CN108568977A - 用于形成为3d形状的具有铺设特征的平坦复合部件 - Google Patents

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Abstract

提供了用于设计形成为3D形状的平坦复合部件的系统和方法。一个实施例是一种方法，包括加载限定用于复合部件的三维形状的数据、基于三维形状的尺寸识别约束、模拟将三维形状变平为平面形状，以及获取具有平面形状的心轴。该方法还包括在心轴处设置特征，该特征允许铺设到心轴上的层压体在将层压体形成为3D形状期间补偿约束，并且生成用于指导自动铺丝机铺设层压体的数控程序。数控程序包括用于将组成材料的丝束铺设到具有特征的心轴上以形成层压体的层的指令。

Description

用于形成为3D形状的具有铺设特征的平坦复合部件
技术领域
本公开涉及复合材料领域，尤其涉及由自动铺丝(AFP)机(也称为自动铺带(ATL)机)进行的铺设。
背景技术
复合部件，例如由碳纤维增强聚合物(CFRP)制成的复合部件，将高等级的机械强度与低重量结合。这种组合在飞机设计和制造领域是理想的。复合部件的制造包括将组成材料分层铺设以形成层压体。组成材料可以包括带，该带包括预浸渍有可固化树脂的平行碳纤维。这种预浸渍带也称为“预浸”带。可以使用AFP机器以基于数控(NC)程序以自动方式可预测地且可靠地铺设预浸带。然后，使所得到的层压体固化以硬化成复合部件。
复合部件的许多所需形状是复杂的且是三维的(3D)。虽然AFP机能够铺设复杂的3D形状，但是AFP机的操作速度(特别是当铺设尖锐拐角时)显著降低。因此，铺设复杂3D层压体所涉及的加工时间量(以及因此费用)显著高于对于平坦层压体(例如，形状大部分为平面且具有的高度小于其宽度和/或长度的十分之一的层压体)。此外，在层压体已固化之前，将层压体保持为3D形状可能是特别困难的。
复合部件的设计者可以利用AFP机铺设平坦层压体以固化成平坦复合部件，但平坦层压体不能获得对于复合部件所需的任何复杂表面几何形状(例如，确保空气动力学形状)。此外，将平坦层压体形成复杂3D形状是不可行的。这是因为平坦层压体内的碳纤维是高度抗拉伸的。因此，当形成(例如，模制)平坦层压体时，在所得到的形状中可形成褶皱。
因此，复合部件的设计者继续寻求用于用平坦材料形成复杂轮廓部件而不产生褶皱的技术。
发明内容
本文描述的实施例产生了针对平坦层压体的设计，所述平坦层压体包括使得平坦层压体能够形成(例如，冲压/压制/模制)为复杂3D形状而不会起皱、褶皱、翘曲或撕裂的特征。这些“2.5D”层压体包括处于预定位置的铺设特征(例如，多余材料)。这些特征使得能够根据所需3D形状形成其相应位置，而不会损失结构完整性。在进一步的实施例中，铺设这种层压体的AFP机可在物理铺设期间检测丝束放置的差异，并且改变指导铺设的NC程序，以确保在间隙上放置新的带层。
一个实施例是一种方法，包括加载限定用于复合部件的三维(3D)形状的数据、基于3D形状的尺寸识别约束、模拟将3D形状变平为平面形状、以及获取具有平面形状的心轴。该方法还包括在心轴处设置特征，该特征允许铺设到心轴上的层压体在将层压体形成为3D形状期间补偿约束，并且生成指导自动铺丝(AFP)机铺设层压体的数控(NC)程序。NC程序包括用于将组成材料的丝束铺设到具有特征的心轴上以形成层压体的层的指令。
进一步的实施例是体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在由处理器执行时可操作成用于执行方法。该方法还包括在平面心轴处设置特征，该特征允许铺设到心轴上的层压体在将层压体形成为3D形状期间补偿与三维(3D)形状对应的约束，并且生成用于指导自动铺丝(AFP)机铺设层压体的数控(NC)程序。NC程序包括用于将组成材料的丝束铺设到平面心轴上(包括放置在心轴处的特征)以形成层压体的层的指令。该方法还包括根据NC程序铺设层压体，并且将层压体形成为3D形状。
进一步的实施例是包括存储器的系统，该存储器存储限定用于复合部件的三维(3D)形状的数据。该系统还包括控制器，该控制器加载数据，基于3D形状的尺寸识别约束，将3D形状变平为平面形状，并且在平面形状处设置特征，该特征允许铺设的层压体在将层压体形成为3D形状期间补偿约束。控制器还生成数控(NC)程序，该数控(NC)程序指导自动铺丝(AFP)机铺设层压体，NC程序包括用于铺设组成材料的丝束以形成层压体的层的指令。
