CN111152481A - 在铺叠芯棒上置放电子器件来在复合零件中创建电子器件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及在铺叠芯棒上置放电子器件来在复合零件中创建电子器件，具体地提出了用于形成复合材料的方法和关联的设备，该方法包括：在铺叠面上置放至少一个电子部件。该方法还包括：在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维。另外，该方法包括：使树脂在铺叠面与纤维之间流动。还进一步地，该方法包括：使树脂固化，以形成固化树脂，其中，电子部件和树脂位于固化树脂中。复合材料包括树脂，该树脂具有基于铺叠系统的表面的形状。另外，复合材料包括纤维，这些纤维被包含在树脂内。进一步地，复合材料包括至少一个电子部件。复合材料的电子部件基于树脂围绕在铺叠系统的表面上的电子部件的流动，位于树脂中。

Description

在铺叠芯棒上置放电子器件来在复合零件中创建电子器件
技术领域
本公开总体涉及用于形成层压复合物，特别是具有集成电子器件的层压复合物，的系统和过程。
背景技术
复合层压板和结构由于其高强度重量比、耐腐蚀性以及其他有利特性而用于种种应用中，包括在飞机、航天器、旋翼飞机、船舶、汽车、卡车以及其他载具和结构的制造中。在飞机的制造和组装中，越来越多地使用这种复合层压板和结构来形成机身、机翼、尾部、蒙皮面板以及其他部件。
为了减轻重量并提高某些部件的性能，航空航天制造商越来越多地使用复合层压板。航空航天工业所使用的复合层压板通常包括纤维增强的复合材料。这种类型的纤维增强复合材料通常包括两种基本成分，即，第一是纤维，第二是包围纤维的树脂(例如聚合物基体)。树脂包围纤维，并且在热固性聚合物基体的情况下，通过热处理使树脂固化并固结，使得三维交联发生。该固化和固结的作用是使纤维牢固地粘合到彼此，并且从层压板去除滞留的空气和挥发物。对于热塑性聚合物基体可以发生类似的热处理，这也导致最终复合层压板的固结。一系列合适的纤维材料可以用于高性能应用，最常见的是碳纤维，但也可以使用玻璃或芳族聚酰胺纤维。
制造复合零件需要使用铺叠工具(lay-up tool也称，为基础工具、形成工具或心轴)，在该铺叠工具上手工形成或者一次一层片地铺设复合材料层或预固化薄片。这些应用可以使用必须形成然后固化的复杂轮廓成品零件或通道。通常，用手或通过机器将诸如树脂浸渍的碳纤维层压板这样的预浸渍的复合纤维层片(“预浸材料”)铺设在工具或心轴上。一旦将期望数量的层放置在工具上，就将复合层压板装袋并在固化设备(诸如高压釜)中固化。
发明内容
所公开的示例提供了一种用于形成具有嵌入式电子部件的复合材料的方法。该方法包括以下步骤：在铺叠系统的铺叠面上置放至少一个电子部件。该方法还包括以下步骤：在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维。另外，该方法包括以下步骤：使树脂在铺叠面与纤维之间流动。还进一步地，该方法包括以下步骤：使树脂固化，以形成固化树脂，其中，固化树脂支持电子部件和纤维这两者，以形成具有集成电子器件的复合件。
在一些示例中，置放至少一个电子部件包括在铺叠面上沉积导电墨。在一些示例中，该方法包括以下步骤：在导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层；以及在非导电层的顶部上沉积第二导电墨层。该方法的示例还可以包括在铺叠面上放置保护层。该方法还可以包括以下步骤：在保护层的顶面上置放多个电子部件。树脂的顶面包括电子部件的表面，并且该方法还可以包括以下步骤：确定顶面的平坦度的度量在预定平坦度容差内。
公开的另一个示例包括一种具有电气功能的复合材料设备。复合材料包括具有基于铺叠系统的表面的形状的树脂。另外，复合材料包括包含在树脂内的纤维。进一步地，复合材料包括至少一个电子部件。复合材料的电子部件基于树脂围绕在铺叠系统的表面上的电子部件的流动，位于树脂中。
在一些示例中，至少一个电子部件是导电墨。该设备还可以包括在导电墨的至少一部分的顶部上的非导电层和在非导电层的顶部上的第二导电墨层。复合材料的顶面包括电子部件的表面，并且顶面的平坦度的测量结果可以在预定平坦度容差内。电子部件可以是一组电线，其中，电线由复合材料的树脂机械地支撑。电子部件可以是位于复合材料的树脂中的应变传感器，应变传感器被配置为测量复合材料的弯曲。电子部件可以是位于复合材料的树脂中的发光二极管，其中，发光二极管从位于树脂中的电线接收电力。
还公开了一种形成复合件的方法。该方法包括以下步骤：在铺叠面上沉积导电墨(electronically conductive ink)，以形成一组电线。该方法还包括以下步骤：在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维。该方法还包括以下步骤：使树脂在铺叠面与纤维之间流动。另外，该方法包括以下步骤：使树脂固化，以形成固化树脂，其中，一组电线由固化树脂保持在合适的位置。
