CN110605545A - 用于复合零件制造的工具组件 - Google Patents

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CN110605545A CN201910375321.2A CN201910375321A CN110605545A CN 110605545 A CN110605545 A CN 110605545A CN 201910375321 A CN201910375321 A CN 201910375321A CN 110605545 A CN110605545 A CN 110605545A
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Abstract

用于复合零件制造的工具组件，其包括第一部件(112)、第二部件(114)以及紧固件。第一部件(112)具有包括顶面(136a)和至少第一互锁面(132)的第一接头部(122)。第二部件(114)具有被构造为与第一接头部(122)互锁的第二接头部(124)。第二接头部(124)包括顶面(136b)和与第一互锁面(132)互补的至少第二互锁面(134)。紧固件延伸穿过第一接头部和第二接头部。第一接头部(122)的第一互锁面(132)和顶面(136a)形成钝角角部(552)，并且第二接头部(124)的第二互锁面(134)和顶面(136b)形成锐角角部(572)。第一互锁面(132)被构造为接触第二互锁面(134)，以禁止第一部件(112)与第二部件(114)之间沿着工具组件(102)的纵轴(254)的相对移动。

Description

用于复合零件制造的工具组件
政府许可权
本发明是由美国政府支持、在美国国防部所授予的合同No.FA8650-17-C-5715下做出的。美国政府在本发明中具有特定权利。
技术领域
本公开总体涉及用于复合零件制造的工具组件及其接头。
背景技术
形成诸如复合飞机零件(例如，机翼、机身、机段等)这样的大型复合零件(还被称为工作部件)可能需要大型工具。这种工具包括披盖工具、支撑工具、积层面工具(常被称为模具或芯轴)等。这些工具用于各种复合零件形成过程中，诸如手积层、自动积层、披盖、热披盖、自动纤维放置、自动铺带、固化以及修整。这些工具包括用于形成复合零件或支持复合零件的形成的面(例如，积层面)。积层面可以包括符合设计规范且与被形成的复合零件互补的形状、轮廓和/或几何结构。
这种工具常由金属制成，并且是整体(monolithic)部件(即，诸如由焊接或粘结接头由多个永久接合部件组成的单个结构)。另外，这些工具具有精确成型面(例如，在可允许公差内)，并且必须能够承受复合零件的重量和形成复合零件的严格要求。例如，特定工具在复合形成和固化期间可能经受真空条件(例如，真空压力)和高温条件。如果工具在加热、重量、或真空条件下变形变得在来自现有技术的公差之外，不能维持真空条件，或者不能维持公差，则工具不能创建零件，并且必须创建新工具。零件的产生可能被停止，直到新工具可用为止。而且，有时在设计过程期间，生成多个工具设计(例如，原型工具或工具的迭代)，以改善零件的形成过程。由此可见，当前工具可能具有高制造成本和/或具有长制造周期。
发明内容
在特定实施方案中，工具组件包括第一部件，该第一部件具有包括顶面和至少第一互锁面的第一接头部。工具组件还包括第二部件，该第二部件具有被构造为与第一接头部互锁的第二接头部，第二接头部包括顶面和与第一互锁面互补的至少第二互锁面。工具组件还包括紧固件，该紧固件延伸穿过第一接头部和第二接头部。第一接头部的第一互锁面和顶面形成钝角角部，并且第二接头部的第二互锁面和顶面形成锐角角部。第一互锁面被构造为接触第二互锁面，以禁止第一部件与第二部件之间沿着工具组件的纵轴的相对移动。
在另一个特定实施方案中，工具组件包括第一部件，该第一部件具有顶面和包括至少第一互锁面的第一接头部。工具组件还包括第二部件，该第二部件具有被构造为与第一接头部互锁的第二接头部，第二接头部包括顶面和与第一互锁面互补的至少第二互锁面。工具组件还包括紧固件，该紧固件延伸穿过第一接头部和第二接头部。第一部件的第一互锁面和顶面形成钝角角部，并且第二接头部的第二互锁面和顶面形成锐角角部。第一互锁面被构造为接触第二互锁面，以禁止第一部件与第二部件之间沿着工具组件的纵轴的相对移动。
在特定实施方案中，一种加热工具组件的方法包括以下步骤：经由第一接头部和第二接头部接合工具组件的第一部件与工具组件的第二部件。方法还包括以下步骤：将紧固件插入穿过工具组件的第一接头部和第二接头部。方法还包括以下步骤：向工具组件施加热，其中，在加热时，第一接头部和第二接头部的互锁面相互紧靠。
在另一个特定实施方案中，一种向工具组件涂敷复合材料的方法包括以下步骤：经由第一接头部和第二接头部接合工具组件的第一部件与工具组件的第二部件，其中，工具组件包括积层面。方法还包括以下步骤：将复合材料涂敷到积层面上。积层面被构造为支持复合零件的形成，并且具有与复合零件的形状互补的形状。
在又一个特定实施方案中，一种制造工具组件的方法包括以下步骤：使用添加制造过程形成工具组件的第一部件的第一接头部。第一接头部包括顶面和至少第一互锁面。方法还包括以下步骤：使用添加制造过程形成工具组件的第二部件的第二接头部。第二接头部包括顶面和与第一互锁面互补的至少第二互锁面。
通过使用工具组件(例如，多部件工具)，如与单部件工具相比，可以更快速且以降低的成本形成复合零件。另外，通过使用具有接头部和互锁面的工具组件，可以制造支持大型复合部件(诸如机翼和机身段)的形成的工具组件。
附图说明
图1是例示了复合零件制造系统的示例的框图；
图2是例示了用于与图1的系统一起使用的工具组件的示例的等距视图的图；
图3是例示了图2的工具组件的剖面的等距视图的图，该图描绘了该工具组件的接头；
图4是例示了图3的工具组件的剖面的展开等距视图的另一个图，该图描绘了该工具组件的接头；
图5是例示了图2的工具组件的接头部的分解前视图的图；
图6是例示了图2的工具组件的剖面的前视图的图，该图描绘了该工具组件的特定接头；
图7是例示了包括紧固件的工具组件的另一个示例的剖面的图；
图8是例示了包括第二紧固件的图6的工具组件的剖面的图；
图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G、图9H、图9I、图9J、图9K、图9L、图9M、图9N以及图9O各是例示了工具组件的其他示例的接头部的示例的图；
图10是例示了包括O型圈的工具组件的部件的示例的图；
图11是例示了包括O型圈和支撑板的工具组件的示例的图；
图12是例示了包括O型圈和带的工具组件的部件的特定示例的图；
图13是例示了包括O型圈和带的工具组件的部件的另一个示例的图；
图14是加热工具组件的方法的示例的流程图；
图15是向工具组件涂敷复合材料的方法的另一个示例的流程图；
图16是操作复合零件制造系统的方法的示例的流程图；以及
图17是包括使用工具组件形成的复合零件的交通工具的例示性实施方案的框图。
具体实施方式
这里公开的实施方案使得能够使用工具组件(即，多部件工具)形成复合零件(例如，固化大型复合零件)。在飞机的背景下的大型复合零件的示例是机翼部件，诸如前缘、襟翼、或机翼这样的其他零件、以及飞机的机身部件。大型复合零件的其他示例包括火箭机身和稳定装置以及船体或船壳。工具组件的部件由接头部接合在一起，以形成接头。接头部包括一个或更多个互锁面，该一个或更多个互锁面自互锁，并且能够在加热时承受热膨胀，并且维持真空密封和真空完整性。例如，工具组件的部件的热膨胀绷紧互锁面之间的真空密封。接头部互锁，使得工具组件的积层面在设计公差内(即，不变形至在所设计或期望公差之外的形状)。另外，接头部强至足以使得能够处理工作组件。在一些实施方案中，工具组件包括：一个或更多个紧固件，该一个或更多个紧固件使得能够热膨胀并提高接头强度，以启用工具处理；和/或粘合材料(例如，粘合薄膜或糊状粘合剂)，该粘合材料进一步固定工具组件并维持真空密封和真空完整性。虽然这里描述了“粘合材料”，但可以使用将部件粘附或粘结在一起(永久或临时地)的任意合适类型的材料。
在一些实施方案中，工具组件包括一个或更多个添加制造的部件，诸如由熔丝制造(FFF)制作的片，该FFF诸如为熔融沉积成型(FDM)、塑料喷射打印(PJP)、三维(3D)打印、粉末床加工、选择性热烧结(SHS)、立体平版印刷(SLA)、选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)等制造。工具组件的添加制造工具片通常由通常为化学惰性的材料制成，由此，添加制造工具片之间的粘结接头或粘结对接接头可能难以形成。另外，工具组件的添加制造工具部件通常由热膨胀系数是各向异性的材料来形成(即，工具部件沿不同方向不同地膨胀)。该各向异性热膨胀可能降低工具组件在受热工具使用环境(例如，复合零件的制造)中维持真空完整性的能力。通过使用具有这里描述的互锁面的接头部，工具组件可以包括一个或更多个添加制造部件，并且可以支持大型复合零件的形成。
如与整体金属工具相比，诸如这里描述的工具组件这样的多部件工具组件可以具有更低的成本和减少的工具制造周期。另外，如与整体金属工具或金属工具组件相比，具有添加制造的部件(additively manufactured pieces)的多部件工具组件可以具有更低的成本和减少的工具制造周期。具有添加制造部件的工具组件的更低成本和减少的制造周期可以降低与制造复合零件(例如，大型复合零件)和包括复合零件的系统关联的成本和制造周期。
图1例示了复合零件制造系统100的示例，该复合零件制造系统100包括工具组件102、积层装置104、真空系统106、固化装置108以及控制器110。复合零件制造系统100使得能够形成诸如复合零件190的复合零件。复合零件制造系统100可以包括或对应于手积层制造系统、自动积层制造系统、披盖系统、热披盖系统、自动纤维放置系统、自动铺带系统、复合零件修整系统、或其组合。
