CN109476054A - 包括用于形成材料的加压壳体的方法和系统 - Google Patents

包括用于形成材料的加压壳体的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于形成材料的系统，其包括壳体。所述壳体包括限定内部空间的至少一个壁。所述壳体构造成在内部空间中容纳加压流体。该系统还包括构造成使材料成形的至少一个工具。所述至少一个工具能够沿着从壳体外部的第一位置至至少部分地位于内部空间内的第二位置的路径运动。该系统还包括至少部分地在至少一个工具的路径中延伸的膜。

Description

包括用于形成材料的加压壳体的方法和系统
技术领域
本申请的领域大致涉及用于形成材料的方法和系统，例如包括便于形成层叠材料的加压壳体的方法和系统。
背景技术
至少一些已知系统用于形成材料，例如将层叠材料的材料形成为复合层压部件。层叠材料包括提供具有改进的工程性能的复合层压部件的多层或多板层复合材料。例如，层叠材料包括以下材料中任一种的层：预浸料坯、干织物、碳纤维织物、粘结织物、离型膜、衬纸、真空膜、衬垫、膜片、碳纤维、玻璃、比如为聚酰亚胺和聚乙烯的聚合物纤维、陶瓷基质复合材料、碳化硅以及氧化铝。在至少一些系统中，层叠材料邻近工具定位并且被迫抵靠工具以使层叠材料成形为部件形状。在一些系统中，膜被用于便于使层叠材料成形。膜在层叠材料和/或工具之上延伸并且以受控方式定位成使得工具使层叠材料成形。
在至少一些已知系统中，工具具有复杂的几何形状，比如悬突、底切、凹形表面和凸形表面。然而，膜桥接在这些复杂几何形状之上，并且不使得层叠材料充分地压实。因此，层叠材料不能在邻近于这些复杂几何形状附近适当地形成。因此，需要额外的处理，比如压实，以将层叠材料恰当地形成为所需部件。
发明内容
在一个方面，提供一种用于形成材料的系统。该系统包括壳体。所述壳体包括限定内部空间的至少一个壁。所述壳体构造成在内部空间中容纳加压流体。该系统还包括构造成使材料成形的至少一个工具。所述至少一个工具能够沿着从壳体外部的第一位置至至少部分地位于内部空间内的第二位置的路径运动。该系统还包括至少部分地在至少一个工具的路径中延伸的膜。
在另一个方面，提供一种用于形成层叠材料的系统。该系统包括壳体。所述壳体限定内部空间和构造成便于通向内部空间的开口。所述壳体包括底壁和连接至所述底壁的侧壁。该系统还包括构造成使层叠材料成形的至少一个工具和邻近开口延伸的膜。至少一个工具构造成沿着至少部分地延伸通过开口的路径运动，使得至少一个工具至少部分地延伸到内部空间内。该系统还包括构造成向内部空间提供加压流体的加压流体源。所述加压流体将所述膜引向所述至少一个工具。
在又一个方面，提供一种形成工件的方法。该方法包括将工具定位在限定内部空间的壳体附近。该方法还包括将所述工件至少部分地定位在所述工具与内部空间之间，以及将膜至少部分地定位在所述工件与所述内部空间之间。该方法还包括对所述内部空间加压，将膜引向层叠材料和工具。该方法还包括将所述工具朝向所述壳体运动，使得所述工具至少部分地运动到内部空间内。该方法还包括利用所述工具使所述工件成形。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时将更好地理解本申请的这些以及其他特征、方面和优点，其中，相同的符号在全部附图中代表相同的零件，其中：
图1是用于形成层叠材料的示例性系统的示意性侧视图，该系统配置有位于第一位置的工具；
图2是图1所示的系统的示意性侧视图，该系统配置有位于第二位置的工具；
图3是用于形成包括加强件的层叠材料的示例性系统的示意性侧视图；
图4是用于利用多个工具形成层叠材料的示例性系统的示意性侧视图；
图5是用于利用加压流体形成层叠材料的示例性系统的示意性俯视图；
图6是用于形成层叠材料的示例性系统的立体图；
图7是图6所示的系统的俯视图，该系统包括用于定位层叠材料的对准机构；
图8是图6所示的系统的俯视图，该系统包括层叠材料位于对准机构上；
图9是图6所示的系统的一部分的立体图；
图10是图6所示系统的工具的旋转的示意性侧视图；以及
图11是用于利用成形介质形成层叠材料的示例性系统的示意性侧视图。
除非另有说明，本文中提供的附图用于说明本申请的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本申请的一个或多个实施例的各种系统。这样，附图并非旨在包括对于实施本文中公开的实施例所需的本领域普通技术人员已知的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将对多个术语做出参考，这些术语应被定义为具有以下含义。
单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数参照，除非上下文中明确地相反限定。