在一些示例中，沉积线束还包括在导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层(non-conductive layer)。该方法还可以包括以下步骤：在非导电层的顶部上沉积第二导电墨层，其中，线束形成三维结构。在一些另外示例中，沉积线束还包括形成多个复合件，并且将第一复合件的线束电联接至第二复合件的线束。方法还可以包括以下步骤：在铺叠面上的保护层的顶部上沉积线束。方法还可以包括以下步骤：在铺叠面上置放电子部件；以及将线束电联接到电子部件。
已经讨论的特征、功能以及优点在各种示例中可以独立实现，或者在又一些示例中可以组合，示例的另外细节可以参照以下描述和附图来看到。
附图说明
本公开将从下面提出的更详细的描述以及附图来变得更充分地理解，附图仅以例示的方式提出，由此不是本公开的限制，并且在附图中：
图1A是在形成之前的铺叠面、电子部件以及复合材料的侧视图的示意例示；
图1B是在树脂流动之后的铺叠面、电子部件以及复合材料的侧视图的示意例示；
图1C是在将形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面、电子部件以及复合材料的侧视图的示意例示；
图2A是在复合材料中形成的线束的顶视图的示意例示；
图2B是在复合材料中形成的线束的侧视图的示意例示；
图3A是在形成之前的铺叠面、两根电线、非导电层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图3B是在树脂流动之后的铺叠面、两根电线、非导电层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图3C是在将形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面、两根电线、非导电层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图4A是在复合材料中形成的三维线束的顶视图的示意例示；
图4B是在复合材料中形成的三维线束的侧视图的示意例示；
图5A是在形成之前的铺叠面、电子部件、保护层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图5B是在树脂流动之后的铺叠面、电子部件、保护层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图5C是在将形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面、电子部件、保护层以及复合材料的侧视图的示意例示；
图6A是联接到在复合材料中形成的电线的电子部件的顶视图的示意例示；
图6B是联接到在复合材料中形成的电线的电子部件的侧视图的示意例示；
图7是具有线束的两个复合件的示意例示，其中，两个线束联接到彼此；
图8是飞机的立体图的例示，该飞机可以并入根据此处公开的一个或多个示例制造的一个或多个复合层压板；以及
图9是用于形成复合零件的方法的示例的流程图的例示。
在所有附图中，用相同的附图标记来标记对应的部分。
具体实施方式
如上面讨论的，复合材料在飞机、航天器、旋翼飞机、船舶、汽车、卡车以及其他载具和结构的制造中正得到越来越多的使用。尽管使用复合材料有很多益处，但例如在构造飞机时，也需要安装电气系统。本公开提供将电子部件集成到各种不同复合结构的构造中的益处。通过将电子部件集成到复合件中，实现若干益处。此外，益处的非穷尽列表包括：制造飞机的步骤更少，电子部件受到复合件的保护，电子部件的成本和重量可以降低，部件的放置可以更准确，以及电子部件可以更机械稳健。
通过将电子器件集成到复合结构中，可以显著减少在飞机组装期间完成电气系统所需的劳动量。在一个示例中，复合件可以具有集成电子部件，该集成电子部件集成在一组电线(诸如线束)中。在组装飞机时，可以减少延伸单独线束的需要。由此，最终飞机组装中的步骤更少。
在另一个示例中，复合材料可以在其内部嵌入有传感器或电子器件。例如，形成飞机机翼的复合材料可以包括嵌入式应力传感器，该传感器被配置为在飞行期间测量飞机机翼上的应力。作为另一示例，形成流体箱的一部分的复合材料可以具有集成传感器，这些传感器测量该箱中的液面。在又一个示例中，在飞机内部使用的复合材料可以具有在飞机中提供光的集成发光二极管(LED)。
当将部件按传统方式放置在飞机上时，它们可能易于被撞击、碰撞或以其他方式意外接触。在本公开中，当形成复合件时，电子器件被集成到形成复合件的表面的树脂中。另外，因为本公开的电子部件被集成在复合件内，所以电子部件可以受复合件本身保护。因此，树脂可以保护电子部件免于意外或不期望的接触。