更进一步的实施例是一种方法，该方法包括通过下述步骤形成复合部件：将二维(2D)层压体铺设到心轴上，该心轴具有使得板层被铺放从而使得板层之间的预期剪切已经被构建到2D层压体中的特征；以及将2D层压体形成为复杂轮廓的预成型件，包括执行板层之间的预期剪切。
其它示例性实施例(例如，与前述实施例相关的方法和计算机可读介质)可在下文中描述。已讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现或可在其它实施例中组合，参考以下描述和附图可了解其进一步的细节。
附图说明
现在将参考附图且仅通过实例描述本公开的一些实施例。在所有附图中，相同附图标记表示相同元件或相同类型的元件。
图1是示例性实施例中的AFP机的示图。
图2是图示在示例性实施例中与铺设平坦层压体的AFP机相互作用的铺设设计系统的框图。
图3A-3B是图示在示例性实施例中用于为将形成为3D形状的层压体产生铺设的方法的流程图。
图4是图示在示例性实施例中用于对指导AFP机的NC程序进行动态(on-the-fly)修改的方法的流程图。
图5是图示示例性实施例中的复合部件的示图。
图6是图示示例性实施例中的用于图5的复合部件的第一铺设的示图。
图7是图示示例性实施例中的用于图5的复合部件的附加铺设的示图。
图8-9是图示示例性实施例中的用于复合部件的铺设中的转向丝束的示图。
图10是示例性实施例中由层压体形成的3D复合部件的示图。
图11-12是示例性实施例中用于形成图10的复合部件的层压体的视图。
图13是示例性实施例中的飞机生产和维修方法的流程图。
图14是示例性实施例中的飞机的框图。
具体实施方式
附图和以下描述说明了本公开的具体示例性实施例。因此可以理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，尽管这些布置在文中未明确描述或示出，但仍体现了本公开的原理，并且包括在本公开的范围内。此外，本文描述的任何实例旨在帮助理解本公开的原理，但应解释为不限于这些具体列举的实例和条件。因此，本公开并不限于以下描述的具体实施例或实例，而是由权利要求及其等同物限定。
图1是图示示例性实施例中安装到支撑件170的AFP机100的示图。AFP机100包括能够铺设组成材料的丝束152以形成用于固化成复合部件的层压体150的任何系统或装置。AFP机100包括末端执行器/头部180，其在铺放期间分配可固化组成材料的丝束152(例如，用于CFRP部件的预浸碳纤维带)。铺设丝束152以形成层压体150，该层压体150包括一层或多层材料，该材料将被固化成单个整体式复合部件。
当AFP机100操作以将丝束152铺设到层压体150上时，AFP机100可沿着轴线X166直接朝向/远离层压体150移动、沿着轴线Y164竖直地向上/向下移动、和/或沿着轴线Z162横向地移动。如文中所用，当AFP机100在头部180的单次“掠过”期间同时铺设多个丝束152时，这些丝束152被统称为单个“排列(course)”。连续施加的一组不重叠排列可称为一层。当将层添加至层压体150时，所得到的复合部件的强度有利地增强。
为了确保快速且有效地铺设丝束152，由NC程序控制AFP机100的操作。在一个实施例中，NC程序在逐个排列的基础上提供指令以用于对准/重新定位AFP机100、移动头部180以及将丝束152铺设到层压体150上。以这种方式，通过执行来自NC程序的指令，AFP机100制作用于固化成复合部件的层压体。
虽然AFP机100被示出为在3D空间中铺设复杂的弯曲形状，但是这种过程并非总是最佳有效的。在弯曲表面上移动AFP机100可涉及AFP机100的头部的持续重新定位和重新对准，这减慢了AFP机100。为此，已增强了AFP机100，以与使得层压体能够被铺设为平坦形状(提高铺设速度)的铺设设计系统协作，该平坦形状包括便于成形(例如冲压)为所需3D形状的铺设特征。如文中所用，如果形状、心轴或层压件的高度小于其宽度和/或长度的量的百分之十(例如，小于百分之二)，则可认为该形状、心轴或层压件是“平坦的”。如果形状不是平坦形状，则将其视为3D形状。
图2是图示示例性实施例中与铺设平坦层压体240的AFP机220相互作用的铺设设计系统的框图。在本实施例中，铺设设计系统210包括控制器212，控制器212生成限定用于铺设平坦层压体240的操作的NC程序218。控制器212的NC程序218中包括铺设特征，该铺设特征确保层压体240能够从其当前形状形成(例如模制/冲压)为所需3D形状。控制器212可以实现为例如定制电路、执行编程指令的硬件处理器或其某种组合。铺设设计系统210还包括存储器214，存储器214存储限定用于复合部件的所需3D形状216的数据、以及由控制器212生成的至少一个NC程序218。存储器214可以包括用于存储数据的任何合适的计算机可读介质。
