CN110198829A - 用于堆叠复合层的自动系统和方法 - Google Patents

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安德里亚斯·卢茨
马丁·皮特森
马修·霍尔·博蒙特
马塞厄斯·恩斯特·梅斯默
斯特凡·吉多·万·尼文霍夫
托马斯·克鲁格
克里斯多夫·詹姆斯·马德森
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Abstract

提出了一种用于制作多个复合层的叠层的方法和自动铺叠系统。自动铺叠系统包括位于第一平面中的堆叠组件和位于平行于第一平面的第二平面中的铺叠工具。堆叠组件和铺叠工具可朝向彼此移动。该方法包括以下步骤：(a)在铺叠工具和堆叠组件之间提供一个或多个复合片材；(b)由一个或多个复合片材产生第一复合层；(c)通过使堆叠组件和铺叠工具彼此靠近，通过堆叠组件将第一复合层放置在铺叠工具上；和(d)重复步骤(b)和(c)，以产生第二复合层并将第二复合层放置在第一复合层上，该第一复合层放置在铺叠工具上。

Description

用于堆叠复合层的自动系统和方法
技术领域
本公开大体涉及用于形成复合层的叠层的自动铺叠系统和方法，并且更具体地涉及用于从复合层的叠层形成复合结构的方法和系统。
背景技术
从复合层制造复合结构(例如，复合层压体)的方法通常利用在工具(例如心轴)上叠置复合层。该工具可以用作模具以使待生产的复合结构成形。根据复合材料和/或复合层的类型和纤维取向，复合层可以以各种取向定位。可以使用各种系统铺叠复合层以形成复合层的叠层并随后形成复合结构。例如，已经采用自动铺带机将复合层铺叠在心轴上。堆叠的复合层可以相对于心轴压缩，以将堆叠的复合层成形为最终的复合结构。在该处理中，从单独的复合材料片切割的复合层可以用手或自动化系统(如自动铺带机或自动纤维铺放机)铺叠。但是，目前可用的系统和方法存在若干问题。例如，因为处理复合层是一种劳动密集且重复的过程，所以这些系统和方法是麻烦的。
因此，需要改进的自动化方法和系统，用于铺叠复合层以形成复合层的叠层，并且随后形成复合结构。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种用于制作多个复合层的叠层的方法。该方法包括步骤(a)：在自动铺叠系统的铺叠工具和堆叠组件之间提供一个或多个复合片材。自动铺叠系统包括位于第一平面中的堆叠组件和位于平行于第一平面的第二平面中的铺叠工具。堆叠组件和铺叠工具可朝向彼此移动。该方法包括：步骤(b)：由一个或多个复合片材产生第一复合层；以及步骤(c)：通过使堆叠组件和铺叠工具彼此接近，通过堆叠组件将第一复合层放置在铺叠工具上。该方法还包括重复步骤(b)和(c)，以从一个或多个复合片材产生第二复合层，并将第二复合层放置在放置在铺叠工具上的第一复合层上。
在另一方面，一种用于制作多个复合层的叠层的方法包括步骤(i)：在自动铺叠系统的铺叠工具和多个堆叠组件之间提供一个或多个复合片材。自动铺叠系统包括位于第一平面中的多个堆叠组件，并且铺叠工具可在平行于第一平面的第二平面中移动到与多个堆叠组件对准的多个位置。多个堆叠组件和铺叠工具可朝向彼此移动。该方法包括：步骤(ii)：当铺叠工具处于与多个堆叠组件中的第一堆叠组件对准的多个位置中的第一位置时，通过使第一堆叠组件与铺叠工具彼此靠近，通过第一堆叠组件从一个或多个复合片材分离第一复合层，并将第一复合层放置在铺叠工具上；步骤(iii)：将具有第一复合层的铺叠工具移动到与多个堆叠组件中的第二堆叠组件对准的多个位置中的第二位置；和步骤(iv)：将从一个或多个复合片材分离第二复合层，并将第二复合层放置在放置在铺叠工具上的第一复合层上。通过使第二堆叠组件与具有第一复合层的铺叠工具彼此靠近，第二层通过第二堆叠组件放置在第一复合层上。
本公开的另一方面涉及一种自动叠铺叠系统。自动铺叠系统包括位于第一平面中的至少一个堆叠组件，可在平行于第一平面的第二平面中移动到与至少一个堆叠组件对准的至少一个位置的至少一个铺叠工具，以及支撑结构，其构造成将复合层或复合片材保持在至少一个堆叠组件和至少一个铺叠工具之间。至少一个堆叠组件包括定位工具。至少一个堆叠组件和至少一个铺叠工具可朝向彼此移动。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的实施例的这些和其他特征和方面，附图中每个单独的图中的相同字符在所有附图中表示相同的部分，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的用于铺叠多个复合层的自动铺叠系统的一部分的示意图。
图2是根据本公开的一个实施例的用于铺叠多个复合层的自动铺叠系统的一部分的示意图。
图3是根据本公开的一个实施例的用于铺叠多个复合层的自动铺叠系统的一部分的示意图。
图4是根据本公开的一个实施例的用于铺叠多个复合层的自动铺叠系统的一部分的示意性俯视图。
图5是根据本公开的一个实施例的支撑结构的示意性俯视图。
图6(a)-6(h)示出了根据本公开的一个实施例的使用自动铺叠系统形成复合层的叠层的步骤的示意图。
图7(a)-7(i)示出了根据本公开的一个实施例的使用自动铺叠系统形成复合层的叠层的步骤的示意图。
具体实施方式