还进一步地，本公开可以降低各种电子部件的成本和重量。通常，当构建飞机时，电子部件部分基于其机械特性来选择。例如，在传统的飞机组装中，电线的标准尺寸(即，直径)可以基于电线的机械性能来选择，以避免断裂，因为具有足够电气特性的电线可能太细而不能机械地稳健。因为部件基于机械特性来选择，所以它们与部件在仅需要电气考虑时必须达到的情况相比，可能更大且更重。在本公开中，复合件的树脂为电子部件提供机械稳定性和刚性。由于树脂所提供的稳定性和刚性，嵌入复合件中的部件可以具有期望的机械特性。因此，由于机械特性由复合材料的树脂来提供，所用的电子部件可以是比传统飞机小的电子部件。
可以使用具有与期望零件的形状互补的形状的合适形成或铺叠工具。可以使用现有的形成工具，或者在某些情况下，可以制造形成工具来表示期望零件的工具表面，例如飞机机翼纵梁或其他主要或辅助结构，即，Z形梁、工字梁、帽形加劲杆、C形通道、J形加劲杆、叶片式加劲杆、底梁、肋、框架或翼梁。形成工具的制造和/或构造为本领域技术人员已知，因此这里不需要重复这些细节。
为了由复合材料形成零件，将复合材料放置在铺叠(即，形成)工具的铺叠面上。应当理解，复合材料可以是用于形成复合零件的任何合适的材料，包括但不限于干织物或预浸材料层片。在一些示例中，铺叠面搁置在铺叠系统的真空底座上或联接到该底座。真空底座、工具以及复合材料可以被真空袋或薄膜覆盖。
该复合材料是纤维的预浸或预浸渍的复合材料，在该复合材料中，已经存在诸如树脂这样的环氧材料。纤维通常采用编织的形式，并且树脂用于在制造期间将它们粘合在一起并粘合到其他部件。树脂仅部分固化，以允许容易处理。这被称为B阶材料，并且需要冷藏以防止完全固化。B阶预浸材料始终存储在冷却区域中，因为热量加速树脂的完全聚合。由多层预浸材料构建的复合结构或未固化薄片通常将需要烤箱或高压釜来固化复合结构。
复合材料的加热和/或加温可以发生在将复合材料形成到形成工具上之前。与在环境温度或室温下的复合材料相反，复合材料的加热/升温允许其更容易适合(conformable)形成工具。加热可以使用红外灯、传统灯泡或任何其他已知的加热技术来完成。复合材料的加热可以在形成期间继续进行。根据复合材料的成分，可以将复合材料的温度升高到大约小于或等于200oF。可以以任何传统方式来测量复合材料的温度，例如凭借附接的热电偶。
在通过形成工具形成复合材料期间，可以加热复合材料，以使复合材料的树脂流动，并且从真空袋下方抽空空气，这使得真空袋的膜被拉下并适合工具。在一些其他示例中，可以在应用真空袋之前将树脂涂敷到纤维基材料上，其中，树脂在纤维基材料上流动并流过纤维基材料，以形成复合材料。这使得复合材料的第一部分被强制向下紧靠铺叠面。一旦复合材料已经完全适合形成工具，就停止加热复合材料，并且允许冷却复合材料。
现在形成的复合材料可以从形成工具去除并放置在固化工具上。当然，在某些情况下，将复合材料直接铺叠在固化工具上可以是有利的。在需要转移至固化工具的情况下，在铺叠过程中使用的离型膜(release film)保持与形成的复合材料一起。在高压釜中的真空装袋固化期间，通常需要离型膜。形成的复合材料的去除可以手动实现，或者另选地，该去除可以凭借机械辅助或者凭借利用不用手的(hands-free)方法的其他已知制造方法(诸如通过使用机器人操纵器)以自动化方式完成。一旦在固化工具上，就可以将形成的复合材料真空装袋、抽真空并放置在固化设备(例如高压釜)中。在某些情况下，形成的复合材料将保持在形成工具上，并且直接发送到固化设备。
以示例的方式，图1A至图7示出了集成在复合材料内的电子部件的各种示例。虽然可以将附图示出为不同的示例，但是基于本公开，可以将各种不同的示例组合在一起，以形成各种不同的结构。例如，图2A和2B示出了可以在复合材料内形成线束的一组电线，并且图6A和6B示出了联接到复合材料内的电线的电子部件。本公开还包括这两个示例的特征的组合(即，具有联接到一根电线的至少一个电子部件的线束)。基于本公开，本领域技术人员将理解所公开特征的各种组合。进一步地，图1A至图7可以与前述形成复合材料的方法一起使用，并且例示了形成中的一个示例步骤。
图1A是在进行形成之前的铺叠面12、电子部件10以及复合材料14的侧视图的示意例示。如前所述，复合材料14可以包括纤维6和树脂8这两者。图1A中示出了复合材料14的纤维6和树脂8，并且为了简洁起见，贯穿附图而不重复。树脂8可以是柔韧的，能够流动。当树脂8流动时，它可以使复合材料14适合铺叠面12的形状。纤维6位于树脂8内。当树脂8固化(即硬化)时，它将纤维6固定在给定位置中。复合材料14的树脂8和纤维6的组合给予复合材料14其强度。