“可选择的”或“可选择地”指的是可能出现或可能不出现的随后说明的事件或情况，并且说明书包括发生事件的情况和不发生事件的情况。
如本文中在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可被用于修饰任何定量表示，定量表示可以在不引起其相关基本功能变化的情况下可容许地改变。因此，通过比如为“大约”、“大致”和“基本”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况中，近似措辞可以对应于用于测量数值的器械的精度。在此以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制可以组合和/或互换，这些范围被标识并且包括包含在其中的所有次范围，除非上下文或措辞上相反地表示。
如本文中所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”不仅仅限于本领域指代计算机的那些集成电路，而是宽泛地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其他可编程电路，这些术语在此可互换地使用。在本文所述的实施例中，存储器可以包括但不限于比如为随机存贮器(RAM)的计算机可读介质、比如为闪速存储器的计算机可读非易失介质。可替代地，也可以使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数码影碟(DVD)。此外，在本文所述的实施例中，附加输入通道可以是但不限于与比如为鼠标和键盘的操作人员接口相关的计算机外围设备。可替代地，还可以采用其他计算机外围设备，可以包括例如但不限于扫描器。此外，在示例性实施例中，附加输出通道可以包括但不限于操作人员接口监视器。
此外，如本文中所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的存储在存储器中的任何计算机程序。
如本文所使用的，术语“非暂时计算机可读介质”旨在表示以用于短期和长期存储比如为计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或任何装置中的其他数据的信息的任何技术方法实现的基于任何有形计算机的装置。因此，本文中说明的方法可被编码为编入包括但不限于存储装置和/或记忆装置的有形非暂时计算机可读介质中的可执行指令。这些指令当被处理器执行时使得处理器执行本文中说明的方法的至少一部分。此外，如本文中所使用的，术语“非暂时计算机可读介质”包括所有有形计算机可读介质，包括但不限于非暂时计算机存储装置，包括但不限于易失和非易失介质，以及可擦除和不可擦除介质，比如固件、实体和虚拟存储器、CD-ROM、DVD以及任何其他数字信源，比如网络或因特网，以及尚未研发的数字装置，唯一例外是瞬变传播信号。
本文中说明的系统包括便于将材料形成为部件的膜。该系统还包括限定内部空间的壳体和定位在内部空间上方的工具。所述膜至少部分地定位在所述内部空间与所述工具之间。所述工具能够在系统的操作期间运动到所述壳体的内部空间内。所述壳体被加压以在工具运动到内部空间内时将所述膜引向所述工具。因此，膜引起材料与工具之间的接触，邻近工具的复杂几何形状以便于使材料成形为部件。
图1是用于形成工件的系统100的侧视图，该系统配置有位于第一位置的工具。图1包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。图2是系统100的侧视图，其中工具104位于第二位置。图2包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。在示例性实施例中，工件包括层叠材料102。在可替代实施例中，工件包括使系统100能够如本文所述地操作的任何材料。
系统100包括工具104、壳体106、膜108、温度控制单元110、控制器112和加压流体源114。所述壳体106包括底壁116、顶壁118以及在底壁116与顶壁118之间延伸的侧壁120。所述底壁116、所述顶壁118和所述侧壁120限定内部空间122并且构造成在内部空间122中容纳加压流体115。在示例性实施例中，侧壁120连接至底壁116和顶壁118，使得侧壁120基本垂直于底壁116和顶壁118。此外，底壁116为基本矩形，侧壁120围绕底壁116的周长延伸。因此，壳体106为基本盒形。在可替代实施例中，壳体106具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，省略顶壁118。在另外的实施例中，底壁116、顶壁118和侧壁120中的至少一个倾斜成便于控制膜108的运动。
