CN109562577B - 用于形成层叠材料的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于形成层叠材料的系统，其包括限定内部空间的壳体。所述壳体包括底壁和连接至所述底壁的侧壁。至少一个工具构造成使层叠材料成形。所述至少一个工具布置在内部空间内。膜至少部分地在底壁之上延伸并且与所述底壁间隔开一定距离。膜构造成朝向所述底壁运动。至少一个加强机构设置在内部空间中，并且构造成当膜朝向底壁运动时对所述层叠材料的一部分以及至少一个工具施加力。

Description

用于形成层叠材料的系统和方法
技术领域
本申请的领域大致涉及用于形成层叠材料的系统，并且更具体地涉及包括便于形成层叠材料的膜的系统。
背景技术
至少一些已知系统用于将层叠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、干燥织物、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对着工具迫压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，提供一种用于形成层叠材料的系统。该系统包括限定内部空间的壳体。所述壳体包括底壁和连接至所述底壁的侧壁。至少一个工具构造成使层叠材料成形。至少一个工具设置在所述内部空间内。膜至少部分地在底壁之上延伸并且与底壁间隔开一定距离。膜构造成朝向所述底壁运动。至少一个加强机构设置在所述内部空间中，并且构造成当膜朝向所述底壁运动时对所述层叠材料的一部分以及至少一个工具施加力。
在另一个方面，提供一种用于形成层叠材料的系统。该系统包括限定内部空间的壳体。所述壳体包括底壁和连接至所述底壁的侧壁。至少一个工具构造成使层叠材料成形。至少一个工具设置在内部空间内。膜至少部分地在底壁之上延伸并且与所述底壁间隔开一定距离。膜构造成朝向所述底壁运动。至少一个插入件位于内部空间中。
在又一个方面，提供一种形成层叠材料的方法。该方法包括将层叠材料连接至布置在壳体的内部空间中的工具，并且使膜朝向所述壳体的内部空间中的所述工具运动。利用所述工具使层叠材料成形。该方法还包括移动加强机构，使得所述层叠材料在预定位置处被压缩。
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是用于形成包括加强机构的层叠材料的示例性系统的侧视图；
图2是图1中所示系统的加强机构的平面视图；
图3是用于利用示例性系统形成层叠材料的顺序的示意图，该系统包括位于层叠材料上的加强机构；
图4是用于形成层叠材料的示例性系统的侧视图；
图5是图4中所示系统的平面视图；
图6是用于利用图4中所示系统的第一构造形成层叠材料的顺序的示意图；
图7是用于利用图4中所示系统的第二构造形成层叠材料的顺序的示意图；
图8是图4中所示的包括第一组插入件的系统的侧视图；
图9是图4中所示的包括第二组插入件的系统的侧视图；
图10是图4中所示的包括第三组插入件的系统的侧视图；
图11是利用图4中所示系统在多个工具上形成多个层叠材料的示意图；
图12是图4中所示的构造成用于在多个工具上形成多个层叠材料的多个系统的平面视图；
图13是用于利用包括加强机构的示例性系统形成层叠材料的顺序的示意图；
图14是用于利用图13中所示的系统形成层叠材料的顺序的示意性平面视图；以及
图15是用于利用包括加强机构的示例性系统形成层叠材料的顺序的示意图。
除非另有陈述，否则本文中提供的附图表示本发明的实施例的示例特征。这些特征被认为适用于包括本发明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层叠材料形成为部件的膜。该系统包括限定内部空间的壳体和布置在内部空间中的工具。膜在内部空间中朝向工具运动。在一些实施例中，至少一个插入件布置在内部空间中以控制膜的运动、减小膜的拉伸以及提供膜的受控运动。在进一步的实施例中，至少一个加强机构布置在内部空间中以便于利用工具使层叠材料成形。至少一个加强机构构造成使得工具使部件成形为复杂几何形状。在一些实施例中，至少一个加强机构提供层叠材料与工具之间的接触压力，以便增强层叠材料的压实。
图1是用于形成层叠材料12的包括加强机构14的系统10的侧视图。图1包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。图2是加强机构14的平面视图。系统10包括加强机构14、壳体16、工具18、膜20和插入件22。壳体16包括底壁24、连接至底壁24的侧壁26和布置在底壁24上的多孔板28。壳体16限定内部空间30。在可替代实施例中，系统10具有使系统10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18、插入件22和/或壳体16一体地形成。