铺叠面12可以具有对应于所形成的复合零件的期望形状的互补的形状。在将复合材料14放置在铺叠面12上之前，可以将电子部件10放置在铺叠面12上。可以将电子部件10沉积在铺叠面12上，以将电子部件10置放在复合材料14中用于形成的期望位置中。在一些示例中，电子部件10可以由打印机沉积在铺叠面12上，以使得电子部件10能够精确置放在铺叠面12上。打印机可以在铺叠面12上打印导电墨。打印机可以被配置为打印电线或其他电路。导电墨可以形成作为电子部件10的电线。在一些其他示例中，可以将电子部件10放置在铺叠面12上。在各种不同的示例中，可以将不同的电子部件用于电子部件10。例如，电子部件10可以是发光二极管(LED)。在其他示例中，电子部件10可以是应变传感器、液体传感器或其他类型的传感器。
图1B是在树脂8流动之后的铺叠面12、电子部件10以及复合材料14的侧视图的示意例示。当树脂8流动时，它形成铺叠面12的形状。由于电子部件10的放置，当树脂8在铺叠面12上流动时，电子部件10可以集成到树脂8中。由此，形成的复合材料14部分的顶表面可以具有集成在顶表面中的电子部件10，使得电子部件10在固化时与复合材料的表面大致齐平。复合材料14为电子部件10提供结构支撑，这使得电子部件能够集成在复合材料14内，否则在没有额外支撑的情况下，电子部件无法机械稳健。因为电子部件10集成在复合材料14的树脂8内，所以电子部件10可以不需要其他机械支撑，因为复合材料14可以提供电子部件10所需的支撑。
如前面讨论的，在传统的飞机设计中，许多电子部件被设计为都具有稳健的电气和机械性能。例如，电线或其他电子部件可以被设计成确保机械稳健性，以承受飞机的安装和/或操作。可以考虑机械刚性设计电线。该机械刚性可能导致电线比电气上必需的电线更重且更粗，这增加了飞机组装的成本和重量。通过将电线置放在复合材料14中，可以使得电线更轻，因为复合材料的树脂8为电线提供机械支撑。类似地，传统上可以考虑机械稳健性来设计其他电子部件，诸如传感器。传统放置的传感器可能会被碰撞或刮擦或以其他方式受影响。通过将传感器(或其他电子部件)置放在复合材料14的树脂8内，可以保护传感器免受冲击并且不需要额外的保护。
图1C是在将形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面12、电子部件10以及复合材料14的侧视图的示意例示。在形成复合材料14之后，可以将其从铺叠面12去除。当去除复合材料14时，电子部件10形成在复合材料14的表面内。由此，形成具有集成电子部件10的复合材料14件。
因为电子部件10已经直接放置在铺叠面12上，所以当形成复合材料时，电子部件10形成复合材料14的表面15的一部分。当产生复合材料14时，复合材料14的表面15可以具有预定的平坦度准则(flatness criteria)。
平坦度可以基于标准ASTM A1030/A1030M-16“Standard Practice forMeasuring Flatness Characteristics of Steel Sheet Products.”来测量。其他标准也可以用于定义平坦度度量。表面的平坦度可以由机械装置，诸如由探针、由激光器、由光学系统或借助其他装置来测量。平坦度准则可以是复合材料的表面15跨整个件有多平坦的量度。平坦度准则可以基于几何尺寸。例如，平坦工程规范的正负0.030英寸以内的平坦度标准可以用作平坦度准则。也可以使用不同的平坦度标准。当电子部件10形成复合材料14的表面15时，可能期望包括电子部件的表面15在预定平坦度准则内。因为电子部件10处于预定的平坦度准则之内，所以可以由复合材料14的树脂8保护电子部件10免受磨损和冲击。平坦度准则可以类似地应用于并且适用于此处提出的任何示例。
图2A是形成线束16的一组电线的顶视图的示意例示，该线束包括在复合材料14中形成的三根线16A-16C。虽然图2A示出了三线线束，但其他可能配置中，可以使用更多或更少的电线。在一些示例中，在形成到复合材料14中之前，可以在铺叠面12上形成多根电线，诸如三根电线16A-16C。多根电线，诸如三根线16A-16C，可以形成线束16。线束16可以被集成到复合材料14中，使得在飞机的构造期间，不必延伸单独的线束。另外，如之前所讨论的，复合材料14的树脂8可以为形成线束16的多根电线，诸如三根电线16A-16C，而提供机械支撑。因此，线束16可以比传统线束更轻量。进一步地，线束16可能仅需要具有两根电线。可以包括一根附加的电线，以便实现冗余。可以使用额外的电线代替线束16的第一根电线。
图2B是包括在复合材料14中形成的一组三根电线16A-16C的线束16的侧视图的示意例示。为了形成线束16，可以将三根电线16A-16C沉积在铺叠面12上。如之前讨论的，铺叠面12上的沉积可以由能够打印导电墨的打印机来执行。当复合材料的树脂8在铺叠面12上流动时，三根电线16A-16C可以集成到树脂8中，并形成复合材料14的顶表面。