在示例性实施例中，顶壁118包括面向内部空间122的内部表面124和与内部表面124相对的外部表面126。顶壁118设有便于通向内部空间122的开口128。开口128的尺寸设计成便于工具104运动通过开口128并且减少邻近开口128的膜108的拉伸。膜108连接至顶壁118并且邻近开口128延伸。具体地，膜108延伸跨过壳体106的内部上的开口128。层叠材料102还连接至邻近开口128的顶壁118。膜108和层叠材料102初始地彼此间隔开并且连接至顶壁118的相对侧。具体地，膜108连接至内部表面124，层叠材料102连接至外部表面126。在可替代实施例中，层叠材料102和膜108以使系统100能够如本文所述地操作的任何方式定位。例如，在一些实施例中，层叠材料连接至工具104。
此外，在示例性实施例中，底壁116包括孔板130。孔板130便于内部空间122与壳体106的外部之间的气流132。特别地，孔板130设有用于通过孔板130的气流132的多个开口134。加压流体源114与开口134流动连通地连接以控制通过孔板130的气流132。特别地，加压流体源114通过开口134提供加压流体115以加压内部空间122。加压流体115具有大于包围壳体106的周围环境的压力的压力。例如，在一些实施例中，加压流体115具有大约1千帕(kPa)(0.15磅/平方英寸(psi))与大约690kPa(100psi)之间的压力。在可替代实施例中，系统100利用使系统100能够如本文所述地操作的任何气流132。例如，在一些实施例中，气流132被从周围环境吸引并且被导入内部空间122内以在内部空间122中产生正压力。在示例性实施例中，加压流体源114包括保持比如为压缩气体的加压流体的储罐。在可替代实施例中，系统100包括使系统100能够如本文中所述地操作的任何加压流体源114。例如，在一些实施例中，加压流体源114包括压缩机。
另外，在示例性实施例中，开口134遍及孔板130均匀地间隔开，使得通过孔板130的气流132基本均匀。为了便于控制内部空间122的环境，膜108至少部分地密封开口128，使得除开口134以外，壳体106基本气密。在可替代实施例中，壳体106包括使系统100能够如本文所述地操作的任何开口134。在另外的实施例中，省略开口134。
此外，在示例性实施例中，工具104构造成使层叠材料102成形为具有所需形状的部件。例如，在一些实施例中，非限制地，工具104使层叠材料成形为以下中的任一种：几何成形结构、包括底切的部件、翼型件、涡轮部件、外壳(shell)、加强元件、外壳(skin)、导叶、附连夹片、L形框架、Z形框架、Ω形框架、U形框架和成形框架。在可替代实施例中，工具104具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
层叠材料102包括多层或多板层复合材料。在可替代实施例中，层叠材料102包括使系统100能够如本文所述地操作的任何层。例如，在一些实施例中，层叠材料102包括以下材料中任一种的层：预浸料坯、干织物、碳纤维织物、粘结织物、离型膜、衬纸、真空膜、衬垫、膜片、碳纤维、玻璃、比如为聚酰亚胺和聚乙烯的聚合物纤维、陶瓷基质复合材料、碳化硅以及氧化铝。
此外，在示例性实施例中，工具104能够相对于壳体106沿着路径136在第一位置与第二位置之间运动。在第一位置，如图1所示，工具104布置在壳体106上方。在第二位置，如图2所示，工具104延伸通过开口128并且至少部分地延伸到内部空间122中。移位机构138构造成使工具104在第一位置与第二位置之间运动/移动。移位机构138沿Z轴方向线性地运动以使工具104相对于壳体106运动。在可替代实施例中，移位机构138具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，移位机构138使工具104在第一位置与第二位置之间运动的速度是可调节的。
此外，在示例性实施例中，膜108在位于工具104与壳体106之间的路径136中延伸。膜108是柔性片状结构并且是至少部分弹性的。当工具104处于第一位置时，膜108与工具104间隔开最小距离140。膜108连接至顶壁118，使得膜108在工具104运动至内部空间122中的第二位置时保持张紧。加压流体115将膜引向工具104并且便于保持膜108处于张紧状态。该张紧便于膜108以受控方式运动并且均匀地接触物体。当工具104运动到内部空间122内时，膜108伸展。在可替代实施例中，膜108具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，膜108包括气囊和/或隔膜结构。在另外的实施例中，膜108具有变化的厚度以向膜108的部分提供附加强度和/或便于层叠材料102接触邻近复杂几何形状的工具104。在一些实施例中，系统100包括多个膜108。