本公开大体涉及用于铺叠多个复合层(例如聚合物层)并在铺叠工具上制造这种复合层的叠层以随后形成复合结构(例如，复合层压体)的方法和系统。更具体地，一些实施例涉及用于铺叠多个复合层以用于制造复合层的叠层的自动铺叠系统和用于使用这种自动铺叠系统制造复合层的叠层的自动方法。这种系统和方法避免了处理复合层的麻烦方式，例如，从一个位置拾取复合层并手动或通过使用自动机器将它们放置在另一个位置。此外，所公开的系统和方法允许形成具有不同形状，尺寸，材料和/或取向(例如，每个复合层中的纤维取向)的复杂叠层。
在以下说明书和权利要求书中，单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。如本文所使用的，术语“或”并不意味着是排他性的并且是指至少一个所引用的部件存在，并且包括其中可以存在所引用的部件的组合的实例，除非上下文另有明确说明。
如本文所用，术语“复合片材”是指由复合材料制成的片材。复合片材可以是层的形式，例如预浸料层。复合片材可包括单层复合材料或多层复合材料。如本文所用，术语“复合层”是指由复合材料制成的层。合适的复合材料包括但不限于聚合材料，玻璃，碳，陶瓷基质复合物，碳化硅，氧化铝或其组合。在一些实施例中，复合材料包括聚合物材料。聚合物材料的合适实例包括但不限于热塑性塑料，聚酰亚胺，聚乙烯，环氧树脂，酚醛体系或其组合。复合层或复合片材可包括层，纤维，泡沫，膜状物或其组合的形式的复合材料。复合层或复合片材还可包括另外的材料和/或层，例如装袋材料，剥离层，离型膜，泄放器，通气器，装袋膜和其他合适的材料和层。通过从复合片材中分离(例如，切割)所需形状和/或尺寸的部件，可以从复合片材产生多个复合层。如本文所用，术语“一个或多个复合片材”是指由不同复合材料或不同复合材料布置(例如，纤维取向)单独制成的一个或多个复合片材。
通常，复合层或复合片材夹在两个背衬层之间或具有单个背衬层。背衬层保护复合层或复合片材免受环境因素(例如水分和污染物)影响。其还为复合层或复合片材提供了所需的尺寸稳定性，这对于手动或通过使用自动化机器进行处理是至关重要的。然而，为了制造多个复合层的叠层，在将一个复合层放置在另一个复合层的顶部上之前，需要在另外的步骤中手动或自动地移除每个复合层的背衬层。本方法和系统允许使用复合层或复合片材而无需背衬层，因为本方法和系统不需要手动处理复合层。此外，也避免从一个位置到另一个位置拾取和放置复合层或复合片材。在一些实施例中，提供给如本文所述的自动铺叠系统的复合层或复合片材没有背衬层。在一些实施例中，在将复合层或复合片材提供给自动铺叠系统以制造多个复合层的叠层之前，从复合层或复合片材移除背衬层。
本公开的一些实施例涉及自动铺叠系统和使用自动铺叠系统制造多个复合层的叠层的方法。在一些实施例中，自动铺叠系统包括位于第一平面中的至少一个堆叠组件和可在平行于第一平面的第二平面中移动的至少一个铺叠工具。至少一个铺叠工具可在第二平面中移动到与至少一个堆叠组件对准的至少一个位置。至少一个堆叠组件包括定位工具。在一些实施例中，至少一个堆叠组件构造成使用例如定位工具将复合层放置到至少一个铺叠工具上。至少一个堆叠组件和至少一个铺叠工具可朝向彼此移动。自动铺叠系统还包括支撑结构，支撑结构构造成将复合层或复合片材保持在至少一个堆叠组件和至少一个铺叠工具之间。
在一些实施例中，自动铺叠系统包括在第一平面中的多个堆叠组件。自动铺叠系统可以具有多个堆叠组件，多个堆叠组件在自动铺叠系统的纵向方向上布置成单排，或者在纵向方向上布置成多个平行的排。在一些实施例中，多个堆叠组件可以以任何期望的方式布置在第一平面中，例如，以圆形布置，多边形布置或随机方式布置。在这些实施例中，至少一个铺叠工具可在第二平面中从与第一堆叠组件对准的第一位置移动到与多个堆叠组件中的第二堆叠组件对准的第二位置。在一些实施例中，自动铺叠系统包括多个铺叠工具。多个铺叠工具可在第二平面中移动。此外，多个堆叠组件和至少一个铺叠工具可朝向彼此移动。例如，在一些方面，多个堆叠组件和至少一个铺叠工具可沿竖直轴线移动，即在与第一和第二平面垂直的方向上移动。
至少一个铺叠工具可包括模制表面。模制表面可具有平坦表面或复杂表面。复杂表面可包括非平坦表面，例如凸表面，凹表面或其组合。复杂表面还可包括其他几何表面。例如，复杂表面可以是轮廓表面。复杂表面的其他示例包括凸缘表面，底切(undercut)或其组合。在至少一个铺叠工具上制作多个复合层的叠层的过程期间，将复合层放置在至少一个铺叠工具的模制表面上。如本文所用，术语“将复合层放置在铺叠工具上”是指将复合层放置在铺叠工具的模制表面上。如本文所用，术语“放置在铺叠工具上的复合层”是指铺叠工具的模制表面上的已放置的复合层。
在一些实施例中，至少一个铺叠工具被构造为围绕竖直轴线旋转。在一些实施例中，至少一个铺叠工具可在第二平面内绕竖直轴线旋转。如本文所述的可旋转铺叠工具可有助于以期望的方式(例如，以期望的纤维取向)将复合层放置在铺叠工具上或放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上。
