一些说明性实例中，机械系统246可以是剪叉式升降机252。在这些说明性实例中，若干移动系统218可以是若干剪叉式升降机。
在一些说明性实例中，若干移动系统218的第一移动系统254和第二移动系统256可与第一板243关联。在一些说明性实例中，若干移动系统218的第一移动系统254可与第一板243关联，而第二移动系统256可与第二板244关联。
若干片材222可由为允许层片204相对于彼此滑移所选择的材料形成。可基于材料反应性、材料耐久性、摩擦系数、热性能和一些其它期望的材料特性中的至少一者来选择若干片材222的材料。在一些说明性实例中，若干片材222可以是聚合材料257。聚合材料257可以是聚四氟乙烯258、聚乙烯259或其它期望的聚合材料。若干片材222可包括第一片材260、第二片材262、第三片材264和第四片材266。第一片材260和第二片材262可连接到第一板243。随着第一板243的降低，第一片材260和第二片材262可被向下拉入第一空腔236中。第三片材264和第四片材266可连接到第二板244。随着第二板244的降低，第三片材264和第四片材266可向下拉入第二空腔238中。
第一片材260的一部分可定位在第一层片268和第二层片270之间。第二片材262的一部分可定位在第二层片270和第三层片272之间。第一片材260的这部分可在第一层片268和第二层片270之间定位在区域276的外周274中。第二片材262的这部分可在第二层片270和第三层片272之间定位在区域276的外周274中。
第三片材264的一部分可定位在第一层片268和第二层片270之间。第三片材264的这部分可在第一层片268和第二层片270之间定位在区域280的外周278中。第四片材266的一部分可定位在第二层片270和第三层片272之间。第四片材266的这部分可在第二层片270和第三层片272之间定位在区域280的外周278中。
若干区域282可包括区域276和区域280。若干区域282可以是包括若干孔232的区域。若干区域282可包括若干凸缘230。若干凸缘230可位于外周274和外周278中的至少一者中。
为了由层片204形成复合结构206，层片204可放置到基座214上。若干片材222可与层片204的部分交织。垂帘208可放置在层片204和若干片材222上方。可使用真空源212在垂帘208下方抽真空。随着在垂帘208下方对层片204抽真空，可降低若干板220。随着若干板220的降低，第一层片268、第二层片270和第三层片272可逐步成形至边缘240和边缘242。随着若干板220的降低，第一片材260、第二片材262、第三片材264和第四片材266可逐步从层片204之间去除。
在一些说明性实例中，在垂帘208下方抽真空的动作使若干板220向下移动。在这些说明性实例中，若干移动系统218朝向垂帘208的偏置力可小于通过在垂帘208下方抽真空所产生的向下力。在这些说明性实例的一些中，若干移动系统218可以是剪叉式升降机252。剪叉式升降机252可被偏置到伸展位置。在一些说明性实例中，至少一个弹簧可将剪叉式升降机252中的剪叉式升降机偏置到伸展位置。
层片204可由复合材料284形成。层片204还可被称为复合层片。复合材料284可以是热塑性材料286或热固性材料288。当复合材料284是热固性材料288时，可在不增添热量的情况下成形层片204。当复合材料284是热塑性材料286时，层片204可由加热设备210加热。通过向层片204施加热，热塑性材料286可具有提高的成形性能。通过向层片204施加热，热塑性材料286可抵靠基座214成形。
出于图示可实施不同说明性实施方式的一种环境的目的提供了制造环境200的该图示。图2的制造环境200的图示并不意在暗示对不同说明性实施方式的可实施方式施加架构限制。例如，若干移动系统218可与成形工具202关联。在一些说明性实例中，成形工具202可相对于若干板220移动。在一些说明性实例中，成形工具202可在若干板220保持静止的同时向上移动。在一些说明性实例中，成形工具202可在若干板220向下移动的同时向上移动。
作为另一说明性实例，制造环境200还可包括压力源。例如，在成形复合材料284期间，压力源可向垂帘208施加压力。
现在转向图3，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示。视图300是成形工具301的横截面图。成形工具301可以是图2的成形工具202的物理实施。成形工具301包括基座302、空腔303和位于空腔内的移动系统304。板306与移动系统304关联。板306还可被称为可压下的板。如视图300描绘的，板306可处于伸展位置。若干片材308由连接部310连接到板306。若干片材308和层片312在外周314中交织。若干片材308和层片312具有重叠315。