工具组件102包括两个或更多个部件112、114。如图1所例示的实施方案例示，工具组件包括第一部件112和第二部件114。在一些实施方案中，第一部件112和第二部件114诸如由互锁而接合在一起，以形成积层面116。在其他实施方案中，两个或更多个部件112、114中的特定部件包括积层面116，或者工具组件102的两个或更多个部件112、114中的部件的子集包括积层面116。工具组件102的两个或更多个部件112、114各包括一个或更多个接头部122、124。如图1所例示的实施方案例示，第一部件112包括第一接头部122，并且第二部件114包括第二接头部124。第二接头部124被构造为与第一接头部122互锁。各接头部122、124包括一个或更多个互锁面132、134。如图1所例示的实施方案例示，第一接头部122包括第一互锁面132，并且第二接头部124包括第二互锁面134。另外，各接头部122、124包括对应的顶面136。进一步参照图3至图6以及图9A至图9O描述特定接头和互锁面结构(例如，被构造为互锁的两个互锁面)。
第一互锁面132和第二互锁面134是互补互锁面。例如，第一互锁面132和第二互锁面134相对于特定参考平面或面以互补角度定位。第一互锁面132和第二互锁面134被构造为彼此互锁，并且形成真空密封或维持真空完整性。为了例示，第一互锁面132被构造为接触第二互锁面134，以禁止第一部件112与第二部件114之间的相对移动。互锁面132、134可以禁止第一部件112与第二部件114之间沿着特定方向或轴线或在特定平面内的相对移动。如图2例示，互锁面132、134禁止第一部件112与第二部件114之间沿着纵轴254的相对移动。在其他实施方案中，互锁面132、134禁止第一部件112与第二部件114之间沿着图2的横轴256的相对移动。
第一互锁面132和第二互锁面134还被构造为释放来自热膨胀和处理的应力和应变。在一些实施方案中，第一互锁面132和第二互锁面134被构造为在高温条件和/或真空条件下“绷紧”(例如，通过推挤另一个和/或朝向彼此推动形成更紧密封)。例如，提高接头部122、124的温度可能使得接头部122、124经受热膨胀，热膨胀增大对第一互锁面132和第二互锁面134的力和压力，使得第一互锁面132和第二互锁面134在微观等级上变形，以更大程度地彼此咬合(例如，如与热膨胀之前的互锁面132、134之间的接触相比，第一互锁面132和第二互锁面134的更大部分在微观等级上接触彼此)。该变形可以启用更气密的密封和/或生成更多摩擦(即，对移动的更多阻力)。
在工具组件102的部件112、114的一个或更多个面(例如，顶面136)接合在一起时，它们限定积层面116。在特定示例中，部件112、114的任意面可以为或限定积层面116。积层面116被构造为支持复合零件190的形成。例如，积层面116充当用于积层装置104和复合材料142的形式、模具或芯轴。为了例示，工具组件102的积层面116的形状与复合零件190的形状类似或互补。复合材料142(例如，在树脂基质中嵌入的纤维材料的板层)在热和/或压力下符合工具组件102的积层面116的形状，以形成复合零件190。
积层装置104被构造为将复合材料142定位或沉积在工具组件102的积层面116上。积层装置104包括或对应于自动积层机、自动铺带机或自动纤维放置机。复合材料142可以是丝束、带、板层等的形式。复合材料142是组合创建具有与独立材料特性不同的材料特性的材料的两种或更多种构成材料，诸如蜂窝面板、纤维和树脂等。在一些示例中，这里描述的工具组件102可以用于由是织物或纤维(玻璃纤维、碳、金属碳纤维、芳纶、镀铝玻璃纤维等)和树脂(环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)、乙烯酯、聚酯)的组合的复合材料142制成零件。
在其他实施方案中，复合零件制造系统100不包括积层装置104。在这种实施方案中，积层装置104与复合零件制造系统100分离，或者积层用手手动进行。
真空系统106包括被构造为生成并维持真空条件(例如，是小于环境压力的压力的真空压力、或真空密封)的一个或更多个部件。例如，真空系统106包括泵172、真空板174以及气囊176，它们被构造为生成并维持复合材料142与工具组件102之间或周围的真空条件。作为另一个示例，真空系统106包括泵172和真空袋178。真空系统106在复合零件190的制造过程的至少一部分期间生成并维持真空条件。
固化装置108被构造为固化复合材料142，以形成复合零件190。固化装置108可以包括加热装置182、照明装置184或其组合。例如，固化装置108可以包括或对应于加热器、激光器、烤箱、高压釜等。另外或另选地，固化装置108包括或对应于紫外光源。
控制器110包括处理器162和存储器164。存储器164存储计算机可执行指令(例如，一个或更多个指令的程序)。处理器162被构造为执行在存储器164中存储的计算机可执行指令。指令在被执行时使得复合制造系统的一个或更多个部件执行参照图14和图15描述的方法的一个或更多个操作。
控制器110被构造为控制复合零件制造系统100的一个或更多个部件。例如，控制器110可以控制或协调积层装置104、真空系统106、固化装置108或其组合的操作。为了例示，控制器110生成一个或更多个命令，并向复合零件制造系统100的一个或更多个部件发送命令。
在复合零件制造系统100的操作之前，组装工具组件102。例如，第一部件112的第一接头部122与第二部件114的第二接头部124紧密配合，以形成工具组件102及其积层面116。因为第一部件112和第二部件114可以是大部件(例如，5英尺×5英尺或10英尺×10英尺段)，所以机械(例如，叉车、电源起重器等)可以用于移动并操纵第一部件112和第二部件114。
在复合零件制造系统100的操作期间，积层装置104响应于接收来自控制器110的命令而将复合材料142涂敷或沉积到工具组件102的积层面116上。真空系统106生成并维持真空条件(例如，真空压力或真空密封)，并且固化装置108响应于接收来自控制器110的命令施加热、光或这两者来固化复合材料142。复合材料142在热、光或这两者的施加下经受化学反应和/或变形来形成复合零件190。所形成的复合零件190具有与工具组件的成型面(例如，积层面116)匹配的成型面。
在其他实施方案中，由积层装置104、机械或用手将工作零件192放置在工具组件102的积层面116上。然后将工作零件192修整(例如，切割、加工、弯曲等)成复合零件190。工作零件192可以由创建复合零件190的上述过程的一个或更多个步骤来形成。
在一些实施方案中，工具组件102的部件112、114由热塑性聚合物材料(例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)材料或碳填充的ABS材料)、热固性聚合物材料或另一种聚合物材料制造。工具组件102的部件112、114可以使用添加制造过程(诸如熔丝制造、熔融沉积成型、塑料喷射打印、3D打印、粉末床加工、选择性热烧结、立体平版印刷、选择性激光熔化、选择性激光烧结等)来构建。
在一些这种实施方案中，如参照图6至图8描述的，工具组件102的部件112、114与一个或更多个紧固件118、粘合剂或其组合接合。粘合剂被构造为帮助维持真空完整性，并且紧固件118被构造为支持工具组件102的工具组件102热膨胀的移动和/或粘合材料的设置。作为例示性示例，工具组件102包括紧固件118，该紧固件118延伸穿过第一接头部122和第二接头部124。
由此，复合零件制造系统100可以使得能够使用工具组件102制造大型复合零件190。具体地，复合零件制造系统100可以使得能够使用工具组件102制造大型复合零件190，该工具组件190由已经添加制造的部件112、114形成。因为工具组件102降低成本和制造时间，所以如与金属单部件工具相比，复合零件的制造降低成本和设计时间。另外，通过使用包括接头部122、124的工具组件102，如与使用由对接接头接合的更小工具组件来形成更小复合零件相比，复合零件制造系统100可以形成更大的复合零件。
图2是例示了工具组件102的示例的等距视图的图。图2的图沿垂直轴252、纵轴254以及横轴256例示了工具组件102。如图2例示，工具组件102包括第一部件112、第二部件114以及第三部件202。图2例示了纵向对齐的工具组件102的图，其中，部件112、114、202沿纵轴254设置。在其他实施方案中，工具组件102可以周边对齐，诸如沿着圆的周边的至少一部分围绕该圆的中心对齐。在特定实施方案中，工具组件102包括一个或更多个周边对齐的部件、一个或更多个纵向对齐的部件或其组合。
如图2例示，积层面116由部件112、114、202的顶面136形成或与其对应。在其他实施方案中，积层面116包括部件112、114、202的一个或更多个其他面，诸如侧面、底面、切口面(例如，切口212的面)或其组合。
在一些实施方案中，部件112、114、202中的一个或更多个包括切口212。切口212被构造为减小工具组件102的重量和体积，提供积层面116的一部分，修整复合零件190或其组合。另外，切口212可以使得能够运输工具组件102及其部件112、114、202。例如，叉车叉可以插入穿过切口212中的一个或更多个，以提起、移动、操纵和组装工具组件102。另外或另选地，工具组件102的一个或更多个部件112、114、202包括肋或支架(未示出)，这些肋或支架使得能够移动或操纵工具组件102或其部件112、114、202。例如，肋或支架可以形成用于叉车的叉或另一个移动设备的提升装置的通道或引导物。