膜108由使系统100能够如本文所述地操作的任何材料形成。例如，在一些实施例中，非限制地，膜108由以下可拉伸材料中的任一种形成：硅树脂、橡胶、离型膜、真空膜及其组合。在示例性实施例中，膜108是弹性的，使得膜108被反复地拉伸。在可替代实施例中，膜108构造成仅用于单次使用。
在系统100的操作期间，加压流体源114在内部空间122内产生正压力，以保持膜108张紧并且将膜108引向层叠材料102和工具104。控制器112控制加压流体源114以调节内部空间122的压力并且由此控制膜108的运动/移动。另外，在形成层叠材料102之后，加压流体源114减小内部空间122中的压力以使得膜108运动以远离层叠材料102和工具104。在可替代实施例中，膜108构造成以使系统100能够如本文所述地操作的任何方式运动。例如，在一些实施例中，偏置构件连接至膜108以便于膜108的受控运动。
当工具104沿着路径136运动到内部空间122内时，工具104接触层叠材料102，层叠材料102接触膜108。在可替代实施例中，膜108接触系统100的使系统100能够如本文中所述地操作的任何部件。在一些实施例中，层叠材料102包括用于膜108接触的衬垫(未示出)。衬垫阻止膜108直接接触层叠材料102的部分。在一些实施例中，在形成层叠材料102之后去除衬垫。在进一步的实施例中，衬垫包括在系统100的使系统100能够如本文中所述地操作的任何部件中，包括膜108。
当工具104运动通过开口128时，膜108抵制工具104的运动/移动。膜108的可拉伸特性允许膜108围绕工具104拉伸并且与工具104的形状基本相符。此外，正压力保持膜108张紧并且将所述膜108引向复杂几何形状的工具104。因此，膜108引起层叠材料102与工具104之间的接触。特别地，膜108引起层叠材料102与工具104之间的邻近工具104的复杂几何形状的接触，以便于工具104使层叠材料102成形。
在示例性实施例中，温度控制单元110在系统100的操作期间将内部空间122保持在所需温度。在一些实施例中，温度控制单元110包括加热源和/或冷却源以提高和/或降低内部空间122的温度，并且由此控制层叠材料102的可塑性。加热源和/或冷却源设置在壳体106的内部、设置在壳体106的外部和/或集成到壳体106内。在可替代实施例中，工具104通过温度控制单元110和加热源和/或冷却源保持在所需温度。在进一步的实施例中，温度控制单元110包括温度控制包壳，比如烘箱或冷却器，并且壳体106至少部分地定位在温度控制包壳内。在可替代实施例中，温度控制单元110具有使系统100能够如本文中所述地操作的任何构造。
此外，在示例性实施例中，控制器112控制加压流体源114和移位机构138。在一些实施例中，控制器112控制系统100的任何部件以便于形成过程的自动化。例如，在一些实施例中，控制器112控制定位构件(未示出)以定位层叠材料102。在进一步的实施例中，控制器112控制加强件204的定位(图3所示以及以下进一步说明的)。在可替代实施例中，控制器112具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
图3是用于形成包括加强件204的层叠材料202的系统200的示意性侧视图。图3包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统200包括加强件204、壳体206、工具208和膜210。工具208能够相对于壳体206在第一位置与第二位置之间运动。壳体206包括顶壁212、底壁214、侧壁216和布置在底壁214上的孔板218。壳体206限定内部空间220并且构造成在内部空间220中容纳加压流体。在可替代实施例中，壳体206具有使系统200能够如本文所述地操作的任何构造。
在示例性实施例中，顶壁212包括内部表面213和与内部表面213相对的外部表面215。顶壁212设有开口217。膜210连接至顶壁212并且邻近开口217延伸。层叠材料202也邻近开口217连接至顶壁212。具体地，膜210连接至顶壁212的内部表面213，并且层叠材料202连接至顶壁212的外部表面215。在可替代实施例中，层叠材料202和膜210以使系统200能够如本文所述地操作的任何方式定位。例如，在一些实施例中，层叠材料202连接至工具208。
此外，在示例性实施例中，加强件204定位在膜210与层叠材料202之间，使得当工具208运动到壳体206内时加强件204对层叠材料202施加力。在一些实施例中，衬垫定位在加强件204与层叠材料202之间。在示例性实施例中，加强件204包括多个本体222和将本体222连接在一起的支承件224。特别地，加强件204包括各自对应于工具208的一部分的形状的两个本体222。支承件224是柔性的并且便于在工具208运动时定位加强件204。在可替代实施例中，加强件204具有使系统200能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，加强件204包括一个本体222。在进一步的实施例中，加强件204包括不通过支承件224连接在一起的多个本体222。