图3A是在进行形成之前的铺叠面12、两根电线(包括第一电线11和第二电线20)、非导电层18以及复合材料14的侧视图的示意例示。在形成复合材料14之前，可以在铺叠面12上产生多个层。第一电线11可以形成在铺叠面12上。第一电线11可以由其他手段放置、打印或形成在铺叠面上。可以在第一电线11的顶部上由其他手段放置、打印或形成非导电层18。非导电层18可以由绝缘材料制成。绝缘材料可以具有足够的厚度，以防止信号在第一电线11与第二电线20之间联接。第二电线20可以形成在非导电层的顶部上。由此，在图3A所示的示例中，可以形成两根电线，第一电线11和第二电线20，并且在它们之间具有非导电层。电线可以延伸复合材料14的范围。
图3B是在树脂流动之后的铺叠面12、两根电线(包括第一电线11和第二电线20)、非导电层18以及复合材料14的侧视图的示意例示。当树脂8流动时，它可以形成铺叠面12的形状。当树脂在铺叠面12上流动时，第一电线11、第二电线20以及非导电层18可以集成到树脂8中。由此，形成的复合材料14部分的顶表面可以具有集成在顶表面中的第一电线11。复合材料14可以为第一电线11、第二电线20以及非导电层18提供结构支撑。因为第一电线11、第二电线20以及非导电层18被集成在复合材料14的树脂8内，所以第一电线11、第二电线20以及非导电层18可以不需要其他机械支撑，因为复合材料14可以提供第一电线11、第二电线20以及非导电层18可所需的支撑。
图3C是在将所形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面12、两根电线(包括第一电线11和第二电线20)、非导电层18以及复合材料14的侧视图的示意例示。在形成复合材料14之后，可以将其从铺叠面12去除。当去除复合材料14时，可以在绝缘层14内形成第一电线11、第二电线20以及非导电层18，并且第一电线11可以形成复合材料14的表面。由此，形成第一电线11、第二电线20以及非导电层18集成在复合材料14内的复合材料14件。
图4A是在复合材料14中形成的包括两根电线22A-22B的三维线束22的顶视图的示意例示。在一些示例中，可以组合此处公开的各种特征。例如，如图4A所示，可以产生包括三维结构的线束22。为了制造三维结构，线束22可以具有彼此交叉的第一电线22A和第二电线22B，两者之间具有非导电层23。图4B是三维线束22的侧视图的示意例示，该线束包括在复合材料14中形成的第一电线22A和第二电线22B，其中，第一电线22A和第二电线22B具有将两者分开的非导电层23。为了产生线束22，可以将第一电线22A打印或放置在铺叠面12上。可以将非导电层23打印或放置在第一电线22A的一部分上。第二电线22B可以被打印或放置为使得在第一电线22A被非导电层23覆盖的位置处与第一电线22A交叉。
图5A是在形成之前的铺叠面12、电子部件10、保护层24以及复合材料14的侧视图的示意例示。此处公开的示例可以与此处提出的任何其他示例组合，例如可以在放置电子部件10之前将保护层24放置在铺叠面12上。保护层24可以是较薄的层，该层有助于从铺叠面12去除复合材料14。保护层24可以足够薄，使得即使在保护层覆盖铺叠面12的时候，所形成的复合材料14也采取铺叠面12的正确形状，。
在本公开的铺叠系统中使用的保护层24可以由适于用于与未固化的复合材料接触并提供一个或多个非粘性或低粘性表面的复合材料来形成。例如，保护层优选由氟化乙烯丙烯(FEP)组成，并且被选择为不因化学降解而不利地影响在铺叠方法中使用的复合材料的树脂含量和/或树脂纤维比。可以使用其他类型的保护层，包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)和
Figure BDA0002265554220000101
(具有粘合剂的增强PTFE涂布玻璃纤维)。在一些示例中，保护层24可以具有在大约0.002至大约0.005英寸的范围内的厚度。
图5B是在树脂8流动之后的铺叠面12、电子部件10、保护层24以及复合材料14的侧视图的示意例示。当树脂8流动时，它可以在铺叠面12的顶部上形成保护层24的形状。
图5C是在将所形成的复合材料与铺叠面分离之后的铺叠面12、电子部件10、保护层24以及复合材料14的侧视图的示意例示。具有集成的电子部件10的所形成的复合材料可以从保护层24去除。保护层24也可以从铺叠面12去除。
图6A是联接到在复合材料14中形成的电线26的电子部件28的顶视图的示意例示。在一些另外示例中，电子部件28可以放置或打印在铺叠面12上。电子部件28也可以联接到打印或放置在铺叠面上的电线26。在形成复合材料14之后，可以在复合材料的树脂8内形成电子部件28和电线26。电线26可以使得能够电连接到电子部件28。另外，电线26可以具有与图6A所示不同的布局。
图6B是联接到在复合材料14中形成的电线26的电子部件28的侧视图的示意例示。电子部件28可以朝向复合材料14的表面的中心形成。另外，如图6B所示，电线26可以以允许在复合材料14的端部处的电连接的方式置放。