如参照图3所描述并例示的，部件112、114、202由诸如图1的接头部122、124的接头部接合。图2还描绘了沿着穿过部件112、114、202的纵轴254定向的剖面线A-A。图9A至图9O进一步例示并描述了部件112、114、202的接头部(诸如图1的接头部122、124)的其他示例。
图3是例示了图2的工具组件102的剖面线A-A的等距视图的图，该图描绘了该工具组件的接头302、304。图3例示了工具组件102的示例接头方案。如图3例示，工具组件102包括具有母接头部的第一部件112、具有两个公接头部的第二部件114、以及具有母接头部的第三部件202。在其他实施方案中，工具组件102可以包括一个或更多个部件，所述一个或更多个部件具有一个公接头部、一个母接头部、两个公接头部、两个母接头部、一个公母接头部、或其组合。如进一步参照图4例示并描述的，第一接头302由第一部件112和第二部件114形成，并且第二接头304由第二部件114和第三部件202形成。
在一些实施方案中，接头302、304沿着部件112、114、202的宽度在横轴256上延伸。在其他实施方案中，部件112、114、202包括沿着横轴256的接头302、304的一个或更多个段。例如，部件112、114、202由接头302、304的一个或更多个段以及沿着横轴256被放置在接头302、304的段之间的一个或更多个其他接头(例如，对接接头)的段接合。
图4是例示了图3的工具组件102的剖面的展开等距视图的另一个图，该图描绘了该工具组件的接头302、304。如图4所例示，第二部件114包括第三接头部422，并且第三部件202包括第四接头部424。第二部件114的第三接头部442被构造为与工具组件102的第三部件202的第四接头部424接合。由此，图4描绘了由第一部件112和第二部件114的第一接头部122和第二接头部124形成的第一接头302、以及由第二部件114和第三部件202的第三接头部422和第四接头部424形成的第二接头304。
在一些实施方案中，第三接头部442具有与第一接头部122或第二接头部124类似的形状。如图4所示的实施方案例示，第三接头部442具有与第二接头部124的形状类似的形状(例如，公接头部形状)，并且第四接头部444具有与第一接头部122的形状类似的形状(例如，母接头部形状)。
如图4例示，公接头部(即，第二接头部124和第三接头部422)包括突片402(例如，凸起)，这些突片嵌入到母接头部(第一接头部122和第四接头部424)的凹部中。如图4和图5例示，接头部122、124、422、424的面可以包括成角度面(例如，图5的互锁面132、134、516、536)。成角度面(例如，图5的互锁面132、134、516、536)可以帮助接头302、304比水平面或垂直面更佳地适应部件112、114、202的热膨胀。
部件的热膨胀基于部件的一些特性，诸如材料组成、结构(例如，诸如木纹或纤维结构的微结构)以及尺寸，或者受其管理。对于线性热膨胀(例如，沿着特定轴线的热膨胀)，部件的热膨胀取决于部件沿特定轴线的长度和沿着特定轴线的特定热膨胀系数，该膨胀系数取决于材料和结构。为了例示，对于第一部件112，因为第一部件112在纵轴254上的长度大于第一部件112在垂直轴252上的厚度且因为沿着纵轴254的热膨胀系数大于沿着垂直轴252的热膨胀系数，所以沿着纵轴254的热膨胀远大于沿着垂直轴252的热膨胀(例如，比其大100倍)。在特定实施方案中，因为材料的纤维以纵轴254来定向，所以第一部件112的材料具有如与垂直轴252相比大10倍的纵轴254上的热膨胀系数。沿着横轴256的热膨胀大致平行于接头302、304的方位，由此，沿着横轴256的热膨胀将接头302、304影响比沿着垂直或纵轴252、254的热膨胀更小的量。
对于传统接头，轴线252、254之间的热膨胀的这种差异可能使得图1的积层面116变形。例如，接头部122、124可能沿着垂直轴252偏转(例如，如图4例示的向上)并且使积层面变形。在图4所例示的实施方案中，突片402的几何结构使得突片402保持在适当的位置或如图4例示的向下偏转，由此，保持积层面116。另外，可以添加紧固件或粘合剂来使得突片402保持在适当的位置或抵抗垂直轴252上的偏转，这保持积层面116的几何结构。
图5是例示了图2的工具组件102的第一部件112和第二部件114的接头部122、124的分解图的图。分解图是第一接头部122和第二接头部124的剖面。
第一部件112的第一接头部122包括顶面136a、中间面514、518、垂直边缘面520、底面522、第一互锁面132以及第三互锁面516。如图5例示，第一部件112的顶面136a还是积层面116的一部分。在一些实施方案中，垂直边缘面520包括缺口592。在一些这种实施方案中，垂直边缘面520的一部分接触第二接头部124，诸如如图5例示的在缺口592下面的垂直边缘面520的部分。
顶面136a和第一互锁面132形成钝角角部552(例如，钝角边缘)。第一互锁面132和第一中间面514形成钝角角部554。第一中间面514和第三互锁面516形成钝角角部556。第三互锁面516和第二中间面518形成另一个钝角角部558。第二中间面518和垂直边缘面520形成大致直角角部560。垂直边缘面520和底面522形成大致直角角部560。
第二部件114的第二接头部124包括顶面136b、中间面534、538、垂直边缘面540、底面542、第二互锁面134以及第四互锁面536。如图5例示，第二部件114的顶面136b还是积层面116的一部分。
顶面136b和第二互锁面134形成钝角角部572。第二互锁面134和第一中间面534形成钝角角部574。第二中间面538和第四互锁面536形成钝角角部576。第四互锁面536和第二中间面538形成钝角角部578。第二中间面538和垂直边缘面540形成大致直角角部580。垂直边缘面520和底面522形成另一个大致直角角部560。
在一些实施方案中，互锁面132、134、516、536相对于图2的纵轴254以45度角定向。通过将互锁面132、134、516、536定向为成45度角或135度角的相对面，接头304变得自锁。这些45度或235度角相对面帮助减轻接头304的粘结(例如，粘结线)中的裂缝，这些裂缝从工具组件102在固化期间遭遇的热应力发生。通过减轻粘结线中的这些裂缝，工具组件102能够在图1的复合零件190的制造期间维持真空完整性(例如，维持所施加的真空压力)。
在一些实施方案中，接头部122的互锁面132、134、516、536，顶面136a、136b，中间面514、518、534、538，或垂直边缘面520、540形成圆角(例如，磨圆)或倒角角部590。由此，锐角角部527或钝角角部552、554、556、574、576中的一个或更多个是圆角或倒角角部590。如图5例示，钝角角部554、556、574、576是圆角(例如，磨圆)角部590。这种圆角或倒角角部590可以减小局部化应力和应变最大值，因此，可以减小接头部122、124的破坏或破裂。例如，如与尖角(例如，锐角角部和/或非圆角或倒角角部)或直角边缘和角部相比，圆角(例如，磨圆)或倒角角部和边缘不太可能引起局部化应力和应变最大值，因此，不太可能引起破坏或破裂。
第一接头部122和第二接头部124还分别包括柄脚582、584。柄脚582、584被构造为接触彼此，以形成接头。例如，柄脚(tang)582、584经由缺口592下方的垂直边缘面520、540接触彼此。如图6例示，柄脚582、584在接合时形成梯形形状。在一些实施方案中，如参照图7和图8描述的，柄脚582、584为紧固件提供空间。
图6是例示了图2的工具组件102的剖面的前视图的图，该图描绘了该工具组件的接头。图6例示了通过紧密配合第一部件112和第二部件114的接头部122、124形成的间隙602-606。如图6例示，互锁面132、134以及互锁面516、536接触并互锁。
如图6例示，在第一接头部122和第二接头部124接合(例如，紧密配合)时，由图5的面514、534形成第一间隙602(例如，该第一间隙被放置在这两个面之间并由其限定)，由图5的面518、538形成第二间隙604(例如，该第二间隙被放置在这两个面之间并由其限定)，并且由图5的垂直边缘面520、540形成第三间隙606(例如，该第三间隙被放置在这两个面之间并由其限定)。如图6例示，第三间隙606终止于缺口592处。如图6中由虚线矩形例示的，间隙606的末端和缺口592可以限定柄脚582、584的上部。
在图6中，连接第二间隙604和第三间隙606。在其他实施方案中或在诸如热膨胀的特定条件下，不连接第二间隙604和第三间隙606。例如，图5的面518、520、538、540中的一个或更多个靠近图5的角部560、576的部分，与图5的面518、520、538、540中的另一个的部分接触。图6还描绘了穿过第一间隙602的剖面线B-B。
在一些实施方案中，接头302包括被构造为形成接头302的面之间的粘结(例如，粘结线)的粘合材料612。在特定实施方案中，将粘合材料612涂敷到第一或第二接头部122、124中的一个的至少一部分。例如，粘合材料612被涂敷到第一接头部122和第二接头部124的特定部分，诸如与间隙602-606对应的第一接头部122和第二接头部124的面。在这种实施方案中，间隙602-606限定粘结线，这些粘结线是第一接头部122和第二接头部124的面由粘合材料612粘结的区域。粘结线帮助使得接头302能够维持真空完整性。例如，接头302中的间隙602-606为粘合材料612提供空间，并且禁止粘合材料612的移动，以维持接头302的真空完整性。另外，间隙602-606为工具组件102的材料的热膨胀提供空间。