AFP机220基于来自NC程序218的指令将组成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的丝束244铺设到心轴260上。在本实施例中，AFP机220包括致动器和刚性体的运动链222，当末端执行器224铺设丝束244以形成层压体240的层242时，该运动链222操作以定位末端执行器224。还图示了照相机230，照相机230可以包括3D、立体或深度照相机。照相机230可安装到AFP机220或独立受控。基于在铺设期间从照相机230获取的图像219，控制器212可以调整NC程序218中所保持的指令。在完成铺设时，将层压体240从心轴260移除并通过例如在上模具252与下模具254之间对层压体240进行冲压而形成。
将关于图3A-3B讨论铺设设计系统210的操作的说明性细节。对于本实施例，假设设计者已经为铺设设计系统210提供了指示复合部件的所需3D形状的输入。图3A是图示示例性实施例中用于为将形成为3D形状的层压体产生铺设的方法300的流程图。参考图2中的铺设设计系统210描述了方法300的步骤，但是本领域技术人员将理解，方法300可以在其他系统中执行。这里描述的流程图的步骤并非全部包括在内，而是可以包括未示出的其他步骤。本文描述的步骤也可以以替代顺序执行。
对于方法300，控制器212加载限定用于复合部件的3D形状的数据(步骤302)。该数据可以例如在计算机辅助设计(CAD)文件或3D模型文件中指示3D形状/结构的各种特征的尺寸和位置。控制器212还基于3D形状的尺寸识别约束(步骤304)。约束包括例如3D形状的各个部分(例如，拐角)的半径、3D形状上的位置之间的距离等。控制器212模拟将3D形状变平为平面形状(例如，用于铺设成层压体或用作平坦心轴)(步骤306)。该变平模拟或“铺开”预期了3D形状内的材料将如何向外展开成包括多个平面层的平坦图案，并且可包括在材料中设置切口以使材料能够展开。
在铺开期间，可从3D形状提取分段2D形状并用于生成刀具文件。这些刀具文件指示用于从一卷材料切割的一个或多个平坦2D形状。例如，刀具文件可以提供用于切割能够搭接在一起以形成3D形状的层压体的“预浸”块的指令。然而，设计者可能发现，与整体式层压体相比，多片式层压体是不理想的。
在识别了约束且成功地执行将3D形状铺开为平面形状的情况下，控制器212基于约束认为已将铺设特征增添至平面形状。
铺设特征是对平面形状的物理改变，其确保了在将平面形状形成为3D形状期间未形成褶皱。也就是说，铺设特征确保了当将层压体形成复杂3D轮廓时未形成褶皱。在一个实施例中，在心轴260处设置特征，该特征允许铺设在心轴260上的层压体在将层压体形成3D形状期间补偿约束。在进一步的实施例中，控制器212可以将铺开的层压体的各个块/片结合起来以提高强度，同时仍确保所得到的层压体能够形成为所需形状。也就是说，控制器212确保使用CAD软件将在刀具文件中找到的分段2D形状重新联接成代表层压体的大平面形状，将根据由AFP机220进行的一系列所需操作来铺设该层压体。
如此，控制器212不再设计2D形状且然后试图将其转换成复杂的3D轮廓，而是从轮廓复杂的3D CAD结构开始，使其在数字空间内变平，并且确定用于2D层压体的铺设。层压体将用于形成无褶皱的3D结构(“2.5D”铺设)。因此，这种逆向工程方法在整个设计过程中利用了从3D到2D然后再回到3D的变换。
在为层压体形成铺设期间，平面形状被转换成“2.5D”几何形状。该过程涉及了解待制造的3D几何形状的约束。也就是说，在成形期间，在单向带/丝束的褶皱或裂口的预期位置处将特征增添至平面形状，以向所得到的层压体增添材料或从所得到的层压体去除材料。该初始2.5D几何形状经历了3D成形模拟，该3D成形模拟说明了纤维在层压体中的设置和取向。在3D成形模拟期间，分析所得到的层压体的潜在褶皱和由板层滑移/剪切引起的成形困难(例如，大量应力和应变的位置、成形后过量材料所在的位置等)。然后，控制器212基于该信息调整2.5D几何形状，并且迭代地重复进行3D成形模拟和更新2.5D几何形状的过程。也就是说，控制器212迭代地模拟在心轴处设置特征，生成将铺设在心轴上的层压体形成为3D形状的模拟，并且基于由模拟指示的预期褶皱或裂缝来改变特征。