第一层片316和第二层片318可在外周314中相对于彼此移动。第一片材320可允许第一层片316和第二层片318在外周314中相对于彼此移动。
第二层片318和第三层片322可在外周314中相对于彼此移动。第二片材324可允许第二层片318和第三层片322在外周314中相对于彼此移动。
第三层片322和第四层片326可在外周314中相对于彼此移动。第三片材328可允许第三层片322和第四层片326在外周314中相对于彼此移动。
垂帘329可定位在层片312和若干片材308的上方。在定位垂帘329之后，可在垂帘329下方抽真空。在该说明性实例中，移动系统304可保持板306基本平行于成形工具301的基座302的表面330。板306可处于伸展位置。为了逐步贴着边缘332成形层片312，板306可向下移动。
现在转向图4，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示。在视图400中，移动系统304已使板306从图3的视图300的伸展位置降低。使板306降低可逐步贴着边缘332成形层片312。使板306降低可将图3中的重叠315缩短至重叠402。板306由连接部310连接到片材308。随着板306的降低，可从每个层片312之间抽取片材308。随着逐步从每个层片312之间抽取片材308，层片312的能够相对于彼此移动的部分减少。
现在转向图5，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示。在视图500中，移动系统304已使板306降低至压下位置。由于板306的降低，片材308已从层片312去除。如描绘的，层片312可逐步成形至边缘332。
现在转向图6，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示。在视图600中，移动系统304已使板306降低至压下位置。片材308基本平坦地贴靠板306。如描绘的，层片312可逐步成形至边缘332。层片312在视图600中可具有高度602。
现在转向图7，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间成形工具和复合材料的横截面图的图示。在视图700中，层片312已经成形至包括边缘332的基座302。在垂帘329下方抽成的真空可将层片312压缩到基座302上。而且，在垂帘329下方抽成的真空可从层片312之间去除气体。如可以在视图700中看出的，层片312的高度702小于图6的层片312的高度602。如可以在视图700中看出的，层片312可抵靠基座302压缩而形成基本无皱的部件。层片312的每个层片均可抵靠层片312的各相邻层片被压缩。
如描绘的，在图3至图7中板306能以单个维度移动。这种类型的运动可被称为平移运动。然而，在一些说明性实例中，板306可相对于基座302以不只一个维度移动。例如，板306能以旋转运动移动。作为一个实例，板306可绕板306的与基座302的边缘332相反的边缘枢转。作为另一实例，板306可绕板306的最接近边缘332的边缘枢转。板306能以任何期望的平移或旋转运动移动，使得可从每个层片312之间抽取片材308，从而产生具有期望质量的复合部分。
而且，虽然板306被描述为相对于基座302移动，但是在一些说明性实例中，基座302可相对于板306移动。而且，在一些说明性实例中，基座302可相对于板306进行旋转运动。基座302能以任何期望的平移或旋转运动移动，使得可从各层片312之间抽取片材308，从而产生具有期望质量的复合部件。
现在转向图8，描绘了依据一个说明性实施方式的成形工具的等距视图的图示。成形工具800可以是图2的成形工具202的物理实施。成形工具800可用于成形货舱地板梁。成形工具800可具有基座802，基座802具有若干空腔804。若干板806可覆盖若干空腔804中的一些空腔。若干空腔804中的空腔808可存在于基座802中，以降低成形工具800的重量。若干空腔804中的空腔808还可有利地影响成形工具800的热性能。
图8以及成形工具800并不意在暗示对说明性实施方式的可实施方式进行物理或架构限制。虽然成形工具800被描绘为成形货舱地板梁的工具，但是成形工具800可具有任何期望的形状或若干空腔。例如，成形工具800可以是成形诸如舱壁的复杂结构的工具。作为另一实例，成形工具800可以是成形飞行器门的工具。
