ES2335236T3 - Metodo para hacer preformas tridimensionales que utilizan dispositivos electroluminiscentes. - Google Patents

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ES2335236T3 ES07007589T ES07007589T ES2335236T3 ES 2335236 T3 ES2335236 T3 ES 2335236T3 ES 07007589 T ES07007589 T ES 07007589T ES 07007589 T ES07007589 T ES 07007589T ES 2335236 T3 ES2335236 T3 ES 2335236T3
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Abstract

Un método para hacer artículos moldeados reforzados con fibra (98, S, P), que comprende: aplicar una capa de fibras de refuerzo (226) que comprende el material fibroso de refuerzo (226), sobre una superficie de molde que tiene una configuración que corresponde al menos a una porción de un artículo moldeado (98, S, P), aplicar una composición que comprende un aglomerante (22, 23, 24, 25) curable por energía electromagnética para cubrir al menos parcialmente un material de refuerzo fibroso (226); producir energía electromagnética por uno o más elementos electromagnéticos de producción energética (44, 46, 47 80, 96, 196); poner en contacto el aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) con la energía electromagnética producida, caracterizado porque dichos elementos son situados en dicha superficie del molde, donde los elementos (44, 46, 47 80, 96, 196) son dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) y/o puntos de quantum.

Description

Método para hacer preformas tridimensionales que utilizan dispositivos electroluminiscentes.
La presente invención se refiere a un método y a un aparato para hacer preformas de refuerzo estructurales para diversos procesos de compuestos líquidos tales como los procesos de moldeado por transferencia de resina (RTM) y de moldeado de reacción por inyección (SRIM) para compuestos estructurales en los que una matriz de resina como material plástico deformable rellena los intersticios entre las fibras de las preformas de refuerzo estructurales formadas cuando las preformas y el material plástico se moldean en un molde para formar un compuesto estructural que comprende el plástico con las fibras contenidas en el mismo como refuerzo.
La presente invención está relacionada adicionalmente con la manipulación de bandas de refuerzo usadas en el proceso y en la fijación de miembros de refuerzo y similares como una parte o partes integrantes de las preformas.
La presente invención se refiere además a los procesos de fabricación y preformación de aglomerantes curables por energía electromagnética, fieltro ("mat"), y a los aparatos que llevan a cabo los procesos, para curar aglomerantes en los materiales de refuerzo no tejidos y combinaciones de los mismos durante su fabricación, y trata más particularmente del uso de la energía electromagnética generada por dispositivos electroluminiscentes.
En la fabricación de preformas dirigidas de fibra, ha sido hasta ahora la práctica hilvanar fibras cortadas con una resina de aglomerante curable o fundible térmicamente sobre una forma que ha sido impulsada por aire tirado a través de la misma para colocar y sostener las fibras. La forma con las fibras y la resina aglomerante después se calienta a continuación o se calienta y se enfría, se hace girar en una cámara de aire caliente, se seca/enfría o se cura para fijar la resina aglomerante. Este proceso de curado térmico requiere mucha energía, tiempo y espacio de almacenamiento para secar y curar las preformas. Se han desarrollado métodos mejorados basados en la aplicación de aglomerantes curables por radiación electromagnética ("aglomerantes curables mediante la luz") en las patentes U.S. Nos. 6.001.300, 6.004.123 y 5.866.060. Tales técnicas permiten una producción más eficiente en energía y en tiempo de las preformas usando los aglomerantes curables por radiación. Tales aglomerantes se curan por la aplicación de energía dirigida, por ejemplo radiación ultravioleta o de microondas, evitando así la necesidad de grandes hornos, en funcionamiento continuo para curar el aglomerante.
Tales técnicas sin embargo pueden sufrir problemas según el tipo de fuente de energía electromagnética ("fuente de luz") empleada. Particularmente, la aplicación de fuentes de luz convencionales tales como bombillas incandescentes puede dar lugar a una pérdida de energía que es función de la distancia entre el aglomerante a curar y la propia fuente de luz. También, fuentes convencionales de energía electromagnética, por ejemplo las bombillas de luz, emiten generalmente en un espectro amplio de longitudes de onda, limitando así la posibilidad de curar selectivamente aglomerantes en mezclas de aglomerante que comprenden dos o más iniciadores, cada uno de ellos sensible a unas longitudes de onda específicas de energía electromagnética.
Resumen
En algunas realizaciones, la presente invención proporciona un método para la fabricación de artículos moldeados reforzados con fibra como se define en la reivindicación 1. También se puede agregar el aglomerante curable por energía electromagnética al material de refuerzo después de que el material se haya aplicado al molde.
En algunas realizaciones adicionales, la presente invención proporciona un método de fabricación de artículos moldeados reforzados con fibras, que comprende aplicar una capa sobre una superficie de un molde de preformas que tiene una configuración correspondiente al menos a una porción de un artículo moldeado, donde dicha capa comprende fibras de refuerzo y una composición de aglomerante, y donde dicha composición de aglomerante comprende un componente de aglomerante anaerobio y un componente de aglomerante curable por radiación electromagnética; exponer dicha composición de aglomerante a una atmósfera que promueve el curado del aglomerante anaerobia, en donde dicha atmósfera puede ser, por ejemplo, vacío o uno o varios gases inertes, o una combinación de los mismos; y exponer dicha composición de aglomerante a la radiación electromagnética que promueve el curado del aglomerante curable por radiación electromagnética donde dicha radiación electromagnética es producida por un dispositivo electroluminiscente tal como un LED.