在示例性实施例中，层叠材料12包括多层或多板层复合材料。在可替代实施例中，层叠材料12包括使系统10能够如本文所述地操作的任何层。例如，在一些实施例中，非限制地，层叠材料12包括以下材料中任一种的层：预浸料坯、干燥织物、碳纤维织物、粘结织物、离型膜、衬纸、真空膜、衬垫、膜、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。
在系统10的操作期间，在内部空间30中产生负压，使得膜20被拉向底壁24。当膜20朝向底壁24运动时，膜20接触层叠材料12、工具18、侧壁26、插入件22和加强机构14。加强机构14定位在与工具18相邻的层叠材料12上，使得当膜20朝向底壁24运动时加强机构14对层叠材料12施加力。加强机构14构造成沿X轴、Z轴和Y轴的方向运动，使得加强机构14在预定位置处接触层叠材料12。具体地，加强机构14在工具18上的复杂几何形状附近施加抵靠部分层叠材料12的力，以便于工具18成形层叠材料12。
在一些实施例中，加强机构14在固定位置处连接至层叠材料12。在其他实施例中，加强机构14松弛地定位在层叠材料12上。在可替代实施例中，加强机构14连接至壳体16、工具18和膜20中的任一者。例如，在一些实施例中，加强机构14延伸超过层叠材料12并且连接至工具18。在另外的实施例中，加强机构14的至少一部分固定至工具18。在进一步的实施例中，加强机构14与工具18成一体。在一些实施例中，加强机构14可拆卸地连接至工具18。
在示例性实施例中，加强机构14布置在内部空间30中并且包括本体32和支承件34。每个本体32具有对应于由层叠材料12形成的部件的所需形状的形状并且接合工具18的一部分。支承件34在本体32之间延伸并且连接至本体32，使得本体32能够相对于壳体16运动。具体地，本体32和支承件34可运动地连接在一起，使得本体32的至少一部分围绕支承件34枢转。因此，支承件34形成铰链。在一些实施例中，每个支承件34和/或本体32包括任何数量的节段，包括使系统10能够如本文所述地操作的一个节段。在示例性实施例中，支承件34包括在便于本体32引起层叠材料12中的在精确位置处的力的位置处连接至本体32的两个节段。在另外的实施例中，支承件34包括在相同的本体32之间延伸的多个节段。在一些实施例中，支承件34延伸加强机构14的全长。在可替代实施例中，加强机构14具有使系统10能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，加强机构14形成为单个集成部件。在另外的实施例中，加强机构14包括嵌入支承件34中的至少一个本体32。在更进一步的实施例中，加强机构14包括至少一个本体32，省略支承件34。
此外，在示例性实施例中，加强机构14由在系统10的操作期间便于定位加强机构14的材料制成。例如，支承件34由柔性的以使本体32能够运动并且具有一定的刚性以相对于层叠材料12保持加强机构14的适当定位的材料制成。本体32在定位期间基本刚性以保持形状。此外，加强机构14由承受相对高温的材料制成。例如，支承件34和本体32保持充分刚性以在系统10受热时保持其形状。在可替代实施例中，加强机构14由使系统10能够如本文所述地操作的任何材料制成。例如，在一些实施例中，加强机构14由与层叠材料12相容的材料制成，例如当加强机构14直接接触层叠材料12时不污染层叠材料12的材料。在另外的实施例中，本体32由半刚性材料制成。例如，在一些实施例中，本体32包括以下材料中的任一种：硅树脂、橡胶、半刚性塑料及其组合。
另外，在示例性实施例中，系统10还包括在加强机构14与层叠材料12之间延伸的衬垫36。衬垫36阻止加强机构14和膜20接触层叠材料12。衬垫36连接至侧壁26并且保持张紧以便于形成层叠材料12。具体地，当加强机构14对层叠材料12施加力时，衬垫36减小层叠材料12中的缺口和不规则性。此外，衬垫36便于从系统10去除所形成的层叠材料12以及减小系统10的劣化和污染。在一些实施例中，衬垫36是离型膜。在另外的实施例中，衬垫36是聚丙烯材料。在可替代实施例中，系统10包括使系统10能够如本文所述地操作的任何衬垫36。例如，在一些实施例中，加强机构14是半刚性的，衬垫36定位在加强机构14和层叠材料12上方。在另外的实施例中，衬垫36连接至层叠材料12、加强机构14和膜20中的任一者，使系统10能够如本文所述进行操作。
图3是用于利用系统402形成层叠材料400的顺序的示意图，该系统包括定位在层叠材料400上的加强机构404。图3包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统402包括加强机构404、壳体406、工具408、膜410、衬垫411和插入件412。壳体406限定内部空间414并且包括底壁416、连接至底壁416的侧壁418和布置在底壁416上的孔板420。