如上所述，至少一个堆叠组件包括定位工具。定位工具构造成将复合层放置在至少一个铺叠工具上。在一些实施例中，定位工具构造成在将复合层放置在至少一个铺叠工具上时压缩(例如，压实或推压)复合层。在一些实施例中，定位工具可以构造成在将复合层放置在至少一个铺叠工具上之前或在将复合层放置在至少一个铺叠工具上期间将复合层从一个或多个复合片材分离。在这些实施例的一些中，定位工具包括冲压工具。在一些实施例中，至少一个堆叠组件还包括分离工具，分离工具构造成将复合层从一个或多个复合片材分离。在一个实施例中，分离工具是切割装置。在一些实施例中，至少一个堆叠组件还包括形成工具，形成工具构造成在将复合层放置在至少一个铺叠工具或至少一个铺叠工具上的先前放置的复合层上之后，或者在将复合层放置在至少一个铺叠工具或至少一个铺叠工具上的先前放置的复合层上期间，在复合层上施加压缩力，以将复合层或堆叠的复合层粘附在至少一个铺叠工具上。在一些实施例中，至少一个堆叠组件包括定位工具和分离工具。在一些实施例中，至少一个堆叠组件包括定位工具和形成工具。在一些实施例中，至少一个堆叠组件包括定位工具，分离工具和形成工具。在一些实施例中，至少一个堆叠组件被构造为执行分离，放置和形成步骤中的一个或多个。在一些实施例中，至少一个堆叠组件还包括加热元件。分离工具，形成工具或加热工具中的一个或多个可与定位工具成一体。
在一些实施例中，至少一个堆叠组件和至少一个铺叠工具可以相对于对应的第一平面和第二平面以任何期望的角度倾斜，使得至少一个堆叠组件可以以期望的方式执行在铺叠工具上放置，分离或形成复合层中的一个或多个。
支撑结构可包括平坦表面或框架，其保持或支撑复合层或复合片材。在一个实施例中，平坦表面具有平面表面。平坦表面可以具有一个或多个开口，允许至少一个堆叠组件或至少一个铺叠工具朝向彼此移动通过一个或多个开口。支撑结构可包括用于保持或支撑复合层或复合片材的各种装置(例如，夹具，夹持器或夹子)。在一些实施例中，复合层或复合片材保持在张力下。在一些实施例中，支撑结构可以构造成保持或支撑一个或多个复合片材。在一些实施例中，将复合片材连续供应至支撑结构。复合层或复合片材可以从任何适当的源(例如供应辊)或直接从复合片材制造设备供应到支撑结构。复合片材可以以由典型生产线生产的连续卷材(continuous web)的形式供应到支撑结构。
图1示出了自动铺叠系统100的构造的非限制性示例。当自动铺叠系统100处于静止状态时，自动铺叠系统100包括位于第一平面'X1'中的堆叠组件120和位于与第一平面'X1'平行的第二平面'X2'中的铺叠工具140。在一些实施例中，铺叠工具140可在第二平面'X2'中移动到与堆叠组件120对准的至少一个位置150。如图所示，铺叠工具140位于与堆叠组件120对准的第二平面“X2”中的位置150处。在一些实施例中，铺叠工具140可围绕垂直于第一平面X1和第二平面'X2'的竖直轴线‘S’旋转。铺叠工具140具有模制表面141。在操作中，堆叠组件120可沿着竖直轴线‘S’在由'z'指示的方向上朝向铺叠工具140移动。在一些实施例中，铺叠工具140可以沿着竖直轴线‘S’在与方向'z'相反的方向上朝向堆叠组件120移动。
在如图2-4所示的一些实施例中，自动铺叠系统101,102和103包括两个堆叠组件122和124。堆叠组件122和124可以构造成分离相同或不同形状，尺寸，或形状和尺寸的复合层，和/或在复合层上施加不同的压缩力。图1-4的自动铺叠系统100,101,102和103共用的附图标记表示相似或相同的元件。当自动铺叠系统101,102和103处于静止状态时，堆叠组件122和124位于第一平面‘X1’中。堆叠组件122和124可以在自动铺叠系统101,102和103的操作状态下在方向'z'上移动。如图2-3所示，堆叠组件122和124在自动铺叠系统101和102中沿着纵向方向“L”布置成一排。在一些其他实施例中，堆叠组件122和124可以以任何期望的方式布置在第一平面'X1'中，例如，以沿着纵向方向'L'的平行排布置，如图4所示。图4示出了自动铺叠系统103的俯视图，其具有在第一平面'X1'中以两个不同的排布置的两个堆叠组件122和124。
此外，自动铺叠系统101,102或103可包括单个或多个铺叠工具140和142。在一些实施例中，如图2所示，自动铺叠系统101包括单个铺叠工具140。铺叠工具140具有模制表面141。铺叠工具140可在第二平面'X2'中移动到与对应的堆叠组件122和124对准的位置152和154。在一些实施例中，如图3或4所示的自动铺叠系统102或103包括两个铺叠工具140和142。此外，自动铺叠系统101,102或103可根据制造适用性和要求包括任何数量的堆叠组件和任何数量的铺叠工具。
如图1-4中的一个或多个所示的每个堆叠组件120,122,124至少包括定位工具(图中未示出)，该定位工具被构造成将复合层放置在铺叠工具140和/或142或铺叠工具140和/或142上的先前放置的复合层上。在一些实施例中，定位工具被构造成在将复合层放置在铺叠工具140/142或铺叠工具上的先前放置的复合层上之前，或在将复合层放置在铺叠工具140/142或铺叠工具上的先前放置的复合层上期间，将复合层从一个或多个复合片材分离。在一些实施例中，定位工具是冲压工具。在一些实施例中，每个堆叠组件120,122,124还包括分离工具，该分离工具构造成将复合层从一个或多个复合片材分离。在一个实施例中，分离工具是切割工具。在如图2-4所示的实施例中，堆叠组件122和124可以构造成根据需要分离相同或不同形状，尺寸，或形状和尺寸的复合层。此外，在一些实施例中，每个堆叠组件120,122,124包括形成工具，该形成工具构造成将压缩力施加到复合层。在如图2-4所示的实施例中，堆叠组件122和124可包括形成工具，该形成工具构造成在复合层上施加不同的压缩力。在一些实施例中，每个堆叠组件120,122,124包括分离工具，定位工具和形成工具。在一些另外的实施例中，每个堆叠组件120,122,124可包括用于加热复合层的加热元件(图中未示出)。在一些实施例中，每个堆叠组件120,122,124可包括集成的定位工具，其还包括与定位工具成一体的分离工具，形成工具或加热工具中的一个或多个。