En algunas realizaciones, la presente invención proporciona un método para hacer artículos moldeados reforzados con fibra, que comprende: aplicar una capa de material que comprende fibras de refuerza y una composición de aglomerante en una superficie de molde de preformas, la cual tiene una configuración que corresponde a al menos una porción de un artículo moldeado, un componente curable por radiación electromagnética, opcionalmente un componente anaerobio y opcionalmente un componente curable térmicamente; exponer opcionalmente dicha composición de aglomerante a una radiación electromagnética que promueve el curado del aglomerante curable por radiación electromagnética, donde dicha radiación electromagnética es producida por uno o varios dispositivos electroluminiscentes tales como LED; opcionalmente, poner en contacto con dicha composición de aglomerante una atmósfera que promueva el curado del componente anaerobio de aglomerante y opcionalmente calentar dicha composición de aglomerante a una temperatura que promueva el curado del aglomerante curable térmicamente. El curado de los componentes del aglomerante anteriormente definidos pueden tener lugar en cualquier orden.
Otras realizaciones de la invención proporcionan un método para fabricar una preforma, que comprende las etapas de: mover una pluralidad de bandas de material de refuerzo fibroso a lo largo de unas trayectorias respectivas y guiar las bandas sobrepuestas de tal modo que se sobrepongan paralelas las unas a las otras en un emplazamiento predeterminado y se desplacen paralelas y en contacto las unas con las otras; aplicar un aglomerante que comprende un componente curable por radiación electromagnética en al menos una superficie de cada par de superficies enfrentadas de las bandas aguas arriba de un emplazamiento predeterminado, o aplicar por separado un aglomerante curable por radiación electromagnética y un aglomerante anaerobio en al menos una superficie de cada par de superficies enfrentadas de revestimiento de las bandas aguas arriba del emplazamiento predeterminado; aplicar localmente una radiación electromagnética en unos emplazamientos espaciados seleccionadas de las bandas paralelas en contacto para curar el aglomerante curable por radiación electromagnética en los emplazamientos espaciados y de tal modo fijar las bandas entre sí, donde dicha radiación electromagnética es producida por uno o varios dispositivos electroluminiscentes tales como LED; cortar una pieza preliminar de las bandas fijadas; formar una forma tridimensional que corresponda al menos a una porción de la preformas; y poner en contacto la pieza preliminar con la radiación electromagnética producida opcionalmente por uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como LED.
En algunas realizaciones adicionales, la presente invención proporciona un método para hacer una preforma estructural tridimensional rígida usando un molde separable que incluye una primera parte de molde y una segunda parte de molde a presión, definiendo las partes de molde juntas, cuando están cerradas, una forma tridimensional deseada de la preforma e incluyendo superficies internas dispuestas en ángulos con respecto a otra que forma esquinas interiores y exteriores, comprendiendo las etapas de cortar fibras de material de refuerzo; aplicar las fibras de corte sobre la primera parte de molde según un espesor predeterminado; aplicar un aglomerante curable por energía electromagnética sobre las fibras cortadas para revestir al menos parcialmente las fibras con el aglomerante, opcionalmente sin llenar los intersticios entre las fibras; cerrar las partes separables de molde para presionar las fibras cortadas revestidas con aglomerante en la forma tridimensional deseada de la preforma entre la segunda parte de molde que presiona y la primera parte de molde perforada del molde cerrado; y aplicar una radiación electromagnética al aglomerante curable por energía electromagnética, donde dicha radiación electromagnético es producida por uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como LED.
En todas las realizaciones anteriormente mencionadas, se puede también producir la energía electromagnética por uno o más puntos de quantum. Los puntos de quantum pueden ser parte de uno o más LED que incorporan puntos de quantum (también conocidos como diodos de quantum emisores de luz, o "QLEDY"). Alternativamente, los puntos de quantum se pueden también hacer para producir una radiación electromagnética por irradiación con energía electromagnética de las longitudes de onda apropiadas.
Los puntos de quantum se pueden también haciendo pasar una corriente eléctrica entre los mismos. En consecuencia, se pueden aplicar puntos de quantum en una superficie de herramientas y producir energía electromagnética cuando se aplica una corriente eléctrica. También se puede incorporar puntos de quantum en formulaciones de aglomerante o se ponen en contacto con las fibras conductoras, promoviendo de tal modo un curado del aglomerante cuando se aplica una corriente eléctrica. El aparato según la invención se define en la reivindicación 23. En las reivindicaciones subordinadas se definen realizaciones preferidas.
A continuación se exponen estas y otras características de las presentes prescripciones.
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Breve descripción de los dibujos
Un experto en la técnica entenderá que los dibujos, descritos a continuación, son sólo para fines de ilustración. Los dibujos no pretenden limitar el objeto de la invención en modo alguno.
La Figura 1 ilustra el diagrama de flujo de un proceso típico para poner en práctica algunas realizaciones de la invención.
La Figura 2 ilustra un proceso que usa robots para manejar el material entre las estaciones de proceso.
La Figura 3 ilustra un proceso para hacer preformas tridimensionales rígidas con técnicas basadas en energías.
La Figura 4 ilustra una etapa de aplicación de aglomerante y una etapa de compactación de aglomerante.
La Figura 5 ilustra una estación de hilvanado energético.
La Figura 6 ilustra los LED para el curado de aglomerantes.
La Figura 7 ilustra una estructura con el aglomerante incorporado.
La Figura 8 ilustra una etapa de corte.
La Figura 9 ilustra la colocación de una pieza preliminar cortada en un molde de conformación.
La Figura 10 ilustra una pieza preliminar dentro de un molde cerrado.
La Figura 11 ilustra un elemento conformado sometido a una radiación electromagnética que promueve el curado de los aglomerantes curables por radiación electromagnética, y opcionalmente a una atmósfera que promueve el curado de aglomerantes anaerobios, y opcionalmente al calor.