现在转向图9，描绘了依据一个说明性实施方式成形工具和复合材料的一部分的图示。视图900可以是从图8的方向9-9(2)观察的框9-9内的成形工具800的视图。在视图900中，复合材料904的层片902可存在于基座802上。复合材料904的层片902可依次放置在基座802上。片材906可放置在若干板806上方。层片902以及片材906的部分可在成形工具800上交织。
销908可从基座802延伸穿过层片902。销908可在成形工具800上的选定地点维持层片902相对于基座802的位置。销910可从板806延伸穿过片材906。销910可在选定地点维持片材906相对于板806的位置。
现在转向图10，描绘了依据一个说明性实施方式成形工具和复合材料的一部分的图示。视图1000可以是从图9的方向10-10(2)观察的框10-10内的成形工具800的视图。连接器1002可将片材906保持在图8所示的若干板806。连接器1002可包括插入穿过片材906的第一部分以及在片材906顶部且连接到连接器1002的第一部分的第二部分。连接器1002的第一部分可以是图9的销910。连接器1004可将层片902保持在成形工具800上。连接器1004可包括插入穿过层片902的第一部分以及在层片902顶部的第二部分。连接器1004的第一部分可以是图9的销908。
现在转向图11，描绘了依据一个说明性实施方式在成形期间的成形工具的图示。视图1100可以是在将垂帘1102放置在成形工具800、复合材料904的层片902和片材906上方的情况下成形工具800的视图。视图1100可以是成形工具800覆盖有垂帘1102并且若干板806被降低至压下状态的视图。
现在转向图12，描绘了依据一个说明性实施方式在成形之后成形工具上的复合材料的图示。视图1200可以是在成形并去除垂帘1102之后具有复合材料904的成形工具800的视图。在该说明性实例中，复合材料904已经成形为具有形状1204的复合结构1202。形状1204具有若干凸缘1206，包括凸缘1208、凸缘1210、凸缘1212、凸缘1214、凸缘1216和凸缘1218。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1222的边缘1220上方，可创建凸缘1208。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1226的边缘1224上方，可创建凸缘1210。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1230的边缘1228上方，可创建凸缘1212。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1234的边缘1232上方，可创建凸缘1214。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1238的边缘1236上方，可创建凸缘1216。通过将层片902成形至基座802，包括成形在空腔1242的边缘1240上方，可创建凸缘1218。
如可以从视图1200看出的，在成形复合材料904之后，可去除连接器1002。销908仍可穿过复合结构1202。连接器1004的第二部分可以已被去除，以便于从成形工具800的基座802去除复合结构1202。
现在转向图13，描绘了依据一个说明性实施方式在成形工具上成形的复合结构的图示。视图1300可以是从图12的方向13-13观察的复合结构1202的视图。
现在转向图14，描绘了依据一个说明性实施方式若干移动系统位于若干空腔内的成形工具的图示。视图1400是成形工具800的视图，为了清楚起见去除了若干板806。若干移动系统1402可定位在若干空腔804内。在该说明性实例中，空腔1242可具有移动系统1404、移动系统1406、移动系统1408、移动系统1410、移动系统1412和移动系统1414。在该说明性实例中，若干移动系统1402均为剪叉式升降机。在一些说明性实例中，移动系统1402中的至少一个可以是除剪叉式升降机之外的移动系统，诸如电气系统、气动系统或不同类型的机械系统。
现在转向图15，描绘了依据一个说明性实施方式若干移动系统位于成形工具的空腔内的图示。视图1500可以是若干空腔804的空腔1502位于框14-14内并且从图14的方向14-14(2)观察的视图。
若干移动系统1402的移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508存在于空腔1502内。移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508均处于伸展位置。在伸展位置，与移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508关联的板可与成形工具800的基座802基本齐平。