粘合材料612可以包括热固性聚酰亚胺、苯并口恶嗪树脂、双马来酰亚胺、热固性聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂或乙烯酯。粘合材料612可以包括或对应于糊状粘合剂或粘合薄膜。粘合薄膜可以具有如与糊状粘合剂相比更高的耐热性(例如，能够承受高温而不变形或降低粘合强度)，但可能更难以组装。
图7是例示了图1的、包括紧固件118的第一示例的工具组件102的另一个示例的剖面的图。更具体地，紧固件118的第一示例是紧固件组件702。如图7例示，紧固件组件702包括螺栓712、垫圈714、弹簧716以及螺母718。在其他实施方案中，弹簧716可以用其他偏置构件代替，诸如弹簧垫圈、贝式(Belleview)垫圈等。
紧固件组件702被至少部分定位在间隙孔(未示出)，该间隙孔穿过第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584。如图7例示，紧固件组件702被定向为大致平行于积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b。在图7中，紧固件组件702被至少部分定位在埋头钻孔(例如，凹部)中。如图7例示，紧固件组件702延伸穿过第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584。在一些实施方案中，沿着图2的横轴256将多个紧固件组件702放置穿过柄脚582、584，以接合第一部件112和第二部件114。
当在高温环境中时，诸如当固化复合零件时或在加热时，弹簧716使得紧固件组件702能够在允许第一部件112和第二部件114的热膨胀的同时维持接合第一部件112和第二部件114的保持力。具体地，弹簧716可以变形(例如，扩展和压缩)，使得紧固件组件702在热膨胀的变化长度或阶段时提供保持力。另外，紧固件组件702被构造为在移动或处理工具组件102时释放对工具组件102的应力和应变。此外，紧固件组件702帮助维持工具组件102的真空完整性。
图8是例示了图1的、包括紧固件118的第二示例的图6的工具组件102的剖面的图。更具体地，紧固件118的第二示例是第二紧固件组件802。如图8例示，第二紧固件组件802包括螺钉812、垫圈714以及弹簧716。在其他实施方案中，第二紧固件组件802包括代替弹簧706的不同偏置构件。另选地，第二紧固件组件802包括或对应于单面紧固件。在这种实施方案中，第二部件114包括螺纹段或盖螺母。
第二紧固件组件802被构造为接合第一部件112和第二部件114。如图8例示，第一部件112包括埋头钻孔804，并且第二紧固件组件802插入到埋头钻孔804中。螺钉812的柄穿过螺钉812的螺纹811不与第一部件112啮合(即，接触)的、第一部件112的间隙孔806。螺钉812与垫圈714相对的远端的螺纹822和螺钉头在导孔808中啮合(即，接触)第二部件114。虽然螺钉812在图8中被例示为全螺纹，但在其他实施方案中，螺钉812的柄的一部分是没有螺纹的(例如，部分螺纹的螺钉812或柄)。在其他实施方案中，第一部件112包括作为埋头钻孔804的另选方案的埋头缩孔或凹部。
因为第二紧固件组件802的螺钉812驱动到第二部件114(例如，接头302的顶部件)中，所以第二紧固件组件802将部件112、114固定(例如，推动)在一起，这使接头302稳定。因为螺钉812的螺纹822穿过第一部件112的间隙孔806，所以第二紧固件组件802使得工具组件102的材料能够在高温环境中膨胀(例如，使得第一部件112、第二部件114和/或间隙603膨胀和收缩)。弹簧716启用工具组件102的热膨胀，并且可以禁止将由工具组件102的热膨胀引起的应力和应变转移到螺钉812本身中。第二紧固件组件802帮助维持工具组件102的真空完整性。在一些实施方案中，沿着接头302的中心线(在第一与第二部件112、114之间沿着图2的横轴256)放置多个第二紧固件组件802。
图9A至图9O各是例示了用于工具组件102的其他接头的接头部的示例的图。图9A至图9O例示了接头的剖面图。图9A和图9B例示了搭接接头的示例(例如，半搭接拼合接头)。图9A例示了包括图1的紧固件118的第三示例(即，第三紧固件组件902)的半搭接拼合接头910的示例剖面。如图9A例示，第三紧固件组件902包括螺栓712、两个垫圈714以及螺母718。图9B例示了包括图1的紧固件118的第四示例(即，第四紧固件904)的半搭接拼合接头910的另一个示例剖面。如图9B例示，第四紧固件904包括或对应于螺钉，诸如图8的螺钉812。
图9C至图9G例示了榫槽接头920的示例。如与图9A和图9B的搭接接头910相比，图9C至图9G的榫槽接头920具有嵌件或榫舌922，这些嵌件或榫舌被放置在图1的积层面116与接头部122、124的图5的顶面136a、136b或图5的底面522、542之间。如图9C至图9G例示，榫舌922被定向在图1的积层面116以及第一和第二部件的顶面136a、136b在图2的垂直轴252的下方或正下方。
图9H至图9K例示了斜接接头930(例如，尖头斜接接头)。图9H至图9K的斜接接头930包括互锁面132、134和尖头934(例如，啮合紧密配合部件中的匹配肩部的钝部或特征)。互锁面132、134相对于顶面136a、136b成角度。
图9I和图9J例示了具有第三紧固件组件902的尖头斜接接头930的示例。如与图9H的尖头934相比，图9I的尖头934a在图2的垂直轴252上更大或更深。图9H和图9K例示了具有第四紧固件904的尖头斜接接头930的示例。如与具有大致垂直面的图9H和图9I的尖头934、934a相比，与图9J和图9K的顶面136a、136b对应的尖头934b(例如，如图9J和图9K例示的上尖头934b)具有成角度面936，并且与成角度面936形成钝角角部937或外侧边缘938。
图9L例示了斜面搭接接头940的示例(例如，斜面搭接拼合接头)。如与图9A和图9B的半搭接拼合接头910相比，斜面搭接拼合接头940具有成角度中间面942。成角度中间面942包括：相对于积层面116成角度定位的一对互补中间面。
图9M例示了组合接头950的示例(例如，斜面搭接和斜接接头)。组合接头950包括尖头934是斜面搭接接头940的斜接接头930。如图9M例示，斜接接头930从斜面搭接接头940的一端开始。如与图9L的斜面搭接接头940相比，图9M的组合接头950包括成角度斜接部952，该斜接部包括互锁面132、134。如图9M例示，组合接头950包括第四紧固件904，该第四紧固件904插入到第二部件114的第二接头部124的埋头钻孔804中。在一些实施方案中，第二接头部124包括间隙孔806，并且第三紧固件组件902的螺纹822在间隙孔806中不接触第二接头部124。如图9M例示，第四紧固件904被定向为相对于积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b成角度。第四紧固件904被定向为大致正交于成角度斜接部952，并且穿过第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584。
图9N例示了成角度嵌合拼合接头960的示例(又名钩形斜接接头)。如图9N例示，成角度嵌合拼合接头960包括第四紧固件904，该第四紧固件插入到第一接头部122的埋头钻孔804中。在一些实施方案中，第一接头部122包括间隙孔806，并且螺钉812的螺纹822在间隙孔806中不接触第一接头部122。
如图9N例示，第四紧固件904和埋头钻孔804被定向为大致正交于成角度中间面944，并且相对于图1的积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b成角度。另外或另选地，第四紧固件904和/或一个或更多个另外紧固件(诸如紧固件118、904中的一个或紧固件组件702、802、902中的一个)可以被设置为沿着图2的垂直轴252并大致正交于图1的积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b。如与具有被放置为相对于积层面116成角度的互锁面132、134、516、536以及大致平行于积层面116的中间面514、534的图5和图6的接头302相比，图9N的成角度嵌合拼合接头960包括垂直互锁面962、964以及成角度中间面942、944。垂直互锁面962、964各包括大致正交于积层面116的一对互补互锁面(例如，诸如互锁面132、134)。
图9O例示了具有被放置为相对于积层面116成角度的互锁面132、134、516、536的成角度嵌合拼合接头960的示例。如图9O例示，成角度嵌合拼合接头960的第一接头部122包括埋头钻孔804和间隙孔806，并且第二接头部124包括用于接收诸如第四紧固件904的紧固件的导孔808。另选地，导孔808可以用单面紧固件的螺纹部(例如，盖螺母)代替或被构造为接收该螺纹部，使得该第一接头部122和第二接头部124可以与单面紧固件接合。如图9O例示，孔804-806被设置为沿着图2的垂直轴252并大致正交于图1的积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b。另外或另选地，紧固件(诸如紧固件118、904中的一个或紧固件组件702、802、902中的一个)可以被定向为大致正交于第二成角度中间面944，并且相对于图1的积层面116以及第一部件112和第二部件114的顶面136a、136b成角度。如与图5和图6的接头302相比，图9O的成角度嵌合拼合接头960包括成角度中间面942、944。