加强机构404定位在邻近工具408的层叠材料400上，使得当膜410朝向底壁416运动时加强机构404对层叠材料400施加力。在一些实施例中，衬垫411定位在加强机构404与层叠材料400之间。在示例性实施例中，加强机构404包括多个本体422和将本体422连接在一起的支承件424。具体地，加强机构404包括各自对应于工具408的一部分的形状的两个本体422。支承件424是柔性的并且在膜410朝向底壁416运动时便于定位加强机构404。具体地，加强机构404邻近工具408定位，使得本体422在层叠材料400和工具408的部分施加力，使层叠材料400具有对应于加强机构404的形状。在可替代实施例中，加强机构404具有使系统402能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，加强机构404包括一个本体422。在另外的实施例中，加强机构404包括不通过支承件424连接在一起的多个本体422。
图4是用于形成层叠材料102的系统100的侧视图。图4包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。图5是系统100的平面视图。图5包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统100包括壳体104、工具106、膜108、温度控制单元110、控制器112和真空源114。壳体104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。底壁116、顶壁118和侧壁120限定内部空间122。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104基本为盒形。在一些实施例中，底壁116、顶壁118和侧壁120中的至少一个的至少一部分能够定位在打开位置与关闭位置之间以便于通向内部空间122。在另外的实施例中，壳体104包括检修窗(未示出)。在可替代实施例中，壳体104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，底壁116包括孔板124。孔板124便于内部空间122与壳体104的外部之间的气流125。具体地，孔板124限定用于通过孔板124的气流125的多个开口126。真空源114与开口126流动连通地连接以控制通过孔板124的气流125。另外，在一些实施例中，系统100的任何部件，比如工具106，包括促进通过壳体104的气流125的开口126。开口126在整个孔板124中均匀地间隔开，使得通过孔板124的气流125基本均匀。除开口126以外，壳体104是基本气密的，使得在系统100的操作期间控制内部空间122的环境。在可替代实施例中，壳体104包括使系统100能够如本文所述地操作的任何开口126。在另外的实施例中，省略开口126。
此外，在示例性实施例中，工具106设置在内部空间122中，并且构造成支承层叠材料102。层叠材料102连接至工具106，使得将层叠材料102保持在所需张力下。工具106连接至底壁116并且沿着X轴和Y轴与侧壁120间隔开。工具106被构造成使层叠材料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106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106具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
另外，在示例性实施例中，膜108在底壁116之上延伸。具体地，膜108在Z方向以超过底壁116一个距离128连接至侧壁120。距离128大于工具106的高度121。在可替代实施例中，距离128是使系统100能够如本文中所述地操作的任何测量值。在示例性实施例中，膜108构造成使得膜108的至少一部分在系统100的操作期间朝向底壁116运动。膜108是柔性片状结构并且是至少部分弹性的。至少初始地，膜108与底壁116间隔开最小距离129。当膜108朝向底壁116运动时，膜108伸展。膜108连接至侧壁120，使得当膜108朝向底壁116运动时膜108保持张紧。该张紧便于膜108以受控方式运动并且均匀地接触物体。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。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、离型衬垫、真空衬垫及其组合。在示例性实施例中，膜108是弹性的，使得膜108被重复地拉伸。在可替代实施例中，膜108构造成用于仅单个用途。
此外，在示例性实施例中，插入件130设置在内部空间122中。插入件130可拆卸地连接至底壁116以便于重定位插入件130。插入件130定位在侧壁120与工具106之间。在示例性实施例中，插入件130是邻近侧壁120定位的倾斜面。插入件130沿着Y轴延伸侧壁120的基本整个跨距。在可替代实施例中，插入件130具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