La Figura 12 ilustra la preforma lista para ser retirada del molde.
La Figura 13 ilustra un procedimiento de cosido energético.
La Figura 14 ilustra un procedimiento de cosido energético.
La Figura 15 ilustra un procedimiento de cosido energético.
La Figura 16 ilustra un procedimiento de cosido energético.
La Figura 17 ilustra un sistema de formación de fieltro que incluye un aglomerante en dos fases con una primera etapa de curado.
La Figura 18 ilustra el diagrama de flujo de un proceso de moldeado.
La Figura 19 es un diagrama de flujo de un proceso para hacer un compuesto estructural utilizando fibra dirigida, y técnicas de energía dirigida.
La Figura 20 ilustra un aparato para fabricar una preforma.
La Figura 21 ilustra un aparato para el cosido energético sobre una preforma.
La Figura 22 ilustra un proceso y un aparato para depositar fibras y aglomerante directamente en una porción de molde.
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Descripción de diversas realizaciones
Las presentes prescripciones proporcionan nuevos métodos para fabricar preformas, en los que la resina aglomerante comprende un aglomerante curable por la luz y la fuente de luz comprende un dispositivo electroluminiscente tal como un diodo emisor de luz ("LED") o un fósforo. Un dispositivo electroluminiscente emite energía electromagnética por medio de la electroluminiscencia
La electroluminiscencia es el resultado de la recombinación radioactiva de electrones y huecos en un material (generalmente un semiconductor). Los electrones excitados lanzan esta energía como fotones - luz. Antes de la recombinación, los electrones y los huecos se separan bien como resultado del dopado del material para formar una unión p-n (en dispositivos electroluminiscentes de semiconductor tales como los LED), o bien a través de la excitación por impacto de los electrones de alta energía acelerados por un campo eléctrico fuerte (como con los fósforos en las presentaciones electroluminiscentes).
Un ejemplo representativo de los dispositivos electroluminiscentes son los LED que incorporan puntos de quantum (también conocidos como diodos emisores de luz de quantum, o "QLED"); estos QLED pueden emitir radiación electromagnética en bandas estrechas o anchas según la aplicación disponible (Bowers y otros, Journal of the American Chemical Society, 2005, tomo 127, páginas 15378-15379 y las referencias citadas en las mismas). Alternativamente, los puntos de quantum pueden también producir energía electromagnética cuando son irradiados con una segunda energía electromagnética de la longitud de onda apropiada.
Los puntos de quantum pueden también producir energía electromagnética cuando son sometidos a una corriente eléctrica. Por consiguiente, se pueden hacer para producir energía electromagnética si se ponen en contacto con conductores tales como fibras de carbono. El curado de los aglomerantes que se curan por energía electromagnética puede ser inducido por tanto haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un material que comprende fibras conductoras tales como fibras de carbono.
Los fósforos tales como los polímeros electroluminiscentes ("fósforos poliméricos") constituyen otro ejemplo representativo de este tipo.
Los métodos y los aglomerantes de la invención se pueden aplicar a las preformas y a los métodos de preformación usados en cualquier proceso de compuestos líquidos tal como los sistemas de resinas RTM y RIM, por ejemplo los poliésteres, ésteres de vinilo, uretanos, epóxidos, resinas fenólicas y acrilatos.
Por ejemplo, se puede ahora producir una preforma con LED emitiendo en posiciones seleccionadas del espectro que se montan sobre la superficie de las herramientas de formación o cerca de la misma para su exposición a partir de uno o de los dos lados del material de refuerzo. Esto proporciona la ventaja de mejorar la capacidad de curado de secciones o áreas muy profundas que son difíciles de lograr con fuentes de luz convencionales. Esto tiene también la ventaja posterior de colocar la fuente de luz a una distancia escasa del material de refuerzo, no sufriendo de este modo de la pérdida de potencia que se asocia a la distancia de las fuentes convencionales de energía electromagnética del material de refuerzo.
El proceso de la presente invención utiliza la energía electromagnética generada por dispositivos electroluminiscentes tales como los LED para rigidizar la preforma compuesta. Se pueden agregar componentes estructurales a las preformas por medio de técnicas de cosido energético, en las que la energía aplicada para realizar el cosido se puede también generar por dispositivos electroluminiscentes, por ejemplo los LED. El cosido energético se hace más fácil con una selección de donde se colocarán los dispositivos electroluminiscentes en las herramientas de conformación, y se puede simplificar el proceso adicionalmente colocando los dispositivos electroluminiscentes solamente en el área en la que tendrá lugar el cosido.
El cosido energético puede también tener lugar mediante el curado selectivo no activando los LED seleccionados durante las etapas anteriores de la fabricación de las preformas y activando luego los LED seleccionados durante el cosido energético. Esto elimina la necesidad de que la luz de bloqueo alcance el área en la que tendrá lugar el cosido energético. También se puede combinar cuando se desee el bloqueo por luz y la no activación de los LED seleccionados.
El proceso de la presente invención está diseñado para ser completamente automatizado y para permitir la distribución específica y la colocación de numerosos tipos de refuerzos, en caso necesario, para lograr las propiedades estructurales requeridas de una preforma. Es por tanto inherente al proceso una libertad completa de diseño y permite el tipo de refuerzo y/o las estructuras más deseables incluyendo las formas estructurales cerradas y secciones de pared variadas para cumplir los criterios de diseño. El proceso de rigidización y/o de unir las estructuras de los componentes se puede incrementar y adaptar a la duración del ciclo de la máquina de moldeo o suministrar una variedad o una pluralidad de preformas a más de una máquina de moldeo. El proceso de automatización se diseña para hacer un uso completo de las técnicas de proceso estadístico para producir preformas de calidad repetible, consistente y de integridad estructural. La aplicación de la tecnología de proceso puede ser integrada en una gran variedad de áreas de producto tales como transportes, marinas, navegación aérea, aeroespaciales, defensa y deportes, y en bienes de consumo.