移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508可被降低至压下位置。在降低各移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508的过程中，均与移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508关联的板也可被降低。当移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508处于压下位置时，与移动系统1504、移动系统1506和移动系统1508关联的板可靠在空腔1502的壁架(ledge)1510。
现在转向图16，描绘了依据一个说明性实施方式剪叉式升降机处于伸展位置的图示。剪叉式升降机1600可以是图2的剪叉式升降机252中的剪叉式升降机的物理实施。剪叉式升降机1600可以是图14的若干移动系统1402中的移动系统。剪叉式升降机1600可以是图3的移动系统304的物理实施实例。
剪叉式升降机1600可具有弹簧1602，弹簧1602将剪叉式升降机1600偏置到伸展位置。通过将剪叉式升降机1600偏置到伸展位置，剪叉式升降机1600可将板推靠于图11所示的垂帘1102上。在成形期间可基于图9至图11所示的层片902和片材906之间的期望相对表面压力来选择弹簧1602的载荷。在一些说明性实例中，弹簧1602的载荷可大约为2磅。层片902和片材906之间的表面压力可影响层片902之间在法向和横向方向上的相对滑动运动。
剪叉式升降机1600可具有引导件1604和引导件1606。引导件1604和引导件1606可致使剪叉式升降机1600的运动平滑。而且，引导件1604和引导件1606可限制剪叉式升降机1600的伸展高度以及剪叉式升降机1600的压下高度。
现在转向图17，描绘了依据一个说明性实施方式剪叉式升降机处于压下位置的图示。在视图1700中，剪叉式升降机1600可处于压下位置。
图1的飞行器100的图示、图2的制造环境200、图3至图12以及图14至图15的成形工具描绘、图16至图17的移动系统和图13的复合结构并不意在暗示对说明性实施方式的可实施方式施加物理或架构限制。除了图示部件以外或代替图示部件可使用其它部件。一些部件可能是不必要的。另外，呈现的方框是为了图示一些功能部件。当在说明性实施方式中实施时，这些方框中的一个或若干可被组合、拆分或者组合并拆分成不同的方框。
例如，虽然层片204被描绘为包括第一层片268、第二层片270和第三层片272，但是层片204可包括任何数量的层片。在一些说明性实例中，层片204包括2到10个层片。在一些说明性实例中，层片204可包括10到20个层片。在一些说明性实例中，层片204可包括20到50个层片。
作为另一实例，虽然在图3至图7中板306被示出为相对于成形工具301的基座302移动，但是在一些说明性实例中，基座302可相对于板306移动。例如，基座302可在板306保持静止的同时向上移动。在其它说明性实例中，板306可在基座302向上移动的同时向下移动。
作为另一实例，虽然在图3至图7中板306被示出为以单个维度移动，但是在一些说明性实例中，板306可相对于基座302以不只一个维度移动。例如，板306可以以旋转运动移动。而且，在一些说明性实例中，基座302可相对于板306旋转运动。
图1和图3至图17示出的不同部件可与图2中的部件组合，与图2中的部件一起使用，或者是两者的组合。另外，图1和图3至图17中的一些部件可以是图2中以方框形式示出的部件如何可实施为物理结构的说明性实例。
现在转向图18，描绘了依据一个说明性实施方式用于成形复合结构的过程的流程图的图示。过程1800可用于成形图2的复合结构206。过程1800可开始于：使若干复合层片与若干片材的部分交织(操作1802)。若干片材的部分可在一区域的外周中与复合层片交织。在一些说明性实例中，所述区域的外周是复合层片的将形成在成形工具内的空腔的边缘上方的部分。若干片材的部分可与复合层片交织。
过程1800还可降低连接到若干片材的板(操作1804)。之后，该过程终止。降低连接到若干片材的板可从若干复合层片的各复合层片之间抽取若干片材的所述部分。降低板会抵靠所述板成形若干片材。在一些说明性实例中，可在若干复合层片和若干片材处于真空下时降低连接到若干片材的板。