图6是用于利用处于第一构造的系统100形成层叠材料102的顺序的示意图。在系统100的操作中，真空源114在内部空间122中产生负压，即真空，以便于膜108朝向底壁116运动。控制器112(图4中所示)控制真空源114以调节内部空间122的压力并且由此控制膜108的运动。另外，在形成层叠材料102之后，真空源114增大内部空间122中的压力以使得膜108运动远离底壁116。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，膜108以上的压力增大以迫使膜108进入内部空间122内。在进一步的实施例中，偏置构件联接至膜108以便于膜108的受控运动。
当膜108被拉向底壁116时，膜108接触层叠材料102、工具106、侧壁120、底壁116和插入件130。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。在示例性实施例中，层叠材料102包括用于膜108接触的衬垫132。衬垫132防止膜108接触层叠材料102。在一些实施例中，在形成层叠材料102之后去除衬垫132。在可替代实施例中，省略衬垫132。在进一步的实施例中，衬垫132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，包括膜108。
在示例性实施例中，当膜108朝向底壁116运动时膜108伸展。另外，当膜108接触层叠材料102、工具106、侧壁120和/或底壁116时，膜伸展。插入件130至少部分地支承膜108以减小膜108在系统100的操作期间的伸展量。另外，插入件130便于膜108以受控方式朝向底壁116运动。因此，插入件130便于系统100以提高的操作效率形成层叠材料102。
此外，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和层叠材料102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104的内部、设置在壳体104的外部和/或集成到壳体104内。在可替代实施例中，工具106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104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控制真空源114以控制膜108的运动/移动。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)以将层叠材料102定位在工具106上。在进一步的实施例中，控制器112控制插入件130的运动/移动和定位。另外，在一些实施例中，控制器112控制加强机构14、加强机构204(图13-14中所示以及以下进一步说明的)、加强机构304(图15中所示以及以下进一步说明的)和加强机构404(图16中所示以及以下进一步说明的)的定位。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7是用于利用处于第二构造的系统100形成层叠材料102的顺序的示意图。图7包括X轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。孔板124以相对于侧壁120的角度134定位。以角度134定位孔板124便于层叠材料102接触膜108和工具106。另外，孔板124沿Z方向至少部分地凸起一定距离。因此，膜108在系统100的操作期间比孔板124定位在与膜108的起始位置更大距离时承受更少的拉伸。插入件130成形为适应孔板124的位置。特别地，与孔板124的升高部分相邻的插入件130与和孔板124的下部部分相邻的插入件130相比沿Z方向具有减小的高度，使得插入件130的顶部彼此大致相等。因此，插入件130在膜108的运动期间在沿着Z轴的基本相同点处接触膜108。
图8-10是包括多个插入件131的系统100的侧视图。插入件131具有使系统100能够如本文中所述地操作的任何形状。例如，在一些实施例中，插入件131具有圆柱形形状、棱柱形状及其组合中的至少一种。在示例性实施例中，一些插入件131邻近侧壁120，一些插入件131邻近工具106。另外，插入件131层叠在彼此的顶部上以形成具有不同高度和形状的结构。插入件131包括柔性和/或刚性材料。当膜108接触插入件131时，柔性的插入件131至少稍微地变形。当膜108接触插入件131时，刚性的插入件131保持基本相同形状。因此，插入件131的刚性和柔性调整成控制膜108的运动以及为膜108提供支撑。在可替代实施例中，插入件131具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