Como se establecerá detalladamente a continuación, la química de las resinas de polímero junto con los dispositivos electroluminiscentes se utilizan conjuntamente con máquinas de automatización especialmente diseñadas para la fabricación de preformas estructurales portadoras. Las preformas se pueden adaptar a los requisitos estructurales y de tamaño específicos necesarios para los procesos de moldeado de compuestos líquidos y componentes.
Se pueden agregar diversos materiales de refuerzo para ajustarse a cualquier forma compleja deseada. Según una característica de la invención, se puede consolidar la utilización de otros materiales de refuerzo con la estructura de la preformas por la adición de rigidizadores o nervios y se puede lograr la encapsulación de los materiales de núcleo junto con insertos donde se requiera el refuerzo para aplicaciones estructurales así como de Clase A.
Al practicar la invención, los fieltros o tejidos (o las combinaciones de los mismos, a las que se denomina colectivamente materiales) de material de refuerzo que contenga fibras son opcionalmente cortados previamente para conformar las formas de las piezas preliminares, se aplica un aglomerante que comprende un componente curable por energía electromagnética y entonces se transfiere cada pieza preliminar a un conjunto de moldeo específicamente diseñado que replica la forma de una pieza. La energía electromagnética que promueve el curado del aglomerante es aplicada, rigidizando a su vez la preforma. La energía electromagnética es generada por dispositivos electroluminiscentes, por ejemplo conjuntos de LED dispuestos en un túnel la exposición completa o para la exploración o conjuntos de LED incorporados a la superficie de los útiles de formación o dentro del conjunto secundario de LED para el curado de las superficies o de las herramientas. Los conjuntos de moldeo se abren y la preformas se transfiere a una estación de moldeado o a una estación de cosido energético opcional o a una estación de corte a la forma neta.
Los materiales preformables se cortan según patrones predeterminados que permiten que se ajusten a los contornos del molde de conformación. La resina de aglomerante se aplica a cada lado o a ambos lados del material preformable. Una capa única o capas múltiples de materiales se intercalan entre sí para crear la preforma portadora. La preformas portadora es un término acuñado por la C.A. Lawton Company en la patente U.S. No. 6.001.300 (aquí incorporada a título de referencia) para describir una preforma en un proceso que se utilizará como un subconjunto o hacer que más material se una posteriormente a la misma por cosido energético para crear un conjunto final. El cosido energético es un término acuñado por la C.A. Lawton Company para describir el método de colocar y fijar las estructuras a una preforma básico. El aglomerante se mide en el sistema de aplicador. El aglomerante incluye generalmente una o más resinas, uno o más monómeros, uno o más hidroperóxidos, uno o más iniciadores y uno o más inhibidores. Una aglomerante a título de ejemplo incluye del 15% al 55% en peso de una resina tal como metacrilato de epoxi y del 45% al 85% en peso de monómeros tales como monómeros del metacrilato, alcoholes polihídricos y éster-alcoholes. Del 0% al 30% de los monómeros se hacen de combinaciones de uno o más de los siguiente productos dependiendo de los requisitos de funcionamiento y compatibilidad: hidroxilos alquílicos (mono-, di- y tri- funcionales), beta-carboxi-etil-acrilato, ácido metacrílico, ácido acrílico (dímero, trímero y superiores análogos), hidroxi-etil-metacrilato, hidroxi-propil-metacrilato, hidroxi-etil-acrilato, hidroxi-propil-acrilato e hidroxi-butíl-acrilato. La funcionalidad hidroxilo proporciona la funcionalidad residual para la compatibilidad con los epóxidos, los ésteres vinílicos y los uretanos mientras que los grupos ácidos proporcionan la funcionalidad residual para los epóxidos, los poliesteres y las resinas fenólicas. Las hidroperóxidos pueden constituir del 0% al 5% del peso total de la composición y los acelerantes pueden constituir del 0% al 4% en peso de la composición.
En la aplicación del aglomerante, la resina aglomerante se puede hilvanar, aplicar por rodillos o por calandrias como una película para cubrir las fibras de material, opcionalmente sin rellenar los intersticios entre las fibras. La viscosidad del aglomerante se puede modificar cuanto sea necesario por aplicación para penetrar en grados variables a fin de proporcionar diversos niveles de rigidez de la preforma o no penetrar y permanecer en la superficie y proporcionar la adherencia entre las varias capas de la preforma. Después de la aplicación de un aglomerante, se carga mecánicamente el material de refuerzo sobre el molde de conformación.
El molde es expedido a una prensa de conformación y la prensa de conformación se cierra para formar el material de refuerzo en la forma deseada. Alternativamente, se puede montar directamente el molde en una estación de conformación sin necesidad de la acción de una lanzadera. Mientras que está cerrado, se aplica la energía electromagnética producida por uno o más dispositivos electroluminiscentes, tales como LED o puntos de quantum, curando por tanto la resina de aglomerante catalizada. Adicionalmente, cuando se encuentra presente un material conductor, y se aplica una corriente eléctrica los puntos de quantum incorporados en el aglomerante y/o conectados eléctricamente al material conductor pueden producir energía electromagnética en las longitudes de onda apropiadas para curar el aglomerante.
La resina aglomerante, al curarse se polimeriza a una forma rígida para permitir que la preforma retenga la forma del molde de conformación. Se pueden agregar secciones adicionales cuando sea necesario y rigidizar in situ por las técnicas de cosido químico, a las que aquí también se designa como el anteriormente mencionado cosido energético.