现在转向图19，描绘了依据一个说明性实施方式用于成形复合结构的过程的流程图的图示。过程1900可用于成形图2的复合结构206。过程1900可开始于：将第一层片放置到具有若干空腔的基座上(操作1902)。第一层片可以是热塑性复合材料或热固性复合材料。过程1900还可将片材的一部分放置到第一层片上(操作1904)。片材可以是为降低片材和第一层片之间的摩擦所选择的材料。在一些说明性实例中，片材可以是聚合材料。在一些其它说明性实例中，片材可以是聚四氟乙烯或聚乙烯。
过程1900然后可将第二层片放置到第一层片上(操作1906)。第二层片可以是与第一层片相同类型的复合材料。然而，第二层片能以与第一层片不同的角度铺放。例如，第一层片可以是0度层片。第二层片可以是以除0度之外的角度铺放的层片。
过程1900还可将垂帘放置在第一层片、第二层片和第一片材上方(操作1908)。如果在第一层片、第二层片和第一片材之后已放置了后继的层片和片材，则垂帘还可放置在后继的层片和片材上方。
过程1900可在垂帘下方抽真空(操作1910)。过程1900还可降低连接到片材的板(操作1912)。在一些说明性实例中，所述板可因在垂帘下方抽真空而降低。在一些说明性实例中，若干移动系统可在板下面。而且，若干移动系统可对来自于垂帘的向下压力提供一定程度的阻力。之后，该过程终止。
所描绘的不同实施方式的流程图和框图图示了说明性实施方式中的设备和方法的一些可能实施方案的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可代表以下的至少一者：模块、节段、功能或操作或步骤的一部分。
在说明性实施方式的一些替代实施方案中，方框中指出的一种或多种功能可不按图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，取决于所涉及的功能，陆续示出的两个方框可基本同时执行，或者所述方框有时可能以相反的顺序执行。另外，除了流程图或框图中图示的方框，可增添其它方框。
例如，过程1800还可在若干复合层片和若干片材上抽真空。作为另一实例，过程1800还可将垂帘放置在若干复合层片和若干片材上方。在若干复合层片和若干片材上抽真空可包括在垂帘下方抽真空。
在一些说明性实例中，过程1800还可将若干复合层片放置在具有空腔的基座上。板可与空腔关联，并且降低连接到若干片材的板可将若干复合层片成形至基座。在一些说明性实例中，将若干复合层片成形至基座包括将若干复合层片的一部分成形至空腔内的基座。
在一些说明性实例中，过程1800还可在降低板之前将复合层片加热至成形温度。在这些说明性实例中，复合层片可以是热塑性材料。
在一些说明性实例中，在过程1900中，降低连接到片材的板可从第一层片和第二层片之间抽取片材的一部分。在一些说明性实例中，在过程1900中，降低板可抵靠板成形片材。在一些说明性实例中，在过程1900中，降低连接到若干片材的板可将第一层片和第二层片成形至基座。在这些说明性实例中，将第一层片和第二层片成形至基座可包括将第一层片的一部分和第二层片的一部分成形至空腔内的基座。在一些说明性实例中，过程1900还可在降低板之前将第一层片和第二层片加热至成形温度。
可在如图20所示的飞行器制造和保养方法2000和如图21所示的飞行器2100的背景下描述本公开的说明性实施方式。首先转向图20，描绘了依据一个说明性实施方式的飞行器制造和保养方法的框图的图示。在前期生产过程中，飞行器制造和保养方法2000可包括图21的飞行器2100的规格和设计2002及材料采购2004。
在生产过程中，进行图21的飞行器2100的部件和子组件制造2006以及系统整合2008。此后，图21的飞行器2100可经过检定和交付2010以便投入服役2012。在由客户使用的服役2012期间，图21的飞行器2100被安排进行例行维护和保养2014(这可包括改造、重构、翻新及其它维护或保养)。
可由系统集成商、第三方及/或经营商执行或进行飞行器制造和保养方法2000的各个过程。在这些实例中，经营商可以是客户。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；并且经营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
现在参考图21，描绘了可实施说明性实施方式的飞行器的框图的图示。在该实例中，飞行器2100由图20的飞行器制造和保养方法2000生产，并且可包括具有若干系统2104与内饰2106的机体2102。系统2104的实例包括推进系统2108、电气系统2110、液压系统2112以及环境系统2114中的一个或若干。可包括任一数量的其它系统。尽管示出了航空航天的实例，但是不同的说明性实施方式可应用于诸如汽车工业之类的其它工业。