图7是两个复合件的示意表示，第一复合件114和第二复合件214，各复合件具有线束、第一线束116和第二线束216，其中，两个线束联接到彼此。示出了分别各具有线束116和216的复合件114和214。图7所示的示例也可以与其他公开的示例一起使用。第一复合件114和第二复合件214这两者可以是与前述复合材料14相同类型的复合材料。
如图7所示，第一复合件114可以包括线束116，该线束116电联接到复合件214的线束216。通过在复合件中形成线束，当组装飞机时，相邻复合件的线束可以彼此联接。通过将线束联接在一起，可以跨若干复合零件通信电信号。
在飞机的构造期间，可能期望的是线束跨许多不同的复合面板通信传送信号。例如，飞机可以具有借助飞机机身通信信号的电线。通过将线束集成在复合件中，在将复合零件放在一起时，线束的放置将处于正确的位置。例如，集成线束可以简化穿过飞机结构的电源布线，因为布线可以集成在复合零件内。通过将布线集成到零件中，在飞机构造期间，传统布线不必绕其他已安装的特征布线，这简化了电气系统的构造。由此，在将复合零件联接在一起之后，不需要将线束安装在飞机中。另外，如之前讨论的，当前公开的线束可以使得能够使用更细且更轻的电线。因此，可以组装具有更少的构造步骤并且重量也更轻的飞机。进一步地，因为电线被集成在复合件114和224的树脂8内，所以与传统的暴露布线相比，可以更保护电线。
图8是飞机的立体图的例示，该飞机可以并入根据此处公开的一个或多个实施方式制造的一个或多个复合材料14。如图8所示，飞机300包括机身312、机首314、驾驶舱316、在工作上联接到机身312的机翼318、一个或多个推进单元320、尾部322、应力传感器328以及一个或多个尾部水平稳定器324。虽然图8所示的飞机300通常代表商用客机，但是此处公开的一种或多种复合层压板也可以用在其他类型的飞机或飞行器中。更具体地，所公开示例的示教可以应用于其他客机、货机、军用飞机、旋翼飞机以及其他类型的飞机或飞行器、以及航空航天器、卫星、太空发射载具、火箭以及航空航天器。
本所公开的复合材料可以形成飞机的许多不同部分。例如，机翼、机身和内镶板可以由复合材料形成。进一步地，取决于复合件的位置，集成电子部件可以提供多种功能。例如，飞机机翼可以形成有集成的布线和应变传感器。内镶板(Interior paneling)可以形成有集成布线和LED照明。还进一步地，可以形成包括集成线束的机身部件。将电子部件集成到复合材料中的许多其他可能的示例也是可能的。
图9是用于形成复合零件的方法的示例的流程图的例示。在块902处，方法900包括以下步骤：在铺叠系统的铺叠面上置放至少一个电子部件。电子部件被放置在铺叠面上的期望位置中。在一些示例中，电子部件可以由被配置为打印导电墨的打印机打印在铺叠面上。打印机可能能够将电子部件精确地置放在铺叠面上的期望位置中。例如，打印机可以基于计算机辅助设计(CAD)布局来打印电子部件的位置。通过打印电子部件，可以高精度地置放该部件。然而，在一些另外的示例中，另选地或与打印结合，电子部件可以由人、机器、机器人或其他方式放置。
在一些示例中，所打印的导电墨可以形成作为电子部件的电线。打印电线可以使得线能够精确地放置在铺叠面上。在各种不同的示例中，可以将不同的电子部件用于电子部件。例如，电子部件可以是发光二极管(LED)。在其他示例中，电子部件可以是应变传感器、液体传感器或其他类型的传感器。
另外，在一些示例中，打印机可以被配置为在电气部件的顶部上打印非导电层，以充当绝缘层，因此可以在电气部件的顶部上放置或打印另外的电子器件而不在它们之间导电。可以在非导电层的顶部上打印另一个电气层。由此，在一些示例中，在块902处，电气部件可以采取具有导电层和非导电层的多层结构的形式。在又一些示例中，在块902处，可以放置多个电子部件。多个电子部件可以形成线束。多个电子部件也可以是传感器或LED，其联接到为电子部件供电的布线。
而且，电子部件的置放可以在铺叠面的保护层上，而不是直接在铺叠面本身上。保护层可以使得复合材料能够从铺叠面更容易地去除。
在块904处，方法900包括以下步骤：在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维。如之前讨论的，可以将复合材料放置在铺叠面上，以采取铺叠面的形状。可以将复合材料放置在已经置放在铺叠面上的电子部件的顶部上。在各种示例中，可以以多种不同方式放置复合材料，包括由人、机器、机器人或其他方式放置。
在块906处，方法900包括以下步骤：使树脂在铺叠面与纤维之间流动。在一些示例中，在复合材料在形成工具上形成之后，可以加热复合材料，以使得复合材料的树脂流过铺叠面。在一些其他示例中，可以将树脂涂敷到纤维基材料上，其中，树脂在纤维基材料上流动并流过纤维基材料，以形成复合材料。一旦复合材料已经完全适合形成工具，就停止加热复合材料，并且允许冷却复合材料。