Los procesos de preformación convencionales se están mejorando actualmente con la automatización, pero generalmente continúan siendo dependientes del operador. La presente invención se diseña para un proceso de fabricación industrial llave en mano con un alto nivel de automatización. Con el uso de el robótica de automatización, la distribución de fibra llega a ser altamente uniforme y repetidamente consistente, haciendo todos los aspectos del proceso estadísticamente controlables.
Después del ciclo de rigidización, se abre la prensa de conformación y se quita la preformas o se desplaza el molde con lo que se descarga mecánicamente la preforma portadora y se transfiere a otros emplazamientos de proceso para aplicaciones de insertos o moldeado. En las aplicaciones de proceso del moldeado convencional RTM/SRIM para componentes estructurales, se ajusta el espesor de la capa de fibras para resistir los requisitos de resistencia. El proceso de cosido energético permite agregar los materiales del refuerzo selectivamente y específicamente en áreas de alta tensión sin aumentar el espesor y el peso totales.
Las aplicaciones de insertos, secciones cerradas y/o núcleos a la preforma portadora se pueden procesar con el uso de técnicas de cosido energético, en las cuales la energía electromagnética para realizar el cosido energético puede ser producida por dispositivos electroluminiscentes tales como los LED. Las secciones cortadas previamente de los materiales del refuerzo se pueden coser energéticamente en su sitio usando aplicadores secundarios de energía electromagnética, en los que dichos aplicadores secundarios de energía electromagnética pueden ser dispositivos electroluminiscentes tales como los LED. La preforma portadora con el refuerzo y el aglomerante agregados se pueden enviar de vuelta a la prensa de conformación o a un dispositivo de fijación secundario que sostiene el material en su lugar mientras se aplica la energía.
La preformas acabada se puede transferir a un área de retención o directamente a la operación de moldeado. Puesto que la rigidización de la preformas es típicamente más rápida que el ciclo de moldeado, se puede también establecer varios moldes de conformación en el proceso de rigidización, permitiendo así realizar numerosas formas de preformas para abastecer a otras estaciones de moldeado.
Se pueden formar simultáneamente múltiples pliegues de material de refuerzo en las formas deseadas. Se pueden encapsular otros tipos de materiales de refuerzo para la rigidización, formación de nervios y unión de componentes usando el proceso de cosido energético. Estos tipos de materiales de refuerzo, fibrosos, metálicos y/o espumas estructurales ligeras y núcleos de baja densidad se pueden agregar en el inicio del proceso de carga y conformación como parte de la preforma portadora o como una operación secundaria en la que la colocación de materiales de inserto es necesaria para la estructura de las preformas.
Al usar el material conjuntamente con tejidos unidireccionales u otros refuerzos en emplazamientos específicos, se pueden lograr estructuras óptimas de refuerzo con alto contenido de fibra mientras se mantiene una forma rígida para manipular fácilmente y hacer que sean permeables los sistemas de resina en los intersticios entre las fibras del material durante las operaciones de moldeado. La colocación de refuerzos en emplazamientos específicas permiten la orientación de la fibra donde sea necesaria para obtener la resistencia requerida del producto moldeado.
El proceso se ilustra por el diagrama de flujo a título de ejemplo de la Fig. 1, en la que se ilustra en 48 un proceso típico para poner en práctica algunas realizaciones de la invención que comprenden una etapa 50 de apilado de capas de material de refuerzo y de aglomerante no curado en la cual las capas se forman aplicando aglomerante al material de refuerzo o, como alternativa, la etapa 52 de hilvanar aglomerante no curado sobre un material de refuerzo que se preformará en un grado suficiente para cubrir las fibras de fieltro opcionalmente sin rellenar los intersticios entre las filtras. Alternativamente, se pueden combinar las etapas 48 y 52 apilando de tal modo las capas de material mezclado con aglomerante. Después, se cortan las piezas preliminares en 54 para ajustarse a la forma de un desarrollo plano de la preforma. Alternativamente, las piezas preliminares no se someten al corte en 54, yendo en lugar de esto directamente a 56. En 56, la pieza preliminar se presiona en el molde para darle la forma de la preformas y se aplica la energía electromagnética producida por los dispositivos electroluminiscentes tales como los LED en 58 para causar el curado del aglomerante. En 60, el aglomerante es curado y rígido, y se puede retirar del molde la preforma rigidizada.
La Fig. 2 ilustra un proceso similar usando robots para manejar el material entre las estaciones de proceso. En la Fig. 2, la primera etapa es cortar previamente un material de refuerzo para ajustarlo a la forma desarrollada de una preforma, según lo indicado por el aparato de corte 62. Ésta es una versión del proceso establecido en la Fig. 1. Después de que se haya cortado el material en 62, se agrega un aglomerante en 64 en un aplicador 66 de aglomerante que comprende una fuente de resina 68 pudiendo ser el aglomerante de un solo componente o de dos componentes y un componente una fuente de un promotor catalítico 70. Según lo mencionado anteriormente, se puede aplicar el aglomerante en el aplicador 66 de aglomerante por hilvanado, paso de rodillos o por calandrado hasta un grado suficiente para cubrir las fibras del fieltro opcionalmente sin hacer el relleno de los intersticios entre las fibras. A continuación, la pieza preliminar compuesta de material de refuerzo y el aglomerante se transfieren del aplicador de aglomerante a un molde 72 por un robot 74. El molde 72 puede ser del tipo ilustrado en la Fig. 2 de tal modo que la pieza preliminar compuesta se coloca en el molde de preformación. El molde puede comprender uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como los LED 75. El molde 72 se mueve entonces a lo largo de una lanzadera 78 a una prensa 76 donde las dos mitades del molde se presionan para replicar la forma deseada de la preformas y se aplica energía electromagnética a partir de uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como los LED 80 y/o los LED 75. Opcionalmente, el aglomerante puede también incluir un componente anaerobio adicional o de curado térmico, y 80 puede comprender también una fuente de vacío, una fuente de gas inerte o una fuente de curado térmico, tal como una fuente de aire caliente o uno o más LED generadores de calor, a fin de curar este componente adicional.