此外，在示例性实施例中，加强件204能够定位在多个位置之间。特别地，加强件204从与工具208间隔开的位置运动至加强件204接触层叠材料202的位置，从而以所需压力对着工具208按压层叠材料202。例如，在第一位置中，加强件204不对着层叠材料202施加相当大的力。在第二位置中，加强件204使层叠材料202被压实。在可替代实施例中，加强件204能够定位在使系统200能够如本文所述地操作的任何位置中。在一些实施例中，加强件204包括比如为弹簧的偏置机构，以便于加强件204的运动。
在系统200的操作期间，在内部空间220中产生正压力，将所述膜210引向层叠材料202和工具208。工具208从壳体206上方的第一位置运动至至少部分地位于内部空间220中的第二位置。当工具208运动到内部空间220中时，膜210接触层叠材料202、工具208和加强件204。当膜210接触加强件204时，加强件204朝向工具208和层叠材料202运动/移动。加强件204构造成对着工具208按压层叠材料202，使得层叠材料202被压实。加强件204构造成在沿X轴、Z轴和Y轴的方向上运动，使得加强件204在预定位置处接触层叠材料202。特别地，加强件204引起对着层叠材料202的邻近工具208上的复杂几何形状的部分的力，以便于工具208使层叠材料202成形。
参照图1-3，形成层叠材料102的方法包括将工具104定位在限定内部空间122的壳体106的上方。层叠材料102至少部分地定位在工具104与内部空间122之间，并且膜108至少部分地定位在层叠材料102与内部空间122之间。内部空间122被加压，使得膜108被引向层叠材料102和工具104。在一些实施例中，加压流体115提供至内部空间122以加压内部空间122。在进一步的实施例中，膜108连接至内部表面124，使得膜108将内部空间122从周围环境基本密封。该方法还包括将工具104朝向壳体106运动，使得工具104至少部分地下降到壳体106的内部空间122内。在一些实施例中，工具104运动通过顶壁118中的开口128。该方法进一步包括利用工具104使层叠材料102成形。在一些实施例中，使加强件204运动，使得层叠材料102在预定位置处被压制。在进一步的实施例中，工具104和内部空间122中的至少一者被加热以便于利用工具104使层叠材料102成形。
图4是用于利用多个工具304形成层叠材料302的系统300的示意性侧视图。图4包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统300包括工具304、壳体306和膜310。壳体306包括顶壁312、底壁314、连接至底壁314的侧壁316以及布置在底壁314上的孔板318。壳体306限定内部空间320。在系统300的操作期间，在内部空间320中产生正压力，使得膜310被引向层叠材料302和工具304。工具304能够在壳体306上方和外部的第一位置与内部空间320中的第二位置之间运动。当工具304运动到内部空间320中时，膜310接触层叠材料302和工具304。在一些实施例中，工具304独立地运动。
在示例性实施例中，顶壁312包括内部表面313和与内部表面313相对的外部表面315。顶壁312限定用于容纳工具304的开口317。膜310连接至顶壁312并且邻近开口317延伸。层叠材料302也邻近开口317连接至顶壁312。在层叠材料302形成之前，层叠材料302和膜310彼此间隔开并且连接至顶壁312的相对侧。具体地，膜310连接至顶壁312的内部表面313，层叠材料302连接至顶壁312的外部表面315。在可替代实施例中，层叠材料302和膜310以使系统300能够如本文所述地操作的任何方式定位。例如，在一些实施例中，系统300包括多个膜310。
在系统300的操作期间，工具304从第一位置运动至第二位置。当工具304运动时，工具304进入相应的开口317内并且接触层叠材料302。此外，当工具304运动时，膜310接触层叠材料302和工具304以便于工具304使层叠材料302成形。壳体306中的增压便于膜310保持张紧并且对着工具304按压层叠材料302。因此，系统300由层叠材料302形成多个部件。在可替代实施例中，系统300形成任何数量的部件。