在一些实施方案中，成角度嵌合拼合接头960如图9O例示的包括间隙602-606。间隙602-606可以被构造为接收粘合材料612、键或楔子。例如，间隙604、606可以包括键孔，并且被构造为接收键或楔子。键或楔子的插入绷紧成角度嵌合拼合接头960。
图9A至图9N用特定类型的紧固件来描绘，诸如第三紧固件组件902或第四紧固件904中的一个。在其他实施方案中，其他类型的紧固件可以与图9A至图9O所描绘的示例一起使用，诸如紧固件118、904中的一个或更多个或紧固件组件702、802、902中的一个或更多个。在一些实施方案中，图9A至图9O的接头910-960包括一个或更多个另外紧固件。例如，示例接头可以包括如图例示的某一类型的多个紧固件和/或另一类型的一个或更多个另外紧固件。另外或另选地，图9A至图9O的接头910-960还包括图6的粘合材料612。在一些实施方案中，图9A至图9O的接头的角部或边缘是圆角角部或倒角角部。
图10是例示了包括环形圈密封1002(例如，管状密封或O型圈密封)的工具组件102的部件(诸如第一部件112)的示例的图。在一些示例中，环形圈密封1002是具有入口和相对出口的圆柱形。环形圈密封1002被放置在第一互锁面132与第二互锁面134之间(图10中未示出)。环形圈密封1002被构造为创建或维持互锁面132、134之间的气密密封。例如，第一部件112和第二部件114(例如，其接头部122、124)的接合压缩环形圈密封1002并创建或维持真空密封。如图10例示，环形圈密封1002被放置在第一互锁面132的中间，并且在横轴256上沿着第一互锁面132延伸。在其他实施方案中，环形圈密封1002可以更靠近或更远离工具组件102的顶部(例如，积层面116)地放置在第一互锁面132上。
在一些实施方案中，互锁面132、134中的一个或两个包括容纳环形圈密封1002的凹部。凹部被构造为使得能够在拆开工具组件102时插入或放置环形圈密封1002，并且在组装工具组件102时保持环形圈密封1002。
在一些实施方案中，环形圈密封1002作为图6的粘合材料612的另选方案使用。例如，在工具组件102未暴露到显著处理时(例如，引起创建大于粘合材料612或由其形成的粘合粘结可以承受的偏转的负载的处理条件)。
在其他实施方案中，环形圈密封1002连同图6的粘合材料612一起使用。例如，环形圈密封1002提供另外的密封或备份密封，使得由粘合材料612形成的粘合粘结中的裂缝不导致真空完整性的泄露或损失。粘合粘结中的这种裂缝可以由到重复固化过程的处理或暴露发生在大型工具中。
图10例示了将第一部件112联接到第二部件114的多个紧固件组件702。虽然图10例示的工具组件102的示例未例示在垂直轴252上延伸穿过第一部件112和第二部件114的紧固件(诸如图8的第二紧固件组件802)，但在其他实施方案中，如参照图8描述的，工具组件102包括在垂直轴252上延伸穿过第一部件112和第二部件114的一个或更多个紧固件。另外，图10的工具组件102的部件112、114、202可以具有接头部(例如，接头部122、124)，这些接头部如图2例示的在横轴256上仅沿着工具组件102的宽度的一部分延伸。
图11是例示了包括环形圈密封1002(例如，管状密封或O型圈密封)和支撑板1102的工具组件102的示例的图。支撑板1102被构造为固定两个邻接部件(例如，第一部件112和第二部件114)，并且使用一个或更多个紧固件(诸如图1的紧固件118)紧固到侧面1012。如图11例示，支撑板1102使用两个螺钉812联接到工具组件102，一个螺钉用于一个部件112、114。在一些实施方案中，如图11例示，支撑板1102覆盖或保护环形圈密封1002。为了例示，支撑板1102覆盖并保护环形圈密封1002的入口、出口、这两者(即，“端”)。在这种实施方案中，支撑板1102连同环形圈密封1002创建或维持真空密封。在特定实施方案中，环形圈密封1002延伸穿过工具组件102的侧面1012，使得将支撑板1102紧固到部件112、114压缩环形圈密封1002并创建或维持真空密封。
图12是例示了包括环形圈密封1002和带1202的工具组件102的部件的特定示例的图。在图12所例示的示例中，环形圈密封1002在横轴上256延伸到第一部件112的侧面1012。
带1202(例如，包带)被构造为，在固化期间将真空袋固定到工具组件102并在工具组件102与真空袋之间创建密封。真空袋(未示出)环绕在工具组件102周围，并且包括去除空气以生成真空压力的端口。
图13是例示了包括环形圈密封1002和带1202的工具组件102的部件(诸如第一部件112)的另一个示例的图。在图12所例示的示例中，环形圈密封1002延伸到在带1202下面(例如，在带1202与顶面136a之间)的第一部件112的顶面136a(例如，积层面116)。例如，环形圈密封1002的入口或出口被放置为朝向顶面136a。在图13所例示的实施方案中，环形圈密封1002在侧面1012附近在垂直轴和纵轴252、254上延伸。在其他实施方案中，环形圈密封1002不在纵轴254上延伸的情况下延伸到顶面136a。例如，在接头部不沿着横轴256延伸工具组件102的整个宽度的工具组件102中，如图2例示，环形圈密封1002朝向工具组件102的端在垂直轴和横轴252、256向上弯曲。作为另一个示例，环形圈密封1002具有90度曲线并在工具组件102的端附近沿垂直轴252向上延伸。
如与图12所例示的构造相比，图13所例示的构造降低来自带1202与环形圈密封1002之间的区域的真空损失。另选地，图12中的构造降低来自环形圈密封的边缘的真空损失(例如，降低环形圈密封1002的端附近的真空泄露)。
在一些实施方案中，图12和图13的工具组件102还包括支撑板，诸如图11的支撑板1102。在特定实施方案中，支撑板1102联接到侧面1012，并且环形圈密封1002延伸到顶面136a和带1202(即，不延伸到支撑板1102)。在另一个特定实施方案中，支撑板1102联接到顶面136a，并且环形圈密封1002延伸到支撑板1102。
图14例示了加热工具组件(诸如工具组件102)的方法1400的特定示例。作为例示性非限制性示例，方法1400可以由图1的复合零件制造系统100、积层装置104、固化装置或其组合来执行。工具组件102可以包括如参照图3至图8以及图9A至图9O描述的一个或更多个接头。在图14中，方法1400的可选步骤被例示为虚线框。
在一些实施方案中，方法1400包括以下步骤：在1402处，由添加制造形成工具组件的第一部件、工具组件的第二部件或这两者。例如，工具组件可以包括或对应于图1的工具组件102。第一和第二部件可以各包括或对应于图1的第一部件112、第二部件114或图2的第三部件202。为了例示，工具组件102的第一部件112、第二部件114或第三部件202如参照图1描述的可以由添加制造过程来形成或制造。示例性添加制造过程包括熔丝制造，诸如熔融沉积成型、塑料喷射打印、3D打印、粉末床加工、选择性热烧结、立体平版印刷、选择性激光熔化、选择性激光烧结等。
方法1400包括以下步骤：在1404处，经由第一接头部和第二接头部接合工具组件的第一部件与工具组件的第二部件。第一接头部和第二接头部可以各包括或对应于图1的第一接头部122或第二接头部124。第一接头部122和第二接头部124可以由手或由机械接合1404。作为另一个示例，接头部可以对应于图3至图8以及图9A至图9O的接头部。
方法1400包括以下步骤：在1406处，将紧固件插入穿过工具组件的第一接头部和第二接头部。例如，紧固件可以包括或对应于图1的紧固件118、图7的紧固件组件702、图8的第二紧固件组件802、图9的第三紧固件组件902、或图9的第四紧固件904。将紧固件118、904或紧固件组件702、802、902插入穿过第一接头部122和第二接头部124可以将第一接头部122和第二接头部124固定在一起，使得第一部件112和第二部件114可以移动为单个工具组件102移动，形成积层面116，或这两者。另外，第一接头部和第二接头部可以由手或由机械接合1404，并且如参照图1描述的，可以通过插入1406相同或不同类型的另外紧固件、应用粘合材料612或这两者来固定或进一步固定。
在一些实施方案中，方法1400还包括以下步骤：在1408处，将复合材料涂敷到工具组件的积层面上。积层面被构造为支持复合零件的形成，并且具有与复合零件的形状互补的形状。例如，如参照图1描述的，积层装置104响应于接收来自控制器110的命令，将复合材料142涂敷1408到工具组件102的积层面116上。为了例示，复合材料142可以使用用于将复合材料142定位在工具组件102上的任意合适方法来涂敷1408到积层面116上。例如，复合材料142可以由以下方式来涂敷1408：(a)手积层，该手积层包括由个人将复合材料142手动放置在积层面116上，(b)将具有真空辅助末端执行器的机器人用作将复合材料142放置到积层面116上的积层装置104来机器人地放置(例如，拾放)，(c)经由自动纤维放置(AFP)，在AFP中，充当积层装置104的机器将复合材料142放置在积层面116上，特别是对于具有在预定宽度范围内的宽度的复合材料，(d)经由自动铺带(ATL)，该ATL类似于AFP，但在复合材料142是带材料时使用，或(e)(a)-(d)中的两种或更多种的任意组合。
方法1400还包括以下步骤：在1410处，向工具组件施加热，其中，在加热时，第一接头部和第二接头部的互锁面相互紧靠。例如，如参照图1描述的，固化装置108向工具组件102施加1410热，以进一步接触彼此或互锁，以将互锁面132、134紧靠彼此绷紧。优选地，复合材料142在向工具组件102施加1410热之前涂敷到积层面116上。在受热条件下的工具组件102维持真空完整性，并且如参照图1描述的可以用于固化诸如复合零件190的大型复合零件。在特定实施方案中，在施加1410热时或之后，工具组件102在图2的纵轴254上纵向膨胀，并且突片402朝向底面522(例如，向下)在纵轴252上偏转。