参考图1-4，自动铺叠系统100,101,102和103包括支撑结构160，该支撑结构160构造成在相应的堆叠组件120或堆叠组件122,124与单个或两个铺叠工具140之间保持一个或多个复合片材。在一些实施例中，支撑结构160包括具有一个或多个开口164的平坦表面162，如图5所示。作为示例，参考图1，堆叠组件120可以通过平坦表面162(图5)的一个或多个开口164朝向铺叠工具140移动，以将复合层放置在铺叠工具140上。
自动铺叠系统的各种元件(例如堆叠组件，铺叠工具和支撑结构)的移动可以由机械系统或诸如计算单元的控制器致动。例如，堆叠组件/组件和铺叠工具的移动可以由设计的机器或机器人系统致动。一个或多个复合片材向自动铺叠系统的供应也可以由机械系统或控制器致动或控制。
在一些实施例中，描述了一种用于制作多个复合层的叠层的方法。在一些实施例中，使用自动铺叠系统执行用于制作多个复合层的叠层的方法。自动铺叠系统包括铺叠工具和堆叠组件。堆叠组件位于自动铺叠系统的第一平面中，并且铺叠工具位于平行于第一平面的第二平面中。堆叠组件和铺叠工具可朝向彼此移动。该方法包括步骤(a)：在自动铺叠系统的铺叠工具和堆叠组件之间提供一个或多个复合片材。在一些实施例中，提供一个或多个复合片材包括使用支撑结构供应一个或多个复合片材。在提供一个或多个复合片材之后，该方法包括步骤(b)：通过堆叠组件从一个或多个复合片材产生第一复合层。在一些实施例中，产生步骤(b)包括通过堆叠组件将第一复合层从一个或多个复合片材分离。该方法还包括步骤(c)：通过使堆叠组件和铺叠工具彼此靠近，通过堆叠组件将第一复合层放置在铺叠工具上。在一些实施例中，产生第一复合层的步骤可在将第一复合层放置在铺叠工具上之前或期间进行。
该方法还包括步骤(d)：重复步骤(b)和(c)，以从一个或多个复合片材产生第二复合层，并将第二复合层放置在放置在铺叠工具上的第一复合层上。第一复合层和第二复合层的放置可以通过使用至少一个定位工具的堆叠组件来执行。产生第一复合层和第二复合层的步骤可以通过使用例如分离工具的堆叠组件来执行。
在一些实施例中，该方法包括在产生并将相应的复合层放置在铺叠工具或先前放置的复合层上的同时压缩(例如，压实或推压)第一或第二复合层。在一些实施例中，该方法包括在铺叠工具或铺叠工具上先前放置的复合层上冲压第一复合层或第二复合层。在产生并放置相应的复合层的同时压缩复合层可以通过工具来执行，例如，与定位工具成一体的冲压工具或具有适合于期望目的的形状的定位工具。
在一些实施例中，该方法包括在步骤(d)之后用第三，第四和第n复合层重复步骤(b)和(c)多次，以产生第三，第四和第n复合层并将其放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上，以制作多个复合层的叠层。在一些实施例中，该方法包括重复步骤(b)和(c)以从一个或多个复合片材产生第三复合层并将第三复合层放置在第二复合层上。类似地，该方法可以进一步包括重复步骤(b)和(c)，以从一个或多个复合片材产生第四复合层，并将第四复合层放置在第三复合层上。在一些实施例中，该方法包括在将第三，第四和第n复合层放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上的相应步骤之前或期间产生第三，第四和第n复合层。值'n'可以是至少5。取决于各种参数，例如复合层的厚度和各种最终用途应用，'n'的值可以在5到约10000的范围内。在一些实施例中，'n'的值在从约10至约1000的范围内。
在一些实施例中，该方法包括在将复合层放置在铺叠工具上或将后续复合层放置在先前放置的复合层上之前，使铺叠工具围绕竖直轴线's'旋转以在第二平面中获得所需位置。铺叠工具的这种旋转允许将后续复合层相对于铺叠工具上的先前放置的复合层以期望取向放置。
在一些实施例中，该方法包括在将第一复合层放置在铺叠工具上之后或期间，且在步骤(d)之前，在第一复合层上施加第一压缩力的步骤。在一些实施例中，可以在将第二复合层放置在第一复合层上之前执行在第一复合层上施加第一压缩力的步骤。第一压缩力的这种施加可以通过使用形成工具的堆叠组件来执行。在一些实施例中，可以顺序地或同时地执行在第一复合层上的放置和施加第一压缩力。类似地，该方法可包括在将相应的复合层放置在先前放置的复合层上之后或期间，并且在将后续复合层放置在相应的复合层上之前，在相应的第二，第三，第四和第n复合层上施加第二，第三，第四和第n压缩力的步骤。第一，第二，第三，第四和第n压缩力可以根据要施加在放置在叠层中相应的第一，第二，第三，第四和第n复合层下方的复合层的数量上的所需压力而不同。在一些其他实施例中，该方法包括在放置在铺叠工具上的多个复合层的叠层上施加压缩力以形成复合结构的步骤。在这些实施例中，可以使用例如膜，囊，辊或模具成型来施加压缩力。对一个或多个复合层或多个复合层的叠层施加压缩力有助于将一个或多个复合层或多个复合层的叠层没有皱折地粘附到铺叠工具上先前放置的复合层或铺叠工具上。