在块908处，方法900包括以下步骤：使树脂固化，以形成固化树脂，其中，电子部件和纤维位于固化树脂内，这使得电子部件的顶表面与固化树脂的顶表面平坦。使树脂固化使得树脂硬化。在树脂硬化之后，形成具有铺叠工具形状的复合材料件。另外，将电子部件形成到树脂中。树脂将电子部件保持在适当的位置，为电子部件提供支撑，并且保护电子部件。另外，电子部件可以形成所形成的复合材料的顶表面(即树脂的顶表面)的一部分。复合材料对于顶表面应多么平坦具有预定的容差。包括电子部件的顶表面落入预定的平坦度容差内。因为包括电子部件由于在固化之前将电子部件放置并形成到树脂中而不导致表面平整度超过预定容差，所以形成的复合件可以具有与没有集成电子部件的类似件相同的形状。由此，电子部件不显着改变所形成的复合材料的表面。
进一步地，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种用于形成具有集成电子器件的复合材料的方法，方法包括以下步骤：在铺叠系统的铺叠面上置放至少一个电子部件；在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维；使树脂在铺叠面与纤维之间流动；以及使树脂固化，以形成固化树脂，其中，电子部件和纤维位于固化树脂中。
条款2.权利要求1的方法，其中，置放至少一个电子部件包括在铺叠面上沉积导电墨。
条款3.权利要求2的方法，还包括以下步骤：在导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层。
条款4.权利要求3的方法，还包括以下步骤：在非导电层的顶部上沉积第二导电墨层。
条款5.权利要求1至4中任意一项的方法，还包括以下步骤：在铺叠面上放置保护层。
条款6.权利要求5的方法，其中，在铺叠面上置放至少一个电子部件包括在保护层的顶面上置放多个电子部件。
条款7.权利要求1至6中任意一项的方法，其中，树脂的顶面包括电子部件的表面，并且该方法包括以下步骤：确定顶面的平坦度的测量结果在预定平坦度容差内。
条款8.一种具有电气功能的复合材料设备，该设备包括：树脂，该树脂的形状基于铺叠系统的表面；纤维，这些纤维被包含在树脂内；以及至少一个电子部件；并中，电子部件基于树脂在铺叠系统的表面上的电子部件周围的流动，而位于树脂中。
条款9.权利要求8的设备，其中，至少一个电子部件包括导电墨。
条款10.权利要求9的设备，还包括在导电墨的至少一部分的顶部上的非导电层。
条款11.权利要求10的设备，还包括在非导电层的顶部上的第二导电墨层。
条款12.权利要求8至11中任意一项的设备，其中，复合材料的顶面包括电子部件的表面，并且其中，顶面的平坦度的测量结果在预定平坦度容差内。
条款13.权利要求8至12中任意一项的设备，其中，电子部件是一组电线，其中，电线由复合材料的树脂机械地支撑。
条款14.权利要求8至13中任意一项的设备，其中，电子部件是位于复合材料的树脂中的应变传感器，其中，应变传感器被配置为测量复合材料的弯曲。
条款15.权利要求8至14中任意一项的设备，其中，电子部件是位于复合材料的树脂中的发光二极管，其中，发光二极管从位于树脂中的电线接收电力。
条款16.一种形成复合材料件的方法，该方法包括以下步骤：在铺叠面上沉积导电墨，以形成线束；在铺叠面上置放复合材料，其中，复合材料包括树脂和纤维；使树脂在铺叠面与纤维之间流动；以及使树脂固化，以形成固化树脂，其中，线束位于固化树脂中。
条款17.权利要求16的方法，其中，沉积线束还包括：在导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层；以及在非导电层的顶部上沉积第二导电墨层，其中，线束形成三维结构。
条款18.权利要求16或17的方法，其中，沉积线束还包括：形成多个复合材料件；以及将第一复合材料件的线束电联接到第二复合材料件的线束。
条款19.权利要求16至18中任意一项的方法，其中，沉积线束还包括：在铺叠面上的保护层的顶部上进行沉积。
条款20.权利要求16至18中任意一项的方法，还包括以下步骤：在铺叠面上置放电子部件，其中，沉积线束还包括将线束电联接到电子部件。
具体示例的前面描述将揭示本公开的一般特征，因此其他人可以在不偏离一般概念的情况下，通过应用当前知识来对于各种应用容易地修改和/或改编这种具体实施方式，因此，这种改编和修改被预期包含在所公开示例的等同物的意义和范围内。应理解，这里措辞或术语是用于描述的目的，而不是用于限制的目的。

Claims (20)

1.一种用于形成具有集成电子器件的复合材料(14)的方法(900)，所述方法(900)包括以下步骤：
在铺叠系统的铺叠面(15)上置放至少一个电子部件(10、28)；
在所述铺叠面(15)上置放复合材料(14)，其中，所述复合材料(14)包括树脂(8)和纤维(6)；
使所述树脂(8)在所述铺叠面(15)与所述纤维(6)之间流动；以及