在一些实施方案中，方法1400包括以下步骤：在1412处，在复合材料与积层面之间生成真空压力。例如，如参照图1描述的，真空系统106响应于接收来自控制器110的命令在复合材料142与工具组件102的积层面116之间生成真空压力或真空条件。如图14例示，在1410处施加热之后生成1412真空压力。在其他实施方案中，真空压力在1410处向工具组件施加热之前或至少部分与在1410处向工具组件施加热同时地生成1412。
在一些实施方案中，在1406处插入的紧固件包括或对应于紧固件装置。紧固件装置延伸穿过第一接头部和第二接头部的柄脚，并且紧固件装置被构造为使得工具组件102能够经受热膨胀并仍然维持真空完整性。例如，紧固件装置包括或对应于图7的紧固件组件702或图8的第二紧固件组件802。为了例示，如参照图7描述的，紧固件组件702沿着图2的纵轴254延伸穿过图5的柄脚582、584。在特定实施方案中，紧固件118对于纵向对齐的结构大致平行于积层面116，或者对于周边对齐的结构大致平行于积层面116的局部切线。在其他实施方案中，紧固件118对于纵向对齐的结构大致正交于积层面116，或者对于周边对齐的结构大致正交于积层面116的局部切线。另选地，紧固件118大致正交于工具组件102的特定互锁面132、134或中间面534、538。
在一些实施方案中，由第一接头部和第二接头部形成的接头包括由第一接头部和第二接头部的面限定的一个或更多个间隙。例如，接头302、304如参照图6描述的包括间隙602-606。在一些这种实施方案中，接头包括被放置在第一接头部和第二接头部的面之间的一个或更多个间隙中的粘合材料。粘合材料被构造为维持接头的真空完整性。例如，如参照图6描述的，接头302、304的间隙602-606中的一个或更多个包括在其面中的一个的至少一部分上的粘合材料612。
在一些实施方案中，在接合第一部件和第二部件之前，方法1400还包括以下步骤：将糊状粘合剂或粘合薄膜涂敷到第一部件的第一接头部的至少一部分。例如，如参照图1和图6描述的，图6的粘合材料612可以涂敷到与接头部122、124的间隙602-606对应的面，作为糊状物或薄膜。
在特定实施方案中，紧固件不穿过互锁面或成角度互锁面。例如，如参照图7和图8描述的，图7的紧固件组件702和图8的第二紧固件组件802不延伸穿过互锁面132、134、516、536中的任何一个。
在一些实施方案中，工具组件还包括被构造为将第一部件联接到第二部件的一个或更多个第二紧固件。例如，如参照图8描述的，特定工具组件102包括紧固件组件702和一个或更多个第二紧固件组件802。在一些这种实施方案中，紧固件、一个或更多个第二紧固件或其组合包括或对应于被构造为允许工具组件的热膨胀的弹簧加载装置或单面紧固件。例如，紧固件包括或对应于包括弹簧716或偏置构件的、图7的紧固件组件702和图8的第二紧固件组件802。在特定实施方案中，一个或更多个第二紧固件大致正交于紧固件。例如，如参照图7和图8描述的，紧固件组件702与纵轴254一起或平行地定向，并且一个或更多个第二紧固件与垂直轴252一起或平行地定向。
在接头部122、124对应于图5的接头部且包括钝角角部552、554、556、574、576以及锐角角部572的一些实施方案中，钝角角部近似为135度，并且锐角角部近似为45度。例如，在设计公差内或加或减5度来制造角度。在这种实施方案中，角部的角度减小对接头302、304的法向和剪切应力。在一些实施方案中，角部包括或对应于圆角角部、倒角角部或其组合。这种角部较小对接头302、304的法向和剪切应力(例如，防止或减小应力的局部最大值)。
在一些实施方案中，第一部件包括具有各向异性的热膨胀系数的材料。例如，第一部件112可以在一个轴线(例如，纵轴254)上可以具有比另一个轴线(例如，垂直轴252)上大10倍的热膨胀系数。在一些这种实施方案中，第一部件包括热塑性聚合物材料(例如，ABS材料或碳填充的ABS材料)、热固性聚合物材料、或另一种聚合物材料。
在一些实施方案中，第一部件的第一接头部还包括第三互锁面、第一中间面以及第二中间面。第一中间面以及第一和第二互锁面中的各个互锁面形成钝角角部。第二中间面和第二互锁面形成另一个钝角角部。例如，如参照图5描述的，第一中间面514以及第一和第三互锁面132、516中的每一个形成钝角角部554、556，并且第二中间面518和第三互锁面516形成另一个钝角角部558。在特定实施方案中，第二中间面和垂直边缘面形成大致直角角部。例如，如参照图5描述的，第二中间面518和垂直边缘面520形成大致直角角部560。另外或另选地，第二部件的第二接头部还包括第四互锁面、第一中间面以及第二中间面。第一中间面以及第一和第二互锁面中的每一个形成钝角角部。第二中间面和第二互锁面形成另一个钝角角部。例如，如参照图5描述的，第一中间面534以及第二和第四互锁面134、536中的每一个形成钝角角部574、576，并且第二中间面538和第四互锁面536形成另一个钝角角部578。
在一些实施方案中，第二部件还包括第三接头部。第三接头部具有与第一接头部或第二接头部类似的形状，并且被构造为与工具组件的第三部件的第四接头部接合。例如，如参照图3和图4描述的，第二部件114包括第三接头部422，该第三接头部与第三部件202的第四接头部424互锁。
图15例示了向工具组件(诸如工具组件102)涂敷复合材料的方法1500的特定示例。作为例示性非限制性示例，方法1500可以由图1的复合零件制造系统100、积层装置104、固化装置或其组合来执行。工具组件102可以包括如参照图3至图8以及图9A至图9O描述的一个或更多个接头。在图15中，方法1500的可选步骤被例示为虚线框。
在一些实施方案中，如参照图14描述的，方法1500包括：在1402处，由添加制造形成工具组件102的第一部件112、工具组件102的第二部件114或这两者。在特定实施方案中，形成1402包括：使用添加制造过程形成工具组件102的第一部件112的第一接头部122。第一接头部122包括顶面136a和至少第一互锁面132。形成1402还包括使用添加制造过程形成工具组件102的第二部件114的第二接头部124。第二接头部124包括顶面136b和与第一互锁面132互补的至少第二互锁面134。
在一些实施方案中，形成1402第一接头部122包括使用添加制造过程形成第一接头部122的第一互锁面132与顶面136之间的钝角角部552。另外，形成第二接头部124包括：使用添加制造过程形成第二接头部124的第二互锁面134与顶面136b之间的钝角角部572。
在一些实施方案中，形成1402还包括使用添加制造过程形成第一接头部和第二接头部的柄脚582、584。在一些实施方案中，使用添加制造过程形成1402第一接头部122和第二接头部124包括使用熔丝制造过程、塑料喷射打印过程、三维打印过程、粉末床加工过程、选择性热烧结过程、熔融沉积成型过程、立体平版印刷过程、选择性激光烧结过程或选择性激光熔化过程中的至少一个形成第一部件和第二部件。
方法1500包括以下步骤：在1404处，经由第一接头部122和第二接头部124接合工具组件102的第一部件112与工具组件102的第二部件114，其中，工具组件102包括积层面116。第一接头部和第二接头部可以由手或由机械接合1404，并且可以如参照图1描述的，使用接头部连同应用紧固件、粘合剂或这两者来接合1404。作为另一个示例，接头部可以对应于图9A至图9O的接头部。
方法1500包括以下步骤：在1408处，将复合材料142涂敷到积层面116上。积层面116被构造为支持复合零件190的形成，并且具有与复合零件190的形状互补的形状。在一些实施方案中，将复合材料142涂敷到积层面116上包括手动或由自动装置沉积或放置复合材料142。例如，复合材料142可以如参照图1描述的由积层装置104来沉积或放置，以形成复合零件190。另选地，被沉积或放置到积层面116上的复合材料142限定或对应于工作零件(例如，尚未完成的复合零件)，诸如图1的工作零件192。在这种实施方案中，如参照图1描述的，方法1500还包括以下步骤：在1136a处，修整工作零件192，以生成复合零件190。
在一些实施方案中，方法1500还包括以下步骤：在1412处，在复合材料142与积层面116之间生成真空压力。例如，如参照图1描述的，真空系统106响应于接收来自控制器110的命令在复合材料142与工具组件102的积层面116之间生成真空压力或真空条件。
在一些实施方案中，方法1500还包括以下步骤：在1410a处，施加热和/或光，以固化复合材料142并形成复合零件190。例如，如参照图1描述的，固化装置108向复合材料142施加1410a热和/或光，以固化复合材料142并形成复合零件190。如图15例示，热可以在可选地在1412处生成真空压力之后施加1410a到工具组件102。在其他实施方案中，热和/或光在不在1412处生成真空压力的情况下、在1412处生成真空压力之前或至少部分与在1412处生成真空压力同时地，施加1410a到工具组件。
在一些实施方案中，工具组件102还包括：将第一部件粘附到第二部件的粘合材料612。例如，如参照图6描述的，向工具组件102的中间面514、534涂敷糊状粘合剂或粘合薄膜。