例如，图8是包括具有矩形棱柱形状的插入件131的系统100的侧视图。一些插入件131垂直地层叠，一些插入件131水平地对准。图9是包括具有三棱柱形状的插入件141的系统100的侧视图。图10是包括具有矩形棱柱形状的插入件143的系统100的侧视图。
参照图9-10，系统100包括插入件136，插入件136延伸穿过内部空间122并且作用为分隔器以将内部空间122分成多个成形区域138。多个工具106设置在内部空间122中以便于形成多个层叠材料102。特别地，一个成形工具106和一个层叠材料102设置在每个成形区域138中。插入件136在工具106之间延伸以限定成形区域138。在一些实施例中，插入件136具有大于工具106的高度142的高度140，使得膜108在接触支承在工具106上的层叠材料102之前接触插入件136。在一些实施例中，插入件136由具有例如基本平板形状的单个插入件130形成。在其他实施例中，多个插入件130层叠以形成插入件136。在可替代实施例中，插入件136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，插入件136永久地固定至壳体104或与壳体104一体。
图11是利用系统100形成多个层叠材料102的示意图。在一个实施例中，插入件136定位在工具106之间以分离成形区域138。在另一实施例中，省略插入件136。在进一步的实施例中，插入件136密闭地分离成形区域138，使得成形区域138形成独立的受控环境。因此，膜108在每个成形区域138中的运动被独立地控制。此外，在一些实施例中，成形区域138各自包括独立的膜108。在可替代实施例中，成形区域138具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
图12是构造用于形成多个层叠材料102的多个系统100的平面视图。图12包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统100包括在不同数量的成形区域138中的不同数量的工具106。一些成形区域138通过插入件136分离，一些成形区域138不通过插入件136分离。成形区域138、插入件136和工具106沿着X轴和Y轴间隔开。每个成形区域138包括至少一个工具106。在可替代实施例中，成形区域138具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。在示例性实施例中，插入件136为基本线性的并且垂直或平行于X轴和Y轴定位。在可替代实施例中，插入件136是非线性的。例如，在一些实施例中，非限制地，插入件136包括以下中的任一个：曲线、S形部分、C形部分和L形部分。在进一步的实施例中，插入件136以使系统100能够如本文所述地操作地相对于X轴、Y轴和Z轴的任何角度定位。
图13是利用包括加强机构204的系统202形成层叠材料200的顺序的示意图。图13包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。图14是利用系统202形成层叠材料的顺序的示意性平面视图。图14包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统202包括加强机构204、壳体206、工具208、膜210和插入件212。壳体206包括底壁214、连接至底壁214的侧壁216和布置在底壁214上的孔板218。壳体206限定内部空间220。在系统202的操作期间，在内部空间220中产生负压，使得膜210被拉向底壁214。当膜210朝向底壁214运动/移动时，膜210接触层叠材料200、工具208、侧壁216、插入件212和加强机构204。当膜210接触加强机构204时，加强机构204朝向工具208和层叠材料200运动。加强机构204构造成对着工具208按压层叠材料200，使得层叠材料200被压实。加强机构204构造成沿着X轴、Z轴和Y轴的方向延伸和运动，使得加强机构在预定位置处接触层叠材料200。特别地，加强机构204对对着层叠材料200的邻近工具208上的复杂几何形状的一部分施加力，以促进工具208成形层叠材料200。此外，加强机构204限制膜210的拉伸量。
加强机构204设置在内部空间220中并且包括本体222和支承件224。支承件224连接至壳体206和本体222，使得本体222能够相对于壳体206运动。特别地，本体222和支承件224可拆卸地连接在一起，使得本体沿着支承件224运动。支承件224包括连接至侧壁216的相对部分的导轨226。在可替代实施例中，支承件224连接至系统202的使系统202能够如本文中所述地操作的任何部件。在示例性实施例中，导轨226沿着侧壁216倾斜，使得本体222在沿着X轴和Z轴两者的方向上运动。本体222在导轨226之间延伸并且具有对应于由层叠材料12形成的部件的所需形状的形状并且接合工具208的一部分。在可替代实施例中，加强机构204具有使系统202能够如本文所述地操作的任何构造。例如，在一些实施例中，加强机构204定位在内部空间220外部的膜210的侧面上并且对着工具208压制膜210和层叠材料200。在进一步的实施例中，加强机构204集成和/或连接至工具208和/或膜210。