在制作多个复合层的叠层的方法包括在将相应的复合层放置在先前放置的复合层上之后或期间，并且在将后续复合层放置在相应的复合层上之前，在相应的第一，第二，第三和第n复合层上施加第一，第二，第三和第n压缩力的步骤的实施例中，所得到的多个复合层的叠层形成复合结构。在该方法包括在放置在铺叠工具上的多个复合层的叠层上施加压缩力的步骤的实施例中，在将压缩力施加在多个复合层的叠层上之后形成复合结构。
图6(a)-6(g)示意性地表示用于使用如图1所示的自动铺叠系统100制作多个复合层的叠层的方法的一个实施例。图6(a)示出了提供由从自动铺叠系统100的铺叠工具140和堆叠组件120之间提供的一个或多个复合片材产生的第一复合层200的步骤。可以使用在铺叠工具140和堆叠组件120之间地支撑结构160供应一个或多个复合片材。接下来，如图6(b)-6(c)所示，该方法包括通过堆叠组件120将第一复合层200放置在铺叠工具140上。通过将堆叠组件120移动到铺叠工具140或者在一些情况下通过将铺叠工具140朝向堆叠组件移动来执行放置。例如，如图6(b)-6(c)所示，在一些实施例中，该方法包括通过支撑结构160(例如，通过如图5所示的平坦表面162的开口164)将堆叠组件120移动到铺叠工具140，并将第一复合层200放置在铺叠工具140的模制表面141上。在将第一复合层200放置在铺叠工具140上之后，该方法包括在与方向'z'相反的方向上移动堆叠组件120以获得其先前的位置，如图6(d)所示。该方法还包括用第二复合层202重复步骤6(a)和6(b)，用于将第二复合层202放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层200上，如图6(e)-6(g)所示。因此，该方法包括类似于图6(a)所示的用于提供第一复合层200的方法步骤，如图6(e)所示在堆叠组件120和铺叠工具140之间提供第二复合层202。第二复合层202从设置在堆叠组件120和铺叠工具140之间的一个或多个复合片材产生。在下一步骤中，该方法包括通过堆叠组件120将第二复合层202放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层200上。如图6(f)-6(g)所示，该方法包括类似于图6(b)-6(c)所示的步骤将堆叠组件120移动到铺叠工具140，并且将第二复合层202放置在铺叠工具140上的先前放置的第一复合层200上，以形成第一和第二复合层200和202的叠层210。在将第二复合层202放置在第一复合层200上之后，方法10包括在与方向'z'相反的方向上移动堆叠组件120以获得其先前的位置，如图6(h)所示。在这些实施例中，第一复合层200和第二复合层202在材料，取向或两者上可以相同或不同。
在一些实施例中，该方法包括用第三，第四和第n复合层重复如图6(e)-6(h)所示的步骤，用于将第三，第四和第n复合层放置在铺叠工具140上的先前放置的复合层上，以制作多个复合层的叠层。在这些实施例中，多个复合层在材料，取向或两者上可以相同或不同。
在一些实施例中，提供第一复合层200的步骤可包括在放置第一复合层200的步骤6(a)-6(c)之前或期间，从一个或多个复合片材产生第一复合层200。在这些情况下，该方法包括通过堆叠组件120将第一复合层200从一个或多个复合片材分离，例如使用堆叠组件120的冲压工具或分离工具(如前所述)。在一些实施例中，该方法包括将第一复合层200从一个或多个复合片材分离，同时通过支撑结构160(例如，通过基本平坦表面162的开口164)将堆叠组件120移动到铺叠工具140，并将第一复合层200放置在铺叠工具140上。以类似的方式，提供第二复合层202的步骤可包括在放置第二复合层202的步骤6(e)-6(g)之前或期间从一个或多个复合片材产生第二复合层202。方法10可包括通过堆叠组件120将第二复合层202从一个或多个复合片材分离，同时通过支撑结构160(例如，通过基本平坦表面162的开口164)将堆叠组件120移动到铺叠工具140，并将第二复合层202放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层200上。
类似地，该方法可以进一步包括在将后续复合层放置在先前放置的复合层上的步骤之前或期间，从一个或多个复合片材产生后续复合层。在一些实施例中，该方法包括在将第三，第四和第n复合层放置在先前放置的复合层上的相应步骤之前或期间，将第三，第四和第n复合层从一个或多个复合片材分离。
在一些其他实施例中，描述了用于制作多个复合层的叠层的替代方法。在这些实施例中，使用包括铺叠工具和多个堆叠组件的自动铺叠系统来执行用于制作多个复合层的叠层的方法。多个堆叠组件位于第一平面中，并且铺叠工具可在平行于第一平面的第二平面中移动到与多个堆叠组件对准的多个位置。多个堆叠组件中的每个堆叠组件和铺叠工具在自动铺叠系统的操作状态下朝向彼此可移动。在一些实施例中，多个堆叠组件中的每个堆叠组件包括分离工具和定位工具。在一些实施例中，每个堆叠组件还包括如本文所述的形成工具。多个堆叠组件可构造成将相同或不同形状，尺寸，或形状或尺寸的复合层从一个或多个复合片材分离。在这些实施例中，多个复合层的叠层中的每个复合层可以在材料，形状，尺寸，取向或其组合方面不同。