在一些实施方案中，方法1400或1500的工具组件102是添加制造的工具组件，例如，其部件112、114、202中的一个或更多个由诸如熔丝制造这样的添加制造过程来制成，熔丝制造诸如熔融沉积成型、塑料喷射打印、3D打印、粉末床加工、选择性热烧结、选择性激光烧结、立体平版印刷、选择性激光熔化等。因为工具组件102降低成本和制造时间，所以如与使用金属工具和工具组件相比，使用工具组件102来制造复合零件190降低成本和制造时间。另外，通过使用包括这里描述的接头中的一个或更多个的工具组件102，如与使用由对接接头接合的更小工具组件来形成更小复合零件相比，图1复合零件制造系统100可以形成更大的复合零件。
图14的方法1400和/或图15的方法1500可以由专用集成电路(ASIC)、诸如中央处理单元(CPU)的处理单元、控制器、另一个硬件装置、固件装置、现场可编程门阵列(FPGA)装置或其任意组合来发起或控制。作为示例，图14的方法1400和/或图15的方法1500可以由一个或更多个处理器(诸如在复合零件制造系统100的控制器110中包括或联接到该控制器的一个或更多个处理器)来发起或控制。在一些实施方案中，图14或图15的方法中的一个的一个或更多个操作可以与图14或图15的方法中的另一个的一个或更多个操作组合。另外，参照图14或图15的方法描述的一个或更多个操作可以是可选的，可以以与所示或所述不同的顺序来执行，或这两者。另外，参照图14或图15的方法描述的两个或更多个操作可以至少部分同时地执行。
参照图16和图17，在如由图16的流程图例示的交通工具制造和保养方法1600以及如由图17的框图例示的交通工具1702的背景下描述了本公开的示例。由图16的交通工具制造和保养方法1600生产的交通工具(诸如图17的交通工具1702)可以包括飞机、飞艇、火箭、卫星、潜艇、船、机动车或另一种交通工具，作为例示性非限制性示例。交通工具1702可以是有人控制或无人控制的(例如，无人机或无人驾驶飞机(UAV))。
参照图16，复合零件制造和保养的方法的例示性示例的流程图被示出并指定为1600。在预生产期间，示例性方法1600包括以下步骤：在1602处，指定并设计交通工具，诸如参照图17描述的交通工具1702。在交通工具1702的指定和设计期间，方法1600可以包括以下步骤：指定诸如图1的复合零件190的复合零件的设计。在1604处，方法1600包括材料采购。例如，方法1600可以包括采购用于交通工具1702的材料(例如，图1的工具组件102的设计和制造)。
在生产期间，方法1600包括以下步骤：在1606处，制造部件和子组件，并且在1608处，集成交通工具1702的系统。方法1600可以包括交通工具1702的部件和子组件制造(例如，制造图1的复合零件190)以及系统集成(例如，将图1的复合零件190联接到交通工具1702的一个或更多个部件)。例如，在1606处，图1的系统100可以实施图14的方法1400和/或图15的方法1500，以制造然后在1608处组装以制造交通工具1702的复合零件190。
在1610处，方法1600包括交通工具1702的核证和交付，以及在1612处将交通工具1702交付使用。核证和交付可以包括由检查或无损测试核证图1的复合零件190。在由客户服务的同时，可以为了日常维护和保养而调度飞机1702，日常维护和保养还可以包括改装、重构、翻新等。在1614处，方法1600包括以下步骤：对交通工具1702执行维护和保养。方法1600可以包括以下步骤：执行复合零件190的维护和保养。例如，通信系统的维护和保养可以包括更换复合零件190或修理复合零件190的面。
方法1600的各个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)来执行或进行。为了本说明书的目的，系统集成商可以不限制地包括：任意数量的交通工具制造商和主系统分包商；第三方可以不限制地包括：任意数量的销售商、分包商以及供应商；并且运营商可以为航空公司、租赁公司、军事实体、保养组织等。
参照图17，例示了交通工具1702的例示性实施方案的框图，该交通工具包括使用工具组件(诸如图1的工具组件102)形成的复合零件。为了例示，交通工具1702可以包括飞机，作为例示性非限制性示例。交通工具1702可以由图16的方法1600中的至少一部分来生产。如图17所示，交通工具1702(例如，飞机)可以包括机体1718、内部190、复合零件190以及多个系统1720。在其他实施方案中，机体1718包括或对应于复合零件190。例如，复合零件190可以包括或对应于机翼、机翼的段、机身的段、或其他机体1718部件。多个系统1720可以包括推进系统1724、电气系统1726、环境系统1728、液压系统1730或通信系统1732中的一个或更多个。复合零件190使用工具组件102来形成或制造。复合零件190可以由图1的复合零件制造系统100来制造。例如，复合零件190可以由图14和图15的方法1400和1500的一个或更多个步骤和/或参照图1描述地来制造。
这里包括的设备和方法可以在图16的方法1600的阶段中的任意一个或更多个期间来采用。例如，对应于生产过程1608的部件或子组件可以以与在交通工具1702运行(1612处，例如且不限制地)的同时生产的部件或子组件类似的方式来制造。而且，一个或更多个设备实施方案、方法实施方案或其组合例如可以通过大幅加快交通工具1702的组装或降低其成本来在生产阶段(例如，方法1600的阶段1602-1610)期间使用。类似地，设备实施方案、方法实施方案或其组合中的一个或更多个可以在交通工具1702在运行(1612处，例如且不限制地)的同时用于在1614处维护和保养。
本公开还包括可以或可以不被要求保护的以下非穷尽列举示例：
1.一种工具组件102，该工具组件包括：
第一部件112，该第一部件具有包括顶面136a和至少第一互锁面132的第一接头部122；
第二部件114，该第二部件具有被构造为与第一接头部122互锁的第二接头部124，第二接头部124包括顶面136b和与第一互锁面132互补的至少第二互锁面134；以及
紧固件118、702、802、902、904，该紧固件延伸穿过第一接头部122和第二接头部124，
其中，第一接头部122的第一互锁面132和顶面136a形成钝角角部552，并且第二接头部124的第二互锁面134和顶面136b形成锐角角部572，并且
其中，第一互锁面132被构造为接触第二互锁面134，以禁止第一部件112与第二部件114之间沿着工具组件102的纵轴254的相对移动。
2.示例1的工具组件102，其中，紧固件118、904延伸穿过第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584。
3.示例1或2的工具组件102，还包括被构造为将第一部件112联接到第二部件114的一个或更多个第二紧固件702、802。
4.示例1至3中任意一项的工具组件102，其中，紧固件118、904包括被构造为允许工具组件102的热膨胀的弹簧加载装置或单面紧固件。
5.示例1至4中任意一项的工具组件102，其中，钝角角部552为近似135度，并且锐角角部572为近似45度。
6.示例1至5中任意一项的工具组件，其中，第一部件112包括具有各向异性的热膨胀系数的材料。
7.示例1至6中任意一项的工具组件，其中，由第一接头部122和第二接头部124形成的接头包括由第一接头部122和第二接头部124的面限定的一个或更多个间隙602、604、606，并且还包括被放置在一个或更多个间隙602、604、606中的粘合材料612，粘合材料612被构造为维持接头的真空完整性。
8.一种工具组件102，该工具组件包括：
第一部件112，该第一部件具有顶面136a和第一接头部122，第一接头部122包括至少第一互锁面132；和
第二部件114，该第二部件具有被构造为与第一接头部122互锁的第二接头部124，第二接头部124包括顶面136b和与第一互锁面132互补的至少第二互锁面134，
其中，第一部件112的第一互锁面132和顶面136a形成钝角角部552，并且第二接头部124的第二互锁面134和顶面136b形成锐角角部572，并且
其中，第一互锁面132被构造为接触第二互锁面134，以禁止第一部件112与第二部件114之间沿着工具组件102的纵轴254的相对移动。
9.示例8的工具组件102，其中，第一部件112包括热塑性聚合物材料、热固性聚合物材料、或另一种聚合物材料。
10.示例8或9的工具组件102，其中，锐角角部572、锐角角部552、或这两者包括圆角角部或倒角角部。
11.示例8至10中任意一项的工具组件102，其中，第一部件112还包括第三互锁面516和第一中间面514，其中，第一中间面514和第一互锁面132形成钝角角部554，并且其中，第一中间面514和第三互锁面516形成钝角角部556。
12.示例8至11中任意一项的工具组件102，其中，第二部件114还包括第三接头部422，第三接头部422具有与第一接头部122或第二接头部124类似的形状，并且被构造为与工具组件102的第三部件202的第四接头部424接合。
13.示例8至12中任意一项的工具组件102，还包括将第一部件112粘附到第二部件114的粘合材料614、被放置在第一互锁面132与第二互锁面134之间的环形圈密封1002、或其组合。
14.一种加热工具组件102的方法，方法包括以下步骤：
经由第一接头部122和第二接头部124接合工具组件102的第一部件112与工具组件102的第二部件114；
将紧固件118、904插入穿过工具组件102的第一接头部122和第二接头部124；以及
向工具组件102施加热，其中，在加热时，第一接头部122和第二接头部124的互锁面相互紧靠。
15.示例14的方法，其中，插入紧固件118、904包括：
将紧固件118、904插入穿过第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584；以及
将紧固件118、904固定到第一接头部122和第二接头部124。