在示例性实施例中，支承件224包括平行的两个导轨226。在一些实施例中，支承件224包括使系统202能够如本文所述地操作的任何数量的导轨226，包括一个。在进一步的实施例中，支承件224包括多个导轨226，多个导轨226中的至少两个导轨不平行。例如，在一些实施例中，本体222具有不对称形状，使得本体222在不平行的导轨226之间延伸。
此外，在示例性实施例中，加强机构204能够定位在多个位置之间。特别地，加强机构204从与工具106和层叠材料200间隔开的位置运动至加强机构接触层叠材料200的位置，从而以所需压力对着工具208按压层叠材料200。例如，在第一位置中，加强机构204不对着层叠材料200施加相当大的力。在第二位置中，加强机构204压实层叠材料200。在可替代实施例中，加强机构204能够定位在使系统202能够如本文所述地操作的任何位置中。在一些实施例中，加强机构204包括比如为弹簧的偏置机构，以便于加强机构204的运动。
图15是利用包括加强机构304的系统302形成层叠材料300的顺序的示意图。图15包括X轴、Y轴和Z轴，用于在以下说明期间参考。系统302包括加强机构304、壳体306、工具308、膜310和插入件312。壳体306限定内部空间314并且包括底壁316、连接至底壁316的侧壁318和布置在底壁316上的孔板320。
加强机构304包括本体322和支承件324。支承件324在接头326处可运动地连接至底壁316，使得加强机构304围绕接头326旋转。另外，支承件324可旋转地连接至本体322以便于本体322旋转从而接触工具308上的层叠材料300。加强机构304构造成使得本体222在沿着X轴和Z轴两者的方向上运动。本体322成形为对应于工具308的形状。在一些实施例中，加强机构304和工具308成形为形成相应的凸形部件和凹形部件。在可替代实施例中，加强机构304具有使系统100能够如本文所述地操作的任何构造。
参照图4-6和图13，形成层叠材料102的方法包括将层叠材料102连接至设置在壳体104的内部空间122中的工具106。真空源114在内部空间122中产生真空压力，使得膜108朝向底壁116运动。膜108接触层叠材料102并且迫使层叠材料102抵靠工具106，使得工具106使层叠材料102成形。温度控制单元110将层叠材料102保持在所需温度。例如，在一些实施例中，温度控制单元110提高层叠材料102的温度以便于工具106使层叠材料102成形。在进一步的实施例中，提高膜108的温度。在一些实施例中，膜108接触加强机构304以使得加强机构304运动/移动。加强机构304定位成使得层叠材料102在预定位置处接触工具106。在进一步的实施例中，加强机构304以预定力接触层叠材料102。在一些实施例中，当膜朝向底壁116运动时，膜108接触插入件130。插入件130支承膜108并且控制膜108的运动。
以上说明的系统包括便于将层叠材料形成为部件的膜。该系统包括限定内部空间的壳体和设置在内部空间中的工具。膜在内部空间中朝向工具运动/移动。在一些实施例中，至少一个插入件布置在内部空间中以控制膜的运动/移动并且减小膜的拉伸。在进一步的实施例中，至少一个加强机构设置在内部空间中以便于利用工具使层叠材料成形。至少一个加强机构构造成使得工具将部件成形为复杂几何形状。在一些实施例中，至少一个加强机构提供层叠材料与工具之间的接触压力，以增强层叠材料的压实。
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这些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 (19)

1.一种用于形成层叠材料的系统，所述系统包括：
壳体，其限定内部空间并且包括底壁和连接至所述底壁的侧壁；
至少一个工具，其用于使所述层叠材料成形，所述至少一个工具布置在所述内部空间内；
膜，其至少部分地在所述底壁之上延伸并且与所述底壁间隔开一定距离，所述膜构造成朝向所述底壁运动；以及
至少一个加强机构，其设置在所述内部空间中，并且构造成当所述膜朝向所述底壁运动时对所述层叠材料的一部分以及所述至少一个工具施加力，其中所述至少一个加强机构包括至少一个支承件和可运动地联接至所述至少一个支承件的至少一个本体，所述至少一个支承件和所述至少一个本体布置在所述层叠材料上；