对2.5D几何形状的更新可包括调节铺设在给定位置处的材料的长度、调节用于层压体的一层或多层的纤维取向、向心轴增添表面特征等。在一个实施例中，控制器212通过预测层压体在成形期间将扩展的距离的量并对应于该量向层压体增加丝束长度来增添铺设特征。例如，这些预测可说明板层在平面形状上的多个感兴趣区域中的每一个处沿一个或多个维度的预期剪切(例如板层滑移)。该模拟的多次迭代(随后是调整2.5D几何形状)有助于识别几何形状中应避免褶皱的关键位置。
在知晓了存储在存储器中的所需特征的情况下，控制器212继续获取具有平面形状的心轴(步骤308)。接下来，控制器212在心轴处设置特征，该特征允许铺设在心轴上的层压体在将层压体形成3D形状期间补偿所识别的约束(步骤310)。这可以包括例如物理加工或以其它方式改变心轴。
控制器212还生成NC程序218(步骤312)，NC程序218指导AFP机220将层压体铺设到平坦心轴上。NC程序218包括用于铺设组成材料的丝束以在平面心轴上形成层压体的层的指令，包括特征(例如，心轴或层压体处的补偿特征，这取决于实施例)。这意味着，NC程序218提供用于将层压体铺设到平坦心轴上的指令，而不是使层压体铺设到已经呈现复杂轮廓的3D心轴上。心轴和/或铺设包括基本上不改变心轴的总体平坦形状的特征。例如，所增添的特征可以具有足够小的高度(例如，小于宽度或长度的百分之十)，使得心轴和层压体保持平坦。如此，2.5D几何形状然后可以被转换成用于AFP机的铺设图案，或者可以用于修改心轴以包括确保在成形期间不会形成褶皱的表面特征。
图3B图示了与形成2.5D层压体有关的另一方法350。根据图3B，控制器212指导AFP机220将2D层压体铺设到心轴上，该心轴具有使得板层被铺放从而使得板层之间的预期剪切(例如，在成形期间)已经被构建到2D层压体中的特征(步骤352)。这可以根据NC程序218来执行。接下来，将2D层压体形成(例如冲压)为复杂轮廓的预成型件(步骤354)。当层压体获得所需的3D形状时，该操作执行板层之间的预期剪切。简而言之，平面心轴具有提供用于板层滑移/剪切的材料的特征。因此，当将2.5D铺层形成为3D形状时，实现所需板层滑移所需要的材料是可用的。
在铺设期间，由于AFP机220处的平移不一致、材料的意外变化等，仍可能无法将某些丝束244放置在其所需位置。因此，图4提供了一种用于动态地更新和修改NC程序218以确保快速且有效地解决物理铺设中的差异的方法400。
方法400包括控制器212(经由照相机230)获取在铺设期间由AFP机220放置的丝束244的图像(步骤402)。控制器212还基于所获取的图像确定在铺设期间由AFP机220放置的丝束244的实际位置(步骤404)。控制器212继续将丝束244的实际位置与由NC程序218指示的丝束244的预期位置进行比较(步骤406)。控制器212检测实际位置与预期位置之间的差异(步骤408)，并基于这些差异在铺设期间改变NC程序218(步骤410)。例如，控制器212可以识别由图像描绘的丝束，使丝束与NC程序218中识别的丝束相关联，确定丝束在由NC程序218使用的坐标空间中的实际位置，以及确定是否存在差异。如果差异包括丝束之间的间隙，则控制器212可通过添加将丝束放置在间隙上的指令来改变NC程序以覆盖间隙。如果差异包括具有偏离预期位置的实际位置的丝束，则控制器212可通过基于该偏离修改用于将丝束放置在其它层中的指令来改变NC程序。
当组合使用时，方法300和400使得平坦层压体能够成形为所需的3D形状，而不会过度翘曲、撕裂或损坏层压体内部的碳纤维。此外，这些方法使得设计者能够通过在铺设期间对AFP机的操作进行闭环控制来确保以预期方式铺设层压体。
实例
在以下实例中，以层压体为背景描述了附加过程、系统和方法，该层压体包括允许层压体形成为3D部件而不损坏或翘曲的铺设特征。
图5是图示示例性实施例中的复合部件500的示图。复合部件500包括主体510、上凸缘520和下凸缘530。每个凸缘包括外角542以及内角544，并且这些拐角使上表面550和下表面560纽结。如图5所示，从凸缘的边缘到外拐角的距离(LO)大于从凸缘的边缘到内拐角的距离(LI)。这意味着，如果具有包括如图6所示的大2D轮廓的平面形状620的完全平坦层压体被冲压且然后固化形成复合部件500，则该完全平坦层压体将在区域610内遭遇翘曲。为了解决该问题，如图7所示，图2中的控制器212已经以铺设特征710(例如凸块)的形式将铺设特征增添至层压体720，该铺设特征710设置在心轴730处，从而导致形成2.5D的几何形状。这些特征改变了铺设在区域610中的材料的量，这确保存在足够的材料来说明复合部件500的内拐角和外拐角。这些铺设特征710可以集成到心轴730中，而心轴730的大部分保持平坦，可以通过快速制造技术等以可移除的方式施加到心轴730上。如此，得以铺设板层，其中板层之间的预期剪切(即，板层滑移)已经构建入层压体的形状中。