16.示例14或15的方法，还包括以下步骤：
在向工具组件102施加热之前，将复合材料142涂敷到工具组件102的积层面116上，积层面116被构造为支持复合零件190的形成，并且具有复合零件190的形状；以及
在复合材料142与积层面116之间形成真空压力。
17.一种向工具组件102涂敷复合材料142的方法，方法包括以下步骤：
经由第一接头部122和第二接头部124接合工具组件102的第一部件112与工具组件102的第二部件114，其中，工具组件102包括积层面116；以及
将复合材料142涂敷到积层面116上，积层面116被构造为支持复合零件190的形成，并且具有与复合零件190的形状互补的形状。
18.示例17的方法，还包括以下步骤：在复合材料142与积层面116之间形成真空压力。
19.示例17或18的方法，还包括以下步骤：向复合材料142施加热或光，以固化复合材料142。
20.示例17至19中任意一项的方法，其中，涂敷到积层面116上的复合材料142限定工作零件192，并且该方法还包括以下步骤：修整工作零件192，以生成复合零件190。
21.一种制造工具组件102的方法，方法包括以下步骤：
使用添加制造过程形成工具组件102的第一部件112的第一接头部122，第一接头部122包括顶面136a和至少第一互锁面132；以及
使用添加制造过程形成工具组件102的第二部件114的第二接头部124，第二接头部124包括顶面136b和与第一互锁面132互补的至少第二互锁面134。
22.示例21的方法，其中，
形成第一接头部122包括使用添加制造过程形成第一接头部122的第一互锁面132与顶面136a之间的钝角角部552；并且
形成第二接头部124包括使用添加制造过程形成第二接头部124的第二互锁面134与顶面136b之间的钝角角部572。
23.示例21或22的方法，还包括以下步骤：
使用添加制造过程形成第一接头部122和第二接头部124的柄脚582、584。
24.示例21至23中任意一项的方法，其中，使用添加制造过程形成第一接头部122和第二接头部124包括使用熔丝制造过程、塑料喷射打印过程、三维打印过程、粉末床加工过程、选择性热烧结过程、熔融沉积成型过程、立体平版印刷过程、选择性激光烧结过程或选择性激光熔化过程中的至少一个形成第一部件112和第二部件114。
这里所描述的示例的例示旨在提供各种实施方案的结构的一般理解。例示不旨在充当使用这里所描述的结构或方法的设备和系统的所有元素和特征的完全描述。许多其他实施方案在查阅本公开时可以对本领域技术人员显而易见。可以使用并从本公开导出其他实施方案，使得可以在不偏离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和变化。例如，方法操作可以以与附图所示的不同顺序来执行，或者可以省略一个或更多个方法操作。因此，本公开和附图被认为是例示性的，而不是限制性的。
而且，虽然这里例示并描述了具体示例，但应理解，可以对于所示的具体实施方案替换被设计为实现相同或类似结果的任意随后结构。本公开旨在覆盖各种实施方案的任意和所有随后改编或变更。上述实施方案的组合以及这里未专门描述的其他实施方案将在查阅说明书时对本领域技术人员显而易见。
本公开的摘要以以下理解来提交：它将不用于解释或限制权利要求的范围或意义。另外，在前面的具体实施方式中，各种特征可以为了使本公开流线化的目的而分组在一起或在单个实施方案中描述。上述示例例示但不限制本公开。还应理解，大量修改和变更根据本公开的原理是可以的。如所附权利要求反映的，所要求保护主题可以致力于少于所公开示例中的任意一个的全部特征。因此，本公开的范围由附权利要求及其等同物来限定。

Claims (15)

1.一种工具组件(102)，该工具组件(102)包括：
第一部件(112)，该第一部件(112)具有第一接头部(122)，该第一接头部(122)包括顶面(136a)和至少第一互锁面(132)；
第二部件(114)，该第二部件(114)具有被构造为与所述第一接头部(122)互锁的第二接头部(124)，所述第二接头部(124)包括顶面(136b)和与所述第一互锁面(132)互补的至少第二互锁面(134)；以及
紧固件(118、702、802、902、904)，该紧固件(118、702、802、902、904)延伸穿过所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)，
其中，所述第一接头部(122)的第一互锁面(132)和顶面(136a)形成钝角角部(552)，并且所述第二接头部(124)的第二互锁面(134)和顶面(136b)形成锐角角部(572)，并且
其中，所述第一互锁面(132)被构造为接触所述第二互锁面(134)，以禁止所述第一部件(112)与所述第二部件(114)之间沿着所述工具组件(102)的纵轴(254)的相对移动。
2.根据权利要求1所述的工具组件(102)，其中，所述紧固件(118、904)延伸穿过所述第一接头部(122)和第二接头部(124)的柄脚(582、584)。
3.根据权利要求1或2所述的工具组件(102)，所述工具组件(102)还包括被构造为将所述第一部件(112)联接到所述第二部件(114)的一个或更多个第二紧固件(702、802)。
4.根据权利要求1或2所述的工具组件(102)，其中，所述紧固件(118、904)包括被构造为允许所述工具组件(102)的热膨胀的弹簧加载装置或单面紧固件。
5.根据权利要求1或2所述的工具组件(102)，其中，所述钝角角部(552)为近似135度，并且所述锐角角部(572)为近似45度。
6.根据权利要求1或2所述的工具组件(102)，其中，所述第一部件(112)包括具有各向异性的热膨胀系数的材料。
7.根据权利要求1或2所述的工具组件(102)，其中，由所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)形成的接头包括由所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)的面所限定的一个或更多个间隙(602、604、606)，并且还包括位于所述一个或更多个间隙(602、604、606)中的粘合材料(612)，所述粘合材料(612)被构造为维持所述接头的真空完整性。
8.一种工具组件(102)，该工具组件(102)包括：
第一部件(112)，该第一部件(112)具有顶面(136a)和第一接头部(122)，所述第一接头部(122)包括至少第一互锁面(132)；以及
第二部件(114)，该第二部件(114)具有被构造为与所述第一接头部(122)互锁的第二接头部(124)，所述第二接头部(124)包括顶面(136b)和与所述第一互锁面(132)互补的至少第二互锁面(134)，
其中，所述第一部件(112)的第一互锁面(132)和顶面(136a)形成钝角角部(552)，并且所述第二接头部(124)的第二互锁面(134)和顶面(136b)形成锐角角部(572)，并且
其中，所述第一互锁面(132)被构造为接触所述第二互锁面(134)，以禁止所述第一部件(112)与所述第二部件(114)之间沿着所述工具组件(102)的纵轴(254)的相对移动。
9.根据权利要求8所述的工具组件(102)，其中，所述第一部件(112)包括热塑性聚合物材料、热固性聚合物材料、或其它聚合物材料。
10.根据权利要求8或9所述的工具组件(102)，其中，所述锐角角部(572)、所述锐角角部(552)、或这两者包括圆角角部或倒角角部。
11.根据权利要求8或9所述的工具组件(102)，其中，所述第一部件(112)还包括第三互锁面(516)和第一中间面(514)，其中，所述第一中间面(514)和所述第一互锁面(132)形成钝角角部(554)，并且其中，所述第一中间面(514)和所述第三互锁面(516)形成钝角角部(556)。
12.根据权利要求8或9所述的工具组件(102)，其中，所述第二部件(114)还包括第三接头部(422)，所述第三接头部(422)具有与所述第一接头部(122)或所述第二接头部(124)类似的形状，并且被构造为与所述工具组件(102)的第三部件(202)的第四接头部(424)接合。
13.根据权利要求8或9所述的工具组件(102)，所述工具组件(102)还包括：将所述第一部件(112)粘附到所述第二部件(114)的粘合材料(612)，位于所述第一互锁面(132)与所述第二互锁面(134)之间的环形圈密封(1002)，或其组合。
14.一种加热工具组件(102)的方法，所述方法包括以下步骤：
经由第一接头部(122)和第二接头部(124)，接合所述工具组件(102)的第一部件(112)与所述工具组件(102)的第二部件(114)；
将紧固件(118、904)插入穿过所述工具组件(102)的所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)；以及
向所述工具组件(102)施加热，其中，在加热时，所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)的互锁面相互紧靠。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，插入所述紧固件(118、904)的步骤包括：
将所述紧固件(118、904)插入穿过所述第一接头部(122)和所述第二接头部(122、124)的柄脚(582、584)；以及
将所述紧固件(118、904)固定到所述第一接头部(122)和所述第二接头部(124)。
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