A continuación, el molde 72 es descargado moviendo el mismo a lo largo de la lanzadera 78 a una posición en la que un robot 82 descarga la preforma 84 curada. Aquí, la preforma se convierte en una preforma portadora puesto que se va a añadir el refuerzo en forma de una estructura de refuerzo. El robot 82 apile entonces la preformas para su almacenamiento a corto plazo o la traslada directamente al proceso de cosido energético.
Cuando los elementos deben ser cosidos a la preforma portadora, el material del refuerzo es cortado previamente, como antes, en 86 y un robot 88 coloca el material cortado previamente sobre una forma 90 de modo que tome una forma 92 de refuerzo. Un robot 94 recupera entonces una preforma 84, ahora una preforma portadora, y coloca la misma sobre el elemento formado 92. Habrá puntos, no mostrados, en los que la preformas portadora 84 y el elemento 92 formado encajen en contacto íntimo. Cuando el proceso de cosido energético utiliza energía electromagnética, por ejemplo la energía electromagnética producida por dispositivos electroluminiscentes tales como LED, el elemento 92 comprende una resina de aglomerante sensible a la energía electromagnética. El proceso de cosido utiliza materiales con un aglomerante de opción seleccionado para curar por el método de opción, por ejemplo curado por radiación electromagnética, calor o anaerobio, es aplicado en algunos emplazamientos puntuales específicos donde los elementos 84 y 92 están en contrato íntimo. La energía apropiada para curar el aglomerante de opción, por ejemplo una radiación electromagnética tal como la radiación infrarroja, la radiación de luz visible o la ultravioleta, se aplica localmente, por ejemplo con uno o más LED 96; alternativamente, el cosido puede ser lograda enmascarando las áreas donde el aglomerante se va a dejar sin curar curando de tal modo las áreas no enmascaradas. También, se puede lograr el cosido aplicando energía electromagnética a las áreas donde no se había aplicado previamente la energía electromagnética por los dispositivos electroluminiscentes 80.
En cualquier caso, se obtiene una estructura reforzada 98. La estructura 98 se transfiere entonces a un proceso de moldeo para moldear la estructura acabada.
En otras realizaciones, la presente prescripción proporciona también nuevos métodos para hacer preformas con técnicas de "hilvanado energético" desarrolladas en las patentes U.S. Nos. 5.217.656, 5.364.258, 5.827.392 y 5.487.853, en las que se hace una preforma tridimensional rígida moviendo una pluralidad de bandas de material fibroso de refuerzo superpuesto a un cortador y coplanario con el mismo, siendo las bandas tapas con un aglomerante curable por energía electromagnética y opcionalmente un aglomerante anaerobio, o con un aglomerante en dos fases que comprende un componente curable por energía electromagnética y un componente anaerobio, y prensarlos juntos. Antes de cortar de las bandas una pieza preliminar en un desarrollo bidimensional de la preforma tridimensional, las bandas son clavadas entre sí zonas locales espaciadas en una etapa de "hilvanado energético" curando localmente el aglomerante en aquellas zonas aplicando localmente la energía electromagnética producida por dispositivos electroluminiscentes tales como los LED para hacer que las bandas se desplacen como una al cortador. Después de que la pieza preliminar hilvanada se haya conformado en la forma deseada, la segunda etapa de curado puede ser un curado por energía electromagnética, en la que se puede producir la energía electromagnética por dispositivos electroluminiscentes tales como LED. Cuando está presente un aglomerante anaerobio, un curado anaerobio que se iniciará mediante la aplicación de una atmósfera puede promover el curado del componente anaerobio.
Después de preformar, la preforma tridimensional rigidizada se quita del molde y es manipulada por unos dispositivos robóticos como una preforma portadora para la posible fijación de miembros de refuerzo. En esta parte del proceso, la preforma portadora se orienta a una posición deseada, se aplica un aglomerante apropiado al mecanismo de curado deseado a la superficie o a algunas áreas de la misma, se desplaza un nervio de refuerzo o similar para que tenga un contacto íntimo con el área o áreas de aglomerante y el área o las áreas hilvanadas y el aglomerante se curan con el mecanismo apropiado, por ejemplo mediante la energía electromagnética producida por los dispositivos electroluminiscentes tales como los LED.
La resina de aglomerante curada pega el miembro de refuerzo a la preforma portadora. Esta unión de miembros de refuerzo, denominada cosido, puede tener lugar varias veces para proporcionar nervios de refuerzo dentro de la forma tridimensional, fuera de la forma tridimensional en la superficie externa de la misma y/o para agregar una tapa que cierre una estructura tridimensional hueca. Después de que se haya unido el miembro de refuerzo final, se puede almacenar la preforma o se puede desplazar a la estación de moldeado de un proceso de moldeado de compuesto líquido. Las preformas se pueden fabricar también con materiales entremezclados tales como TWINTEX® (Saint-Gobain Vetrotex, Shelby, Michigan) comprendiendo un material entremezclado fibras de vidrio y fibras de polipropileno, y CURV® (Propex Fabrics, Gronau, Alemania) un material entremezclado de polipropileno/polipropileno. En tales materiales, la resina de la matriz está bajo la forma de una fibra termoplástica entremezclada con las fibras de refuerzo. En la práctica, el material entremezclado se calienta y la resina fluye alrededor de las fibras, produciendo de este modo un compuesto termoplástico. Si el material entremezclado es consolidado previamente, la alta viscosidad de la resina reduce dramáticamente la susceptibilidad de conformación del material en cualquier forma compleja. Por consiguiente, es deseable preformar y rigidizar el material de modo que el calentamiento de la resina tenga lugar en una parte ya conformada que es entonces consolidada sin tener que desplazar las fibras grandemente. En este caso, el aglomerante fijado térmicamente no es afectado durante el calentamiento y la fusión de la resina de la matriz y conserva generalmente la preformas en su forma si se utiliza una cantidad correcta de aglomerante.