图8-9是图示示例性实施例中包括用于复合部件的铺设中的转向丝束的铺设特征的示图。转向丝束可铺设在完全平坦心轴730上以形成平面形状，并可以提供额外的材料以使得2.5D层压体810能够在成形期间符合3D曲率。在本实施例中，以使得丝束812沿着心轴820的表面在平面内行进且因此全都具有相同高度的方式来使丝束812转向。
图10是示例性实施例中由层压体形成的3D复合部件1000的示图。图11-12是示例性实施例中用于形成图10中的复合部件1000的层压体1100的视图。具体而言，图11是顶视图，而图12是对应于图11的视图箭头12的剖视图。在本实施例中，层压体1100包括环形突起/脊1120，包括顶峰1125。环形突起1120包括确保层压体1100可形成为与复合部件1000的3D形状匹配的材料。层压体1100还包括中心部分1130和多余区域(例如废料1110)。在层压件1100形成部件1000的过程中，中心部分1130被拉伸，但是通过在环形突起1120中发现的过量材料会来防止撕裂。通过使放置在这些不同区域中的材料的量均衡，可以形成部件1000，而不形成褶皱或裂缝。
更具体地参考附图，可以在如图13所示的飞机制造和维修方法1300和如图14所示的飞机1302的上下文中描述本公开的实施例。在生产前期间，示例性方法1300可包括飞机1302的规格和设计1304以及材料采购1306。在生产期间，进行飞机1302的部件和子组件的制造1308和系统集成1310。此后，飞机1302可以经过认证和交付1312以便投入使用1314。当由客户使用时，安排飞机1302进行例行维修和维护1316(其还可以包括修改、重新配置、翻新等)。本文体现的设备和方法可以在生产和使用方法1300的任何一个或多个适当阶段(例如，规格和设计1304、材料采购1306、部件和子组件制造1308、系统集成1310、认证和交付1312、投入使用1314、维修和维护1316)和/或飞机1302的任何适当组件(例如，机身1318、系统1320、内部1322、推进1324、电气1326、液压1328、环境1330)期间使用。
方法1300的每一个过程可由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实现。为了此描述的目的，系统集成商可包括但不限于任意数量的飞机制造商以及主系统转包商；第三方可包括但不限于任意数量的销售商、转包商和供应商；且运营商可以是航空公司、租赁公司、军方实体、服务组织等。
如图14所示，通过示例性方法1300生产的飞机1302可包括具有多个系统1320和内部1322的机身1318。高级系统1320的实例包括推进系统1324、电气系统1326、液压系统1328和环境系统1330中的一个或多个。可包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空航天实例，但是本发明的原理可应用于其它行业，例如汽车行业。
如上所述，本文体现的设备和方法可在生产和使用方法1300的一个或多个阶段期间使用。例如，与生产阶段1308对应的部件或子组件可以以类似于飞机1302使用期间生产的部件或子组件的方式制作或制造。此外，在生产阶段1308和1310期间，例如通过大幅加快飞机1302的组装或降低飞机1302的成本，可利用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合。类似地，飞机1302在使用时，例如但不限于维修和维护1316，可以使用设备实施例、方法实施例或其组合中的一个或多个。例如，本文描述的技术和系统可用于步骤1306、1308、1310、1314和/或1316，和/或可用于机身1318和/或内部1322。这些技术和系统甚至可以用于系统1320，包括例如推进系统1324、电气系统1326、液压系统1328和/或环境系统1330。