图5是用于利用加压流体404形成层叠材料402的系统400的示意性俯视图。系统400包括壳体406、工具408、膜410和流体输送系统412。壳体406限定内部空间414和提供通向内部空间414的通道的开口416。膜410邻近开口416延伸。流体输送系统412以正压力向内部空间414提供流体404，使得膜410被引向层叠材料402和工具408。在可替代实施例中，系统400具有使系统400能够如本文所述地操作的任何构造。
在示例性实施例中，流体输送系统412包括流体供给管线418、进口调节器420、进口阀422、加热器424、泄压阀426、压力计428、出口调节器430和流体出口管线432。流体输送系统412向内部空间414供给加压流体404并且将内部空间414中的加压流体404保持在所需压力。特别地，加压流体404具有大于包围壳体406的周围环境的压力的压力。例如，在一些实施例中，加压流体404具有在大约1kPa(0.15psi)与大约690kPa(100psi)之间的压力。在示例性实施例中，加压流体404供给至内部空间414，使得内部空间414在层叠材料402的形成期间保持在大约172kPa(25psi)的压力下。在可替代实施例中，加压流体404以使系统400能够如本文中所述地操作的任何压力提供至内部空间414。
在系统400的操作期间，加压流体404从流体源(未示出)流动通过流体供给管线418并且流入内部空间414内。加压流体404通过流体出口管线432流出内部空间414。在进入内部空间414之前，加压流体404通过加热器424加热至所需温度。因此，内部空间414中的加压流体404与周围环境相比具有升高的温度。例如，在一些实施例中，供给到内部空间414的加压流体404的温度在大约38摄氏度(℃)(100华氏度(℉))至大约149℃(300℉)的范围内。在进一步的实施例中，在已经形成层叠材料402之后降低加压流体404的温度。此外，壳体406绝热以便于将内部空间414保持在所需温度。在可替代实施例中，加压流体404具有使系统400能够如本文所述地操作的任何温度。
在示例性实施例中，进口调节器420和进口阀422控制供给到内部空间414的加压流体404。出口调节器430控制通过流体出口管线432从内部空间414排出的加压流体404。如果内部空间414内部的压力超过确定量，则泄压阀426提供泄压出口。压力计432对于操作人员提供压力读数以监控加压流体404的压力。在可替代实施例中，流体输送系统412包括使系统400能够如本文所述地操作的任何阀、调节器和量表。
图6是用于形成层叠材料502的系统500的立体图。系统500包括壳体506、工具508和膜510(图7所示)。壳体506限定内部空间512和提供通向内部空间512的通道的开口514。在系统500的操作期间，工具508通过开口514下降到内部空间512内。膜510(图7所示)和层叠材料502邻近开口514延伸。因此，当工具508运动通过开口514时，工具508接触层叠材料502，并且层叠材料502接触膜510(图7所示)。因此，工具508使层叠材料502成形。此外，膜510(图7所示)引起层叠材料502与工具508之间的邻近工具508的复杂几何形状的接触，以便于工具508使层叠材料502成形。在可替代实施例中，系统500具有使系统500能够如本文所述地操作的任何构造。
图7是包括用于定位层叠材料502的对准机构504的系统500的俯视图。图8是具有定位在对准机构504上的层叠材料502的系统500的俯视图。图9是系统500的一部分的立体图。在示例性实施例中，对准机构504邻近开口514延伸并且相对于工具508对准层叠材料502以便于使层叠材料502成形。特别地，对准机构504包括面对工具508的成形表面516。成形表面516包括用于容纳层叠材料502的凹槽。此外，成形表面516的至少一部分具有匹配工具508的轮廓的轮廓，以便于当工具508下降通过开口514时层叠材料502均匀地接触工具508。在可替代实施例中，对准机构504具有使系统500能够如本文所述地操作的任何构造。在进一步的实施例中，省略对准机构504。
图10是系统500的工具508的旋转的示意性侧视图。工具508在支腿518之间延伸并且与顶板520间隔开。旋转机构522连接至顶板520并且延伸通过支腿518之一以使得工具508旋转。在示例性实施例中，工具508至少部分地形成芯轴。当工具508运动到内部空间512中时，层叠材料502围绕工具508形成。工具508的旋转便于对着工具508的不同表面形成层叠材料502。在一些实施例中，当工具508朝向壳体506下降时，工具508旋转。在进一步的实施例中，工具508在旋转期间保持在相同的竖直位置。在可替代实施例中，工具508具有使工具508能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，工具508包括使工具508相对于顶板520运动的深度控制单元。