在此实施的设备与方法可在图20的飞行器制造和保养方法2000的至少一个阶段中采用。例如，可在部件和子组件制造2006期间使用一个或若干说明性实施方式。例如，成形工具202可用于在部件和子组件制造2006期间形成复合结构206。而且，使用成形工具202形成的复合结构206还可用于在维护和保养2014期间更换复合结构。
各说明性实施方式提供了一种用于逐步成形复合材料的方法和设备。所述方法和设备可通过单独逐步地成形每个层片而生产出复合结构。待成形的每个层片的外周可能仅在该外周已成形之后碰触另一相邻层片。
在成形层片的外周之前，片材可将层片的外周与相邻层片分离。片材可由为降低片材和层片之间的摩擦所选择的材料形成。
一种设备可包括基座、板、若干移动系统以及若干片材。所述基座可具有若干空腔。所述板可与所述若干空腔中的空腔关联。所述若干移动系统可位于所述若干空腔中的空腔内。所述若干片材可连接到所述板。
可在所述设备的若干复合层片以及所述若干片材上抽真空。可在所述若干复合层片和所述若干片材处于真空下时降低连接到所述若干片材的所述板。
随着所述板的降低，可逐步从所述若干复合层片之间抽取所述若干片材。随着所述板的降低，所述若干复合层片可抵靠所述工具成形。在一些说明性实例中，所述复合层片可成形在所述工具的空腔的边缘上。诸如弯曲、孔、凸缘或其它期望特征之类的特征可成形到所述复合层片中以形成复合结构。
所述复合结构可具有期望的质量。所述复合结构可基本无皱。通过使用包括若干片材222和若干板220的成形工具202来形成复合结构206，可减少制造时间和制造成本中的至少一者。例如，通过使用成形工具202来形成复合结构206，可降低返工和废弃率。通过降低返工和废弃，可降低制造成本。
由此，总之，根据本发明的第一方面，提供了：
A1、一种复合材料成形设备，所述设备包括：
基座；
板；
若干移动系统，所述若干移动系统使所述基座和所述板中的一者相对于另一者移动；以及
若干片材，所述若干片材连接到所述板。
A2、还提供的是，根据段落A1所述的复合材料成形设备，其中，所述若干片材由聚合材料形成。
A3、还提供的是，根据段落A1所述的复合材料成形设备，其中，所述基座具有若干空腔，并且其中所述板与所述若干空腔的空腔关联。
A4、还提供的是，根据段落A3所述的复合材料成形设备，其中，所述若干移动系统位于所述若干空腔的所述空腔内。
A5、还提供的是，根据段落A4所述的复合材料成形设备，其中，所述板是可压下的并且与所述若干移动系统关联。
A6、还提供的是，根据段落A4所述的复合材料成形设备，所述复合材料成形设备进一步包括垂帘。
A7、还提供的是，根据段落A6所述的复合材料成形设备，所述复合材料成形设备进一步包括真空源，所述真空源与所述垂帘及所述基座中的至少一者关联。
根据本发明的另一方面，提供了：
B1、一种设备，所述设备包括：
基座，所述基座具有若干空腔；
板，所述板与所述若干空腔的空腔关联；
若干移动系统，所述若干移动系统位于所述若干空腔的所述空腔内；以及
若干片材，所述若干片材连接到所述板。
B2、还提供的是，根据段落B1所述的设备，其中，所述板与所述若干移动系统关联。
B3、还提供的是，根据段落B1所述的设备，其中，所述若干片材由聚合材料形成。
B4、还提供的是，根据段落B3所述的设备，其中，所述若干片材均具有与所述板基本相同的横截面面积。
B5、还提供的是，根据段落B1所述的设备，其中，所述若干移动系统是若干剪叉式升降机。
B6、还提供的是，根据段落B1所述的设备，所述设备进一步包括：
垂帘；以及
真空源，所述真空源与所述垂帘及所述基座中的至少一者关联。
根据本发明的另一方面，提供了：
C1、一种方法，所述方法包括：
使若干复合层片与若干片材的部分交织；以及
降低连接到所述若干片材的板。
C2、还提供的是，根据段落C1所述的方法，所述方法进一步包括：
在所述若干复合层片和所述若干片材上抽真空。
C3、还提供的是，根据段落C2所述的方法，其中，在所述若干复合层片和所述若干片材位于所述真空下方的同时，执行降低连接到所述若干片材的板的步骤。
C4、还提供的是，根据段落C2所述的方法，所述方法进一步包括：
将垂帘放置在所述若干复合层片和所述若干片材上方，并且其中在所述若干复合层片和所述若干片材上抽真空的步骤包括在所述垂帘下方抽真空。
C5、还提供的是，根据段落C1所述的方法，其中，降低连接到所述若干片材的板的步骤包括从所述若干复合层片的各复合层片之间抽取所述若干片材的所述部分。
C6、还提供的是，根据段落C5所述的方法，其中，降低所述板的步骤包括抵靠所述板成形所述若干片材。
C7、还提供的是，根据段落C1所述的方法，所述方法进一步包括：
将所述若干复合层片放置在具有空腔的基座上，其中所述板与所述空腔关联，并且其中降低连接到所述若干片材的板的步骤包括将所述若干复合层片成形至所述基座。