在一个实施例中，层压体240被固化成复合部件，该复合部件包括机身1318的一部分，并且在部件和子组件制造1308期间制造。然后，可将复合部件组装在飞机的系统集成1310中，然后投入使用1314，直至部件被磨损得不能使用。然后，在维修和维护1316中，可以丢弃复合部件并用新制造的部件替换。本文描述的增强铺设设计技术可以用于整个部件和子组件制造1308，以便制造附加复合部件。
图中示出或本文描述的各种控制元件(例如，电气或电子部件)中的任一者可实现为硬件、处理器执行软件、处理器执行固件或其一些组合。例如，元件可以实现为专用硬件。专用硬件元件可称为“处理器”、“控制器”或一些类似的术语。当由处理器提供功能时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些处理器可以共享。此外，明确使用术语“处理器”或“控制器”不应被理解为专门指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或其它电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器、逻辑或某些其它物理硬件部件或模块。
此外，控制元件可以实现为可由处理器或计算机执行以执行元件的功能的指令。指令的一些实例是软件、程序代码和固件。当由处理器执行指令以指导处理器执行元件的功能时，指令是可操作的。指令可以存储在处理器可读的存储装置上。存储装置的一些实例是数字或固态存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。
以下条款中也提及了本发明，这些条款不与权利要求混淆。
A1.一种方法，包括：
加载限定用于复合部件(302)的三维(3D)形状的数据；
基于所述3D形状的尺寸识别约束(304)；
模拟将所述3D形状变平为平面形状(306)；
获取具有所述平面形状的心轴(308)；
在所述心轴处放置特征，该特征允许铺设在所述心轴上的层压体在将所述层压体形成为3D形状期间补偿约束(310)；以及
生成数控(NC)程序，该数控(NC)程序指导自动铺丝(AFP)机铺设层压体，所述NC程序包括用于将组成材料的丝束铺设到具有所述特征的心轴上以形成层压体的层的指令(312)。
A2.还提供了根据段A1所述的方法，还包括：
根据所述NC程序将所述层压体铺设到所述平面心轴上。
A3.还提供了根据段A2所述的方法，还包括：
在完成铺设之后使所述层压体成形。
A4.还提供了根据段A3所述的方法，其中：
使所述层压体成形包括：
将所述层压体放置在互补的成形工具之间；以及
朝向彼此驱动所述成形工具以使所述层压体成形。
A5.还提供了根据段A2所述的方法，还包括：
获取在铺设期间由所述AFP机放置的丝束的图像(402)；
基于所述图像确定在铺设期间由所述AFP机放置的丝束的实际位置(404)；
将丝束的实际位置与由所述NC程序指示的丝束预期位置进行比较(406)；
检测所述实际位置与所述预期位置之间的差异(408)；以及
基于所述差异在铺设期间改变所述NC程序(410)。
A6.还提供了根据段A5所述的方法，其中：
差异包括丝束之间的间隙；并且
改变所述NC程序包括增添指令以将丝束放置在所述间隙上。
A7.还提供了根据段A5所述的方法，其中：
差异包括具有偏离预期位置的实际位置的丝束；并且
改变所述NC程序包括基于所述偏离修改用于将丝束放置在其它层中的指令。
A8.还提供了根据段A5所述的方法，其中：
确定丝束的实际位置包括基于照相机的位置和取向将丝束放置在所述NC程序的坐标空间中的图像中。
A9.还提供了根据段A2所述的方法，还包括：
将所述层压体固化成复合部件。
A10.还提供了根据段A1所述的方法，还包括：
迭代地：
模拟在所述心轴处放置所述特征；
生成将铺设在所述心轴上的层压体形成为3D形状的模拟；以及
基于由模拟指示的预期褶皱或裂缝来改变所述特征。
根据本发明的进一步的方面，提供了：
B1.体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在由处理器执行时可操作以执行方法，该方法包括：
在平面心轴处设置特征，该特征允许铺设在所述心轴上的层压体在将所述层压体形成为3D形状期间补偿与三维(3D)形状对应的约束(步骤310)；以及
生成数控(NC)程序，该数控(NC)程序指导自动铺丝(AFP)机铺设所述层压体，所述NC程序包括用于将组成材料的丝束铺设到包括放置在所述心轴处的特征的所述平面心轴上以形成层压体的层的指令(312)；
根据所述NC程序铺设所述层压体(352)；以及
将所述层压体形成为3D形状(354)。