Un proceso para hacer preformas tridimensionales rígidas con técnicas de hilvanado energético según la invención se ilustran en la Fig. 3 de modo que comprende una pluralidad de estaciones o etapas 1-10 de proceso.
En la etapa de suministro 1, se monta una pluralidad de rollos de material del refuerzo, tales como filamento continuo de fibra de vidrio, banda tejida o similares para distribuir una pluralidad análoga de bandas del material superpuesto las unas con respecto a las otras hacia una etapa 3 de compactación en la que se reciben las bandas, son guiadas y dirigidas en el mismo plano las unas con respecto a las otras.
Entre la etapa 1 de suministro y la etapa 3 de compactación, se encuentra una etapa 3 de aplicación de aglomerante en la cual se aplica un aglomerante. Dicho aglomerante puede ser un aglomerante en dos fases que comprende, por ejemplo, un primer componente curable por energía electromagnética que cura cuando es expuesto a la energía electromagnética de un primer conjunto de una o más longitudes de onda y un segundo componente curable por energía electromagnética que cura cuando es expuesto a la energía electromagnética de un segundo sistema de una o más longitudes de onda. Dicho aglomerante en dos fases se aplica al menos a una superficie de cada par de superficies enfrentadas de las bandas. Aquí, el(los) aglomerante(s) se pueden aplicar a las superficies superior e inferior de la banda media, pero se puede aplicar también a la superficie inferior de la banda superior y a la superficie superior de la banda inferior o a todas las superficies enfrentadas.
En la etapa 3 de prensado o compactación, las bandas pueden ser prensadas entre sí causando el esparcimiento de los aglomerantes y el permeado de los mismos en mayores áreas de contacto con las fibras de las bandas.
Las bandas sobrepuestas se alimentan a continuación a una estación de hilvanado energético 4 donde se hilvanan entre sí, por ejemplo por energía electromagnética generada por dispositivos electroluminiscentes por ejemplo LED, en emplazamientos espaciados longitudinalmente y/o transversalmente de las bandas, por ejemplo por curado del aglomerante curable por energía electromagnética. Estos emplazamientos espaciados, como se describe más adelante, también se consideran como zonas de hilvanado puesto que son tridimensionales y se extienden a todas las bandas y las engloban.
Las bandas, hilvanadas juntas forman esencialmente un único elemento, desplazándose a continuación a una etapa 5 de corte según una forma neta o próxima a la misma o en la cual una proyección plana de dos dimensiones o desarrollo plano de la estructura tridimensional deseada se corta de la banda para su posterior conformación en la forma tridimensional de la preforma. El material formado cortado de la banda de múltiples capas es transferido a una etapa 7 de moldeo por una etapa 6 de regida de material. En la etapa 7 de moldeo, el material conformado es colocado entre las partes separables de un molde que es cerrado a continuación haciendo que el material conformado asuma los contornos de la preforma tridimensional, En la etapa de moldeo 7 y mientras que todavía está en el molde, el material conformado se somete a una radiación electromagnética, por ejemplo a la radiación electromagnética producida por los dispositivos electroluminiscentes tales como los LED, para promover el curado del aglomerante que se cura por energía electromagnética.
Si procede, el material conformado se puede también someter a una atmósfera que promueva el curado de un componente de aglomerante anaerobio. Una vez curado, el material conformado se hace rígido y se transforma en una preforma tridimensional rígida. Una vez abierto el molde, la preforma se puede retirar en la etapa 7 del molde y se transfiere a la etapa de cosido 9 mediante una etapa 8 de manipulación de material, es decir, si se va a considerar la preformas una preforma portadora para la unión de miembros de refuerzo y similares; de no ser así, la etapa 8 de manipulación de material puede depositar simplemente la preforma rígida tridimensional en una cinta transportadora 10 para su descarga a almacenamiento o para su transporte, por ejemplo, a un proceso de moldeado por transferencia de resina (RTM) o a un proceso de moldeado por inyección de reacción (SRIM). Si la preformas debe asumir el estado de una preformas portadora, la etapa 8 de manipulación de material puede funcionar conjuntamente con la etapa de cosido 9 para manipular la preforma en posiciones como las descritas a continuación.
En la etapa de cosido 9, se unen los miembros de refuerzo a la preforma portadora por rociado de un aglomerante, según se indica en 104 sobre unos emplazamientos especificados de la preforma portadora y/o el subconjunto, se mueve el nervio de refuerzo a una orientación deseada y en contacto íntimo con los emplazamientos por un dispositivo 128 de manipulación de material y se someten a cosido los emplazamientos, mediante el proceso de cosido apropiado al aglomerante, por medio de un dispositivo 96 de cosido, en el que dicho dispositivo de cosido puede comprender uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como LED.
Puede haber una pluralidad de dispositivos 128 de manipulación de material, según se necesite, a fin de manipular y coser una pluralidad de miembros de refuerzo a la preforma portadora.