图11是用于利用成形介质604形成层叠材料602的系统600的示意性侧视图。系统600包括壳体606、工具608和膜610。壳体606限定内部空间612和提供通向内部空间612的通道的开口614。膜610邻近开口614延伸。系统600还包括调节工具608的温度的温度控制单元616。在可替代实施例中，系统600具有使系统600能够如本文所述地操作的任何构造。
在示例性实施例中，成形介质604基本填充内部空间612并且支承膜610。在一些实施例中，负压力或正压力施加于成形介质604以改变成形介质604的状态并且使得成形介质604将膜610引向层叠材料602和工具608。在可替代实施例中，系统600包括使系统600能够如本文中所述地操作的任何成形介质604。
在系统600的操作期间，工具608通过开口614下降到内部空间612中。因此，工具608接触层叠材料602，并且层叠材料602接触膜610。成形介质604抵制膜610的运动并且引起在层叠材料602和工具608中的力。因此，工具608使层叠材料602成形。此外，成形介质604和膜610引起层叠材料602与工具608之间的邻近工具608的复杂几何形状的接触，以便于工具608使层叠材料602成形。
以上说明的系统包括便于将层叠材料形成为部件的膜。该系统还包括限定内部空间的壳体和定位在内部空间上方的工具。膜至少部分地定位在内部空间与工具之间。工具能够在系统的操作期间运动到壳体的内部空间内。壳体被加压以在工具运动到内部空间中时将所述膜引向所述工具。因此，膜引起层叠材料与工具之间的邻近工具的复杂几何形状的接触，以便于使层叠材料成形为部件。
本文中说明的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下至少之一：(a)提高用于形成层叠材料的系统的操作效率；(b)使由层叠材料形成的部件能够具有复杂几何形状；(c)降低形成层叠材料的成本；(d)提高用于形成层叠材料的系统的可靠性；(e)使层叠材料能够在形成期间压实；(f)降低形成层叠材料所需的成本和时间；以及(g)简化用于层叠材料的形成过程。
一些实施例涉及一个或多个电子或计算装置的使用。这些装置一般包括处理器或控制器，比如通用中央处理单元(CPU)；图形处理单元(GPU)；微控制器；现场可编程门阵列(FPGA)；简化指令系统计算机(RISC)处理器；专用集成电路(ASIC)；可编程序逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文中说明的功能的任何其他电路或处理器。在一些实施例中，本文中说明的方法编码为编入计算机可读介质中的可执行指令，计算机可读介质包括但不限于存储装置和/或记忆装置。这些指令当被处理器执行时使得处理器执行本文中说明的方法的至少一部分。上述例子仅是例示，因此并非旨在以任何方式限制术语处理器的定义和/或意思。
如上详细地说明了用于形成层叠材料的系统的示例性实施例。系统以及操作和制造所述系统的方法不局限于本文中描述的特定实施例，而是系统的部件和/或方法的步骤可被独立于和单独于本文中描述的其他部件和/或步骤而被使用。例如，方法还可以与其他形成系统结合使用，并且不限于仅与如本文中说明的系统和方法一起实践。相反地，示例性实施例可以与用于形成材料的许多其他应用结合实施和使用。
尽管本发明的各个实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，这仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征均可以与任何其他附图的任何特征组合参照和/或请求保护。
该书面说明书利用示例以公开实施例，包括最佳方式，并且还使本领域技术人员能够实施实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有并非不同于权利要求的字面语言的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这些其他示例意为在权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种用于形成材料的系统，所述系统包括：
壳体，其包括限定内部空间的至少一个壁，所述壳体构造成在所述内部空间中容纳加压流体；
至少一个工具，其构造成使所述材料成形，所述至少一个工具能够沿着从所述壳体外部的第一位置至至少部分地位于所述内部空间内的第二位置的路径运动；以及