使所述树脂(8)固化，以形成固化树脂(8)，其中，所述电子部件(10、28)和所述纤维(6)位于所述固化树脂(8)中。
2.根据权利要求1所述的方法(900)，其中，置放所述至少一个电子部件(10、28)包括：在所述铺叠面(15)上沉积导电墨。
3.根据权利要求2所述的方法(900)，还包括以下步骤：在所述导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层(23)。
4.根据权利要求3所述的方法(900)，还包括以下步骤：在所述非导电层(23)的顶部上沉积第二导电墨层。
5.根据权利要求1所述的方法(900)，还包括以下步骤：在所述铺叠面(15)上放置保护层(24)。
6.根据权利要求5所述的方法(900)，其中，在所述铺叠面(15)上置放所述至少一个电子部件(10、28)包括：在所述保护层(24)的顶面(15)上置放多个电子部件(10、28)。
7.根据权利要求1所述的方法(900)，其中，所述树脂(8)的顶面(15)包括所述电子部件(10、28)的表面(15)，并且所述方法包括以下步骤：确定所述顶面(15)的平坦度的测量结果在预定平坦度容差内。
8.一种具有电气功能的复合材料(14)设备，该设备包括：
树脂(8)，该树脂的形状基于铺叠系统的表面(15)；
纤维(6)，这些纤维被包含在所述树脂(8)内；以及
至少一个电子部件(10、28)；
其中，所述电子部件(10、28)基于所述树脂(8)在所述铺叠系统的所述表面(15)上的所述电子部件(10、28)周围的流动，而位于所述树脂(8)中。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个电子部件(10、28)包括导电墨。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括在所述导电墨的至少一部分的顶部上的非导电层(23)。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括在所述非导电层(23)的顶部上的第二导电墨层。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述复合材料(14)的顶面(15)包括所述电子部件(10、28)的表面(15)，并且其中，所述顶面(15)的平坦度的测量结果在预定平坦度容差内。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述电子部件(10、28)是一组电线(16A-16C、22A-22B)，其中，所述电线(16A-16C、22A-22B)由所述复合材料(14)的树脂(8)机械地支撑。
14.根据权利要求8所述的设备，其中，所述电子部件(10、28)是位于所述复合材料(14)的树脂(8)中的应变传感器，其中，所述应变传感器被配置为测量所述复合材料(14)的弯曲。
15.根据权利要求8所述的设备，其中，所述电子部件(10、28)是位于所述复合材料(14)的树脂(8)中的发光二极管，其中，所述发光二极管从位于所述树脂(8)中的电线(16A-16C、22A-22B)接收电力。
16.一种形成复合材料(14)件的方法(900)，该方法包括以下步骤：
在铺叠面(15)上沉积导电墨，以形成线束(16、22、116、216)；
在所述铺叠面(15)上置放复合材料(14)，其中，所述复合材料(14)包括树脂(8)和纤维(6)；
使树脂(8)在所述铺叠面(15)与所述纤维(6)之间流动；以及
使所述树脂(8)固化，以形成固化树脂(8)，其中，所述线束(16、22、116、216)位于所述固化树脂(8)中。
17.根据权利要求16所述的方法(900)，其中，沉积所述线束(16、22、116、216)还包括：
在所述导电墨的至少一部分的顶部上沉积非导电层(23)；以及
在所述非导电层(23)的顶部上沉积第二导电墨层，
其中，所述线束(16、22、116、216)形成三维结构。
18.根据权利要求16所述的方法(900)，其中，沉积所述线束(16、22、116、216)还包括：
形成多个复合材料(14)件；以及
将第一复合材料(14)件的所述线束(16、22、116、216)电联接到第二复合材料(14)件的所述线束(16、22、116、216)。
19.根据权利要求16所述的方法(900)，其中，沉积所述线束(16、22、116、216)还包括：在所述铺叠面(15)上的保护层(24)的顶部上进行沉积。
20.根据权利要求16所述的方法(900)，还包括以下步骤：在所述铺叠面(15)上置放电子部件(10、28)，其中，沉积所述线束(16、22、116、216)还包括将所述线束(16、22、116、216)电联接到所述电子部件(10、28)。
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