该方法包括步骤(i)：在铺叠工具和多个堆叠组件之间提供一个或多个复合片材。在一些实施例中，提供一个或多个复合片材包括使用支撑结构供应一个或多个复合片材。一个或多个复合片材在其材料，结构(例如，纤维取向)或两者上可以相同或不同。在一些实施例中，在铺叠工具和多个堆叠组件中的每个堆叠组件之间供应一个复合片材。在提供一个或多个复合片材之后，该方法包括步骤(ii)：将第一复合层从一个或多个复合片材分离，并通过多个堆叠组件中的第一堆叠组件将第一复合层放置在铺叠工具上。当铺叠工具处于与第一堆叠组件对准的多个位置中的第一位置时，通过使第一堆叠组件和铺叠工具彼此靠近来执行这种分离和放置第一复合层。分离第一复合层的步骤可以在将第一复合层放置在铺叠工具上的步骤之前或期间进行。该方法还包括步骤(iii)：将具有第一复合层的铺叠工具移动到与多个堆叠组件中的第二堆叠组件对准的多个位置中的第二位置。然后，该方法包括步骤(iv)：将第二复合层从一个或多个复合片材分离，并通过第二堆叠组件将第二复合层放置在放置在铺叠工具上的第一复合层上。在第一复合层放置在铺叠工具上的情况下，通过使第二堆叠组件和铺叠工具彼此靠近来执行分离和放置第二复合层。分离第二复合层的步骤可以在将第二复合层放置在放置在铺叠工具上的第一复合层上的步骤之前或期间进行。
在一些实施例中，该方法还包括重复步骤(iii)和(iv)多次，以当铺叠工具处于与多个堆叠组件中的第三，第四和第n堆叠组件对准的多个位置中的第三，第四和第n位置时，将第三，第四和第n复合层放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上，以制作多个复合层的叠层。值'n'可以是至少5。取决于各种参数，例如复合层的厚度和各种最终用途应用，'n'的值可以在从5到约10000的范围内。在一些实施例中，'n'的值在从约10至约1000的范围内。
在一些实施例中，该方法包括在将铺叠工具移动到与多个堆叠组件中的堆叠组件对准的位置之后，并且在将复合层放置在铺叠工具上或将后续复合层放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上之前，使铺叠工具绕竖直轴线旋转以获得期望的位置(例如，期望的取向)。铺叠工具的这种旋转允许将后续复合层相对于铺叠工具上的先前放置的复合层以期望取向放置。
在一些实施例中，该方法还包括在步骤(ii)之后且在步骤(iv)之前在第一复合层上施加第一压缩力，并在步骤(ⅳ)之后在第二复合层上施加第二压缩力。在一些实施例中，可以在放置第一复合层之后或期间执行第一压缩力在第一复合层上的施加。在一些实施例中，可以在将第二复合层放置在第一复合层上之前执行第一压缩力在第一复合层上的施加。在一些实施例中，可以在将第二复合层放置在第一复合层上之后或期间执行第二压缩力在第二复合层上的施加。在一些实施例中，在将第三复合层放置在第二复合层上之前，执行第二压缩力在第二复合层上的施加。类似地，该方法包括在将相应的第三，第四和第n复合层放置在铺叠工具上的先前放置的复合层之后或期间独立地在相应的第三，第四和第n复合层上施加第三，第四和第n压缩力。在一些实施例中，在将后续复合层放置在铺叠工具上的先前放置的复合层上之前，在相应的第三，第四和第n复合层上施加第三，第四和第n压缩力。
图7(a)-7(h)示意性地表示用于使用如图2所示的自动铺叠系统101制作多个复合层的叠层的方法的一个实施例。在图7(a)中，铺叠工具140位于与第一堆叠组件122对准的第二平面‘X2’中的第一位置152处。如图7(a)所示，该方法包括在堆叠组件122,124和铺叠工具140之间提供复合片材250。如图所示，该方法包括使用支撑结构160供应复合片材250。在一些实施例中，该方法包括沿着纵向方向'L'在堆叠组件122,124和铺叠工具140之间供应复合片材250。在一些其他实施例中，该方法包括在横向方向'T'上在堆叠组件122和铺叠工具140之间供应复合片材250。
在下一步骤中，该方法包括将第一复合层252与复合片材250分离，并将第一复合层252放置在铺叠工具140的模制表面141上。通过将第一堆叠组件122移动到铺叠工具140，由第一堆叠组件122执行分离和放置第一复合层252，如图7(b)-7(c)所示。在将第一复合层252放置在铺叠工具140上之后，该方法包括将第一堆叠组件122在方向'z'的相反方向上移动到其先前位置，如图7(d)所示。