C8、还提供的是，根据段落C7所述的方法，其中，将所述若干复合层片成形至所述基座的步骤包括将所述若干复合层片的一部分在所述空腔内成形至所述基座。
C9、还提供的是，根据段落C1所述的方法，所述方法进一步包括：
在降低所述板之前将所述复合层片加热至成形温度。
根据本发明的另一方面，提供了：
D1、一种方法，所述方法包括：
将第一层片放置到具有若干空腔的基座上；
将第一片材的一部分放置到所述第一层片上；
将第二层片放置到所述第一层片上；
将垂帘放置在所述第一层片、所述第二层片和所述第一片材上方；
在所述垂帘下方抽真空；以及
降低连接到所述第一片材的板。
D2、还提供的是，根据段落D1所述的方法，其中，降低连接到所述第一片材的板的步骤包括从所述第一层片和所述第二层片之间抽取所述第一片材的所述部分。
D3、还提供的是，根据段落D2所述的方法，其中，降低所述板的步骤包括抵靠所述板成形所述第一片材。
D4、还提供的是，根据段落D2所述的方法，其中，降低连接到所述第一片材的板的步骤包括将所述第一层片和所述第二层片成形至所述基座。
D5、还提供的是，根据段落D4所述的方法，其中，将所述第一层片和所述第二层片成形至所述基座的步骤包括：将所述第一层片的一部分和所述第二层片的一部分在所述空腔内成形至所述基座。
D6、还提供的是，根据段落D1所述的方法，所述方法进一步包括：
在降低所述板之前将所述第一层片和所述第二层片加热至成形温度。
不同说明性实施方式的描述已经出于图示和描述的目的而提出，并非意在穷举或限于所公开形式的实施方式。许多修改和变型对本领域普通技术人员将是显而易见的。而且，与其它说明性实施方式比较，不同的说明性实施方式可提供不同的特征。所选择的一个或若干实施方式被选中并描述以便最好地解释实施方式、实际应用的原理，并且使本领域普通技术人员能够理解本公开的带有各种修改的适于特定预期用途的各种实施方式。

Claims (15)

1.一种复合材料成形设备，所述复合材料成形设备包括：
基座；
板；
若干移动系统，所述若干移动系统使所述基座和所述板中的一者相对于另一者移动；以及
若干片材，所述若干片材连接到所述板。
2.根据权利要求1所述的复合材料成形设备，其中，所述若干片材由聚合材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料成形设备，其中，所述基座具有若干空腔，并且其中所述板与所述若干空腔的空腔关联。
4.根据权利要求3所述的复合材料成形设备，其中，所述若干移动系统位于所述若干空腔的所述空腔内。
5.根据权利要求4所述的复合材料成形设备，其中，所述板是可压下的并且与所述若干移动系统关联。
6.根据权利要求4所述的复合材料成形设备，所述复合材料成形设备进一步包括垂帘。
7.根据权利要求6所述的复合材料成形设备，所述复合材料成形设备进一步包括真空源，所述真空源与所述垂帘及所述基座中的至少一者关联。
8.一种方法，所述方法包括：
使若干复合层片与若干片材的部分交织；以及
降低连接到所述若干片材的板。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法进一步包括：
在所述若干复合层片和所述若干片材上抽真空。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述若干复合层片和所述若干片材处于真空下时，执行降低连接到所述若干片材的板的步骤。
11.根据权利要求9或10所述的方法，所述方法进一步包括：
将垂帘放置在所述若干复合层片和所述若干片材上方，并且其中在所述若干复合层片和所述若干片材上抽真空的步骤包括在所述垂帘下方抽真空。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的方法，其中，降低连接到所述若干片材的板的步骤包括从所述若干复合层片的各复合层片之间抽取所述若干片材的所述部分。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其中，降低所述板的步骤包括抵靠所述板成形所述若干片材。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：
将所述若干复合层片放置在具有空腔的基座上，其中所述板与所述空腔关联，并且其中降低连接到所述若干片材的板的步骤包括将所述若干复合层片成形至所述基座。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述若干复合层片成形至所述基座的步骤包括将所述若干复合层片的一部分在所述空腔内成形至所述基座。
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