B2.还提供了根据段B1所述的介质，其中所述方法还包括：
加载限定所述3D形状的数据；
基于所述3D形状的尺寸识别所述约束；
将所述3D形状变平为平面形状；以及
根据所述平面形状制作所述心轴。
B3.还提供了根据段B1所述的介质，其中：
增添所述特征包括增加所述心轴的表面的改变。
B4.还提供了根据段B1所述的介质，其中所述方法还包括：
将所述层压体放置在互补的成形工具之间；以及
在成形期间朝向彼此驱动所述成形工具。
根据本发明的进一步的方面，提供了：
C1.一种系统，包括：
存储器(214)，其存储限定用于复合部件的三维(3D)形状的数据(216)；以及
控制器(212)，其加载所述数据，基于所述3D形状的尺寸识别约束，将所述3D形状变平为平面形状(620)，并且将在所述平面形状处设置特征(710)，该特征(710)允许铺设的层压体(240)在将所述层压体形成为3D形状期间补偿约束，
所述控制器生成数控(NC)程序(218)，该数控(NC)程序指导自动铺丝(AFP)机(100)铺设所述层压体，所述NC程序包括用于铺设组成材料的丝束(244)以形成所述层压体的层(242)的指令。
C2.还提供了根据段C1所述的系统，其中：
所述控制器进一步指导将所述层压体固化成复合部件。
C3.还提供了根据段C1所述的系统，其中：
所述特征包括对其上铺设有所述层压体的平坦心轴的表面的改变。
C4.还提供了根据段C1所述的系统，其中：
所述特征包括丝束(244)，所述丝束在所述层压体的层(242)内转向以增加所述层压体处的材料的量。
C5.还提供了根据段C1所述的系统，其中：
所述控制器通过预测所述平面形状的一部分在成形期间将扩展的距离(LO-LI)的量并将与所述量对应的丝束长度增添至所述平面形状来增添特征。
C6.还提供了根据段C1所述的系统，该系统还包括：
照相机(230)，其获取在铺放期间由所述AFP机放置的丝束(244)的图像(219)，
其中，所述控制器在反馈控制回路中进行以下工作，包括:基于所述图像确定在铺设期间由所述AFP机放置的丝束的实际位置；将所述丝束的实际位置与由所述NC程序指示的丝束的预期位置进行比较；检测所述实际位置与所述预期位置之间的差异；以及基于所述差异在铺设期间改变所述NC程序。
C7.还提供了根据段C6所述的系统，其中：
差异包括丝束之间的间隙；并且
所述控制器通过增添在所述间隙上放置丝束的指令来改变所述NC程序以覆盖所述间隙。
C8.还提供了根据段C6所述的系统，其中：
差异包括具有偏离预期位置的实际位置的丝束；并且
所述控制器通过基于所述偏离修改用于将丝束放置在其它层中的指令来改变所述NC程序。
C9.还提供了根据段C6所述的系统，其中：
所述控制器通过基于所述照相机的位置和取向将图像中描绘的丝束放置在所述NC程序的坐标空间中来确定丝束的实际位置。
根据本发明的进一步的方面，提供了：
D1.一种方法，包括：
通过以下方式形成复合部件：
将二维(2D)层压体铺设到心轴上(352)，所述心轴具有使得板层被铺放从而使得所述板层之间的预期剪切已经被构建到2D层压体中的特征；以及
将所述2D层压体形成为复杂轮廓的预成型件，包括执行所述板层之间的预期剪切(354)。
D2.还提供了根据段D1所述的方法，其中：
所述特征包括丝束，所述丝束在所述层压材料层内转向以增加所述层压体处的材料的量。
D3.还提供了根据段D1其中所述的方法，其中：
所述特征包括增添的丝束长度。
D4.还提供了根据段D1所述的方法，其中：
形成所述层压体包括在互补的成形工具之间冲压所述层压体。
D5.还提供了根据段D1所述的方法，其中：
所述2D层压体是平坦的，并且所述特征包括所述2D层压体中的竖直扰动。
虽然本文描述了具体实施例，但本公开的范围并不限于那些具体实施例。本公开的范围由以下权利要求及其任何等同物限定。

Claims (15)

1.一种用于设计形成为三维形状的平坦复合部件的方法，包括：
加载限定用于复合部件的三维形状的数据(302)；
基于所述三维形状的尺寸识别约束(304)；
模拟将所述三维形状变平为平面形状(306)；
获取具有所述平面形状的心轴(308)；
在所述心轴处设置特征，所述特征允许铺设在所述心轴上的层压体在将所述层压体形成为所述三维形状期间补偿约束(310)；以及