在下一步骤中，该方法包括将铺叠工具140移动到与第二堆叠组件124对准的第二平面‘X2’中的第二位置154，如图7(e)所示。在该阶段，该方法包括在堆叠组件124和铺叠工具140之间提供复合片材250或另一复合片材260，如图7(e)所示。在复合片材250在纵向方向'L'上供应的实施例中，该方法可包括在堆叠组件124和铺叠工具140之间继续供应复合片材250。在复合片材250在横向方向上供应的实施例中，该方法可包括在堆叠组件124和铺叠工具140之间供应另一复合片材260。该方法包括将第二复合层254或262从相应的复合片材250或260分离，并将第二复合层254或262放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层252上。通过将第二堆叠组件124移动到铺叠工具140，可以通过第二堆叠组件124执行如图7(f)-7(g)所示的分离和放置第二复合层254或262。在将第二复合层254或262放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层252上之后，该方法包括将第二堆叠组件124在方向'z'的相反方向上移动到其先前位置。将第二复合层254或262放置在第一复合层252上在铺叠工具140上形成了第一复合层252和第二复合层254或262的叠层300。
在一些实施例中，该方法包括在如图7(c)所示将第一复合层252放置在铺叠工具140上之后或期间，通过第一堆叠组件122(例如，通过堆叠组件122的形成工具)在第一复合层252上施加第一压缩力。类似地，该方法还包括在如图7(g)所示将第二复合层254或262放置在放置在铺叠工具140上的第一复合层250上之后或期间，通过第二堆叠组件124在第二复合层254或262上施加第二压缩力。在这些实施例中，形成的所得叠层300可以是复合结构。在一些其他实施例中，该方法包括在第一复合层252和第二复合层254或262的叠层上施加压缩力以形成复合结构。
在自动铺叠系统的实施例中，例如自动铺叠系统102包括如图3所示的两个铺叠工具140，该方法包括在将铺叠工具140移动到第二平面'X2'中的第二位置之后，将另一个铺叠工具140移动在与第一堆叠组件122对准的第一位置152处，如图7(i)所示。在这些实施例中，该方法包括重复如图7(a)-7(d)所示的步骤，用于将另一组第一复合层252放置在另一个铺叠工具144上，并且放置第二复合层254或262用于形成第一复合层252和第二复合层254或262的另一叠层，同时继续所需步骤，用于在铺叠工具140上形成叠层300，并将铺叠工具140移动到第二平面'X2'中的后续位置。
尽管为了简单起见，参考图1,2和3描述了方法和方法的特征，但是本文描述的方法和方法的特征适用于图4的自动铺叠系统103。此外，该方法包括向如图1-4所示的自动铺叠系统100,101,102和103提供任意数量的铺叠工具，以形成用于制造所需数量的复合结构的若干叠层。以这种方式，该方法提供了用于形成用于生产目的的复合结构的成本有效的方法。
从本说明书中可以理解，本方法和系统可以允许自动放置复合层，同时避免从一个位置(例如，从切割设备)拾取复合层并放置在另一个位置(例如，冲压或形成设备)，以形成复合层的叠层。另外，本公开的方法和系统可以包括在单个设备中自动执行分离，放置和形成步骤，用于将复合层放置在铺叠工具上以形成多个复合层的叠层。此外，在一些实施例中，如本文所述的方法允许形成多个复合层的叠层以形成复合结构，多个复合层包括根据需要在材料，纤维取向，形状，尺寸或其组合方面不同的复合层。
虽然本文仅说明和描述了本公开的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，应理解，所附权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (20)

1.一种制作多个复合层的叠层的方法，其特征在于，包括：
(a)在自动铺叠系统的铺叠工具和堆叠组件之间提供一个或多个复合片材，其中所述堆叠组件位于所述自动铺叠系统的第一平面中，并且所述铺叠工具位于与所述第一平面平行的第二平面中，其中所述堆叠组件和所述铺叠工具能够朝向彼此移动；
(b)由所述一个或多个复合片材产生第一复合层；
(c)通过使所述堆叠组件和所述铺叠工具彼此靠近，通过所述堆叠组件将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上；和
(d)重复步骤(b)和(c)，以产生第二复合层，并将所述第二复合层放置在放置在所述铺叠工具上的所述第一复合层上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括重复步骤(d)多次，以由所述一个或多个复合片材产生第三、第四和第n复合层，并将所述第三、第四和第n复合层放置在所述铺叠工具上的先前放置的复合层上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中产生步骤包括通过所述堆叠组件从所述一个或多个复合层分离所述第一复合层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：在将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上之后或在将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上期间，并且在步骤(d)之前，在所述第一复合层上施加第一压缩力；以及在将所述第二复合层放置在所述第一复合层上之后或在将所述第二复合层放置在所述第一复合层上期间，在所述第二复合层上施加第二压缩力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述多个复合层的所述叠层上施加压缩力以形成复合结构。