其中，所述至少一个支承件和所述至少一个本体保持充分刚性以在所述系统受热时并且在所述膜朝向所述底壁运动时保持其形状。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜与所述至少一个加强机构接触，以使所述至少一个加强机构朝向所述至少一个工具运动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括邻近所述层叠材料延伸的衬垫。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具用于支承所述层叠材料，并且所述至少一个加强机构构造成在与所述至少一个工具间隔开的第一位置与第二位置之间运动，所述至少一个加强机构在所述第二位置处对所述层叠材料的一部分以及所述至少一个工具施加力。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个本体具有与由所述层叠材料形成的部件的所需形状相对应的形状。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个本体构造成围绕所述至少一个支承件枢转。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括温度控制单元，所述温度控制单元构造成将所述层叠材料保持在所需温度，以便于利用所述工具使所述层叠材料成形。
8.一种用于形成层叠材料的系统，所述系统包括：
壳体，其限定内部空间并且包括底壁和联接至所述底壁的侧壁；
至少一个工具，其用于使所述层叠材料成形，所述至少一个工具布置在所述内部空间内；
膜，其至少部分地在所述底壁之上延伸并且与所述底壁间隔开第一距离，所述膜构造成朝向所述底壁运动；
至少一个插入件，其位于所述内部空间中；以及
至少一个加强机构，其设置在所述内部空间中，并且构造成当所述膜朝向所述底壁运动时对所述层叠材料的一部分以及所述至少一个工具施加力，其中所述至少一个加强机构包括至少一个支承件和可运动地联接至所述至少一个支承件的至少一个本体，所述至少一个支承件和所述至少一个本体布置在所述层叠材料上；
其中，所述至少一个支承件和所述至少一个本体保持充分刚性以在所述系统受热时并且在所述膜朝向所述底壁运动时保持其形状。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具包括多个工具，所述至少一个插入件将所述内部空间分成多个成形区域，所述至少一个插入件至少部分地在所述多个工具中的第一工具与第二工具之间延伸。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个插入件可拆卸地联接至所述底壁。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具设置在所述底壁上，所述至少一个插入件至少部分地在所述至少一个工具与所述侧壁之间延伸。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个工具延伸一个高度超过所述底壁，所述膜在所述底壁上方的第二距离连接至所述侧壁，所述第二距离大于所述至少一个工具的所述高度。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个插入件构造成当所述膜朝向所述底壁下降时至少部分地接触所述膜。
14.一种形成层叠材料的方法，所述方法包括：
将所述层叠材料连接至布置在壳体的内部空间中的工具；
使膜朝向所述壳体的所述内部空间中的所述工具运动；
利用所述工具使所述层叠材料成形；以及
移动加强机构，使得所述层叠材料在预定位置处被压缩，其中所述加强机构设置在所述内部空间中并且包括支承件和可运动地联接至所述支承件的本体，所述支承件和所述本体布置在所述层叠材料上；
其中，所述支承件和所述本体保持充分刚性以在所述壳体的所述内部空间受热时并且在所述膜朝向底壁运动时保持其形状。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，移动所述加强机构运动包括移动所述加强机构至所述加强机构以预定力接触所述层叠材料的位置。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，移动所述加强机构包括使所述加强机构与膜接触。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括使插入件与所述膜接触，所述插入件位于所述内部空间中。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使所述层叠材料成形包括利用多个工具使多个层叠材料成形。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述内部空间中产生真空力，以便于将所述膜拉向所述工具；以及
将所述层叠材料保持在所需温度，以便于利用所述工具使所述层叠材料成形。
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