膜，其至少部分地在所述至少一个工具的所述路径中延伸。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜是可拉伸的并且至少部分地在所述内部空间内延伸。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体包括底壁、顶壁以及连接至所述底壁和所述顶壁的侧壁，所述顶壁限定开口，所述至少一个工具的所述路径延伸穿过所述开口。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述顶壁包括内部表面和与所述内部表面相对的外部表面，所述内部表面至少部分地限定所述内部空间，所述外部表面用于容纳所述材料，所述内部表面用于容纳所述膜。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具在所述第一位置定位在所述壳体上方。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加压流体的压力大于所述壳体外部以及邻近所述壳体的周围环境的压力。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，所述控制器构造成控制所述至少一个工具的运动。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括加压流体源，所述加压流体源构造成向所述内部空间提供加压流体，所述加压流体将所述膜引向所述至少一个工具。
9.一种用于形成材料的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定内部空间和构造成便于通向所述内部空间的开口，所述壳体包括底壁和连接至所述底壁的侧壁；
至少一个工具，所述至少一个工具构造成使所述材料成形，所述至少一个工具构造成相对于所述壳体运动，所述至少一个工具构造成沿着至少部分地延伸通过所述开口的路径运动，使得所述至少一个工具至少部分地延伸到所述内部空间内；
膜，所述膜邻近所述开口延伸；以及
加压流体源，所述加压流体源构造成向所述内部空间提供加压流体，所述加压流体将所述膜引向所述至少一个工具。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具设置在所述壳体上方并且构造成朝向所述壳体下降并且通过所述开口。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括引起所述至少一个工具旋转的旋转机构。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述壳体还包括连接至所述侧壁的与所述底壁相对的顶壁，所述顶壁限定所述开口。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述顶壁包括内部表面和与所述内部表面相对的外部表面，所述内部表面至少部分地限定所述内部空间，所述外部表面用于容纳所述材料，并且所述内部表面用于容纳所述膜。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具包括第一工具和第二工具，所述壳体设有用于容纳所述第一工具的第一开口和用于容纳所述第二工具的第二开口。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括加热源，所述加热源用于加热所述至少一个工具和所述内部空间中的至少一者，以便于利用所述至少一个工具使所述材料成形。
16.一种形成工件的方法，所述方法包括：
将工具定位在限定内部空间的壳体附近；
将所述工件至少部分地定位在所述工具与所述内部空间之间；
将膜至少部分地定位在所述工件与所述内部空间之间；
对所述内部空间加压，将膜引向所述工件和所述工具；
将所述工具朝向所述壳体运动，使得所述工具至少部分地运动到所述内部空间内；以及
利用所述工具使所述工件成形。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述工件包括层叠材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，对所述壳体的所述内部空间加压包括从加压流体源向所述内部空间提供加压流体。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，使所述工具朝向所述壳体运动使得所述工具下降到所述内部空间内包括使所述工具运动通过由所述壳体的顶壁限定的开口。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，将膜至少部分地定位在所述层叠材料与所述内部空间之间包括将所述膜连接至所述壳体的内部表面，使得所述膜将所述内部空间从所述周围环境基本密封。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括加热所述工具和所述内部空间中的至少一者以便于利用所述工具使所述层叠材料成形。
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