6.一种制作多个复合层的叠层的方法，其特征在于，包括：
(i)在自动铺叠系统的铺叠工具和多个堆叠组件之间提供一个或多个复合片材，其中所述多个堆叠组件位于所述自动铺叠系统的第一平面中，并且所述铺叠工具能够在与所述第一平面平行的第二平面中移动到与所述多个堆叠组件对准的多个位置，并且其中所述多个堆叠组件和所述铺叠工具能够朝向彼此移动；
(ii)当所述铺叠工具处于与所述多个堆叠组件中的第一堆叠组件对准的所述多个位置中的第一位置时，通过使所述第一堆叠组件和所述铺叠工具彼此靠近，通过所述第一堆叠组件从所述一个或多个复合片材分离所述第一复合层并将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上；
(iii)将具有所述第一复合层的所述铺叠工具移动到与所述多个堆叠组件中的第二堆叠组件对准的所述多个位置中的第二位置；和
(iv)通过使所述第二堆叠组件和具有所述第一复合层的所述铺叠工具彼此靠近，通过所述第二堆叠组件从所述一个或多个复合层分离第二复合层并将所述第二复合层放置在放置在所述铺叠工具上的所述第一复合层上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：在将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上之后或在将所述第一复合层放置在所述铺叠工具上期间，且在步骤(iv)之前，在所述第一复合层上施加第一压缩力；以及在将所述第二复合层放置在所述第一复合层上之后或在将所述第二复合层放置在所述第一复合层上期间，在所述第二复合层上施加第二压缩力。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中提供所述一个或多个复合片材包括使用支撑结构供应所述一个或多个复合片材。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：重复步骤(iii)和(iv)多次，以当所述铺叠工具位于与所述多个堆叠组件中的第三、第四和第n堆叠组件对准的所述多个位置中的第三、第四和第n位置时，通过所述多个堆叠组件中的所述第三，第四和第n堆叠组件从所述一个或多个复合片材分离所述第三、第四和第n复合层，并且将所述第三、第四和第n复合层放置在所述铺叠工具上的先前放置的复合层上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：在将相应的所述第三、第四和第n复合层放置在所述先前放置的复合层上之前或将相应的所述第三、第四和第n复合层放置在所述先前放置的复合层上期间，且在放置后续复合层之前，在相应的所述第三、第四和第n复合层上施加第三、第四和第n压缩力。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述多个复合层的所述叠层上施加压缩力，以形成复合结构。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述多个复合层的所述叠层中的至少一个复合层在材料、形状、尺寸、取向或其组合方面不同于另一个。
13.一种自动铺叠系统，其特征在于，包括：
至少一个堆叠组件，所述至少一个堆叠组件位于第一平面内；
至少一个铺叠工具，所述至少一个铺叠工具能够在与所述第一平面平行的第二平面内移动到与所述至少一个堆叠组件对准的至少一个位置；和
支撑结构，所述支撑结构构造成将复合层或复合片材保持在所述至少一个堆叠组件和所述至少一个铺叠工具之间，
其中，所述至少一个堆叠组件包括定位工具，并且
其中，所述至少一个堆叠组件和所述至少一个铺叠工具能够朝向彼此移动。
14.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述至少一个铺叠工具能够在所述第二平面中从与第一堆叠组件对准的第一位置移动到与第二堆叠组件对准的第二位置。
15.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述至少一个铺叠工具构造成围绕竖直轴线旋转。
16.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述支撑结构是包括一个或多个开口的平坦表面。
17.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述至少一个堆叠组件进一步包括分离工具，所述分离工具构造成将所述复合层与所述复合片材分离。
18.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述至少一个堆叠组件进一步包括形成工具，所述形成工具构造成在所述复合层上施加压缩力。
19.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述至少一个堆叠组件进一步包括加热元件。
20.根据权利要求13所述的自动铺叠系统，其特征在于，其中所述自动铺叠系统包括多个堆叠组件，多个铺叠工具，或其组合。
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