生成数控程序，所述数控程序指导自动铺丝机铺设所述层压体，所述数控程序包括用于将组成材料的丝束铺设到具有所述特征的所述心轴上以形成所述层压体的层的指令(312)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述数控程序将所述层压体铺设到平面的所述心轴上。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在已完成铺设之后使所述层压体成形；
其中：
使所述层压体成形包括：
将所述层压体放置在互补的成形工具之间；以及
朝向彼此驱动所述成形工具以使所述层压体成形。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
获取在铺设期间由所述自动铺丝机放置的丝束的图像(402)；
基于所述图像确定在铺设期间由所述自动铺丝机放置的丝束的实际位置(404)；
将丝束的实际位置与由所述数控程序指示的丝束的预期位置进行比较(406)；
检测所述实际位置与所述预期位置之间的差异(408)；以及
基于所述差异在铺设期间改变所述数控程序(410)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
差异包括丝束之间的间隙；并且
改变所述数控程序包括增添指令以将丝束放置在所述间隙上。
6.根据权利要求4所述的方法，其中
差异包括具有偏离预期位置的实际位置的丝束；并且
改变所述数控程序包括基于所述偏离修改用于将丝束放置在其它层中的指令。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
迭代地：
模拟在所述心轴处设置所述特征；
生成将铺设在所述心轴上的层压体形成为所述三维形状的模拟；以及
基于由模拟指示的预期褶皱或裂缝来改变所述特征。
8.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在由处理器执行时能操作以执行方法，该方法包括：
在平面心轴处设置特征，该特征允许铺设在所述心轴上的层压体在将所述层压体形成为三维形状期间补偿与所述三维形状对应的约束(310)；以及
生成数控程序，所述数控程序指导自动铺丝机铺设所述层压体，所述数控程序包括用于将组成材料的丝束铺设到包括放置在所述心轴处的所述特征的所述平面心轴上以形成所述层压体的层的指令(312)；
根据所述数控程序铺设所述层压体(352)；以及
将所述层压体形成为所述三维形状(354)。
9.根据权利要求8所述的介质，其中，所述方法还包括：
加载限定所述三维形状的数据；
基于所述三维形状的尺寸识别所述约束；
将所述三维形状变平为平面形状；以及
根据所述平面形状制作所述心轴。
10.根据权利要求8所述的介质，其中，所述方法还包括：
将所述层压体放置在互补的成形工具之间；以及
在成形期间朝向彼此驱动所述成形工具。
11.一种用于设计形成为三维形状的平坦复合部件的系统，包括：
存储器(214)，所述存储器存储限定用于复合部件的三维形状的数据(216)；以及
控制器(212)，所述控制器加载所述数据，基于所述三维形状的尺寸识别约束，将所述三维形状变平为平面形状(620)，并且将在所述平面形状处设置特征(710)，所述特征允许铺设的层压体(240)在将所述层压体形成为所述三维形状期间补偿所述约束，
所述控制器生成数控程序(218)，所述数控程序指导自动铺丝机(100)铺设所述层压体，所述数控程序包括用于铺设组成材料的丝束(244)以形成所述层压体的层(242)的指令。
12.根据权利要求11所述的系统，其中
所述特征包括对上面铺设有所述层压体的平坦心轴的表面的改变。
13.根据权利要求11所述的系统，其中
所述特征包括丝束(244)，所述丝束在所述层压体的层(242)内转向以增加所述层压体处的材料的量。
14.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述控制器通过预测所述平面形状的一部分在成形期间将扩展的距离(LO-LI)的量，并且将与所述量对应的丝束长度增添至所述平面形状来增添特征。
15.根据权利要求11所述的系统，还包括：
照相机(230)，所述照相机获取在铺放期间由所述自动铺丝机放置的丝束(244)的图像(219)，
其中，所述控制器在反馈控制回路中进行以下工作，包括：基于所述图像确定在铺设期间由所述自动铺丝机放置的丝束的实际位置；将丝束的实际位置与由所述数控程序指示的丝束的预期位置进行比较；检测所述实际位置与所述预期位置之间的差异；以及基于所述差异在铺设期间改变所述数控程序。
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