Como se indica en la Fig. 3, las etapas de manipulación de material pueden comprender una pluralidad de robots 74, 94, 128 y 105, en las cuales el robot 105 para mover el dispositivo 104 de rociado se ilustra simbólicamente conectado en ellas por un acoplamiento mecánico mostrado por líneas de trazo discontinuo. Puesto que el robótica y los dispositivos robóticos son bien conocidos en la técnica, no se considera necesaria aquí una explicación detallada de los mismos.
Se apreciará que el proceso descrito anteriormente puede ser continuo y describe un ciclo de proceso en etapas en el cual la etapa de procesamiento con el tiempo de transformación más largo es la etapa de control. Puesto que conformar y rigidizar la preformas es solamente una cuestión de segundos, se supone que para la mayoría de los procesos, esta no es la etapa de control. Dependiendo del número de los miembros refuerzo añadidos y de la naturaleza de la forma del material conformado, cualquiera de estas etapas podría ser considerada la etapa de control por la cual el resto de los tiempos de transformación y la temporización de los mismos se determinan y adaptan al proceso de moldeado siguiente.
Haciendo referencia a la Fig. 4, se ilustra una vista más detallada de la etapa 1 de suministro, la etapa 2 de aplicación de aglomerante y la etapa 3 de compactación. La etapa 1 de suministro se ilustra comprendiendo una pluralidad de rollos 12-16 de material de refuerzo que deben ser distribuidos como bandas individuales en una relación sobrepuesta hacia una emplazamiento predeterminado al principio de la etapa 3 de compactación en el cual se alinean las bandas para desplazarse de manera coplanaria las unas con respecto a las otras. Esto se logra por un par de rodillos de prensado opuestos 30 y 32.
El aplicador 2 de rociado de resina de aglomerante se ilustra comprendiendo los mecanismos de rociado 18, 19, 20 y 21 que se alimentan desde los depósitos 28 y opcionalmente 29 por medio de las bombas 26 y 27 para proporcionar una niebla o nube 22, 23, 24 y 25 entre la banda superior 12 y la banda central 14 y entre la banda central 14 y la banda inferior 16. En una configuración, el depósito 28 contiene un primer aglomerante curable por radiación electromagnética. La bomba y el aplicador que distribuyen el aglomerante se pueden disponer de una manera tal que el aglomerante se pueda aplicar específicamente en emplazamientos espaciados seleccionados. El aglomerante cubre al menos una de las superficies enfrentadas de cada par de superficies enfrentadas con resina aglomerante.
Haciendo ahora referencia a la Fig. 5, se ilustra la estructura coplanaria de múltiples capas de la banda como sale de la etapa 3 de compactación entre los rodillos 38 y 40 de prensado y al entrar en la estación 4 de hilvanado. La estación 4 de hilvanado comprende un pórtico 42 que incluye un miembro 148 que pueda ser accionado transversalmente por encima de las bandas sobre una viga 150, un miembro 152 que puede ser desplazado con respecto al miembro 148 en la dirección del movimiento de las bandas y en la opuesta al mismo, un miembro 156 portado en voladizo en un extremo del miembro 152 y un miembro 154 que puede ser accionado perpendicularmente a las bandas a través del miembro 156, soportando el miembro 154 una fuente de energía electromagnética 44, por ejemplo un dispositivo electroluminiscente tal como uno o más LED.
La fuente puede ser activada periódicamente o su emisión puede ser bloqueada periódicamente para proporcionar el curado en zonas espaciadas en los emplazamientos deseados de las bandas. El accionamiento y los miembros accionados pueden incluir estructuras de tipo cadena y piñón o estructuras del tipo de motor lineal.
Volviendo a las Figs. 6 y 7, una fuente de energía electromagnética electroluminiscente, tal como el LED 46 y opcionalmente el LED 47, que curan el aglomerante se ilustran en la Fig. 6, curando el aglomerante en las zonas respectivas 158 y 160 para unir las bandas entre sí. Se ilustra la misma estructura aglomerada en la Fig. 7 con las zonas 158 y 160 indicadas como puntos de conexión entre las bandas. Tales zonas pueden tener forma de puntos o franjas. El hilvanado de un cuadro laminado o de segmentos de un cuadro laminado puede tener lugar en la mesa de corte como parte del proceso de corte y lo más comúnmente tendría lugar de modo que el curado del punto retendría los materiales de manera óptimo con respecto a la forma y a las operaciones de conformación subsiguientes.
Haciendo referencia a la Fig. 8, las bandas hilvanadas se ilustran como desplazadas a la etapa 5 de forma neta o de modelo neto donde se cortan en fieltros de múltiples capas hilvanadas o piezas preliminares B. La etapa de corte 5 puede comprender un pórtico 162 que incluye un miembro transversal 168 que se monta para el movimiento longitudinal de las bandas en un miembro 166 que es soportado por una mesa 164 (Fig. 3). Un miembro 170 se puede desplazar transversalmente sobre el miembro 168 y comprende un dispositivo para cortar las bandas de múltiples capas en las formas deseadas. El pórtico 162 y el dispositivo 170 constituyen por tanto un cortador según el patrón X-Y que es eficaz para cortar las formas deseadas para los fieltros o las piezas preliminares B por un cortador 172 que puede estar constituido, por ejemplo, por una cuchilla o un rayo láser. Como se ha mencionado anteriormente, la cabeza de hilvanado puede ser montada en el pórtico 162 y se hace funcionar periódicamente para hilvanar las bandas entre sí. Como se ha indicado anteriormente, las estructuras de accionamiento para los elementos 148 - 156 de la Fig. 5 y 164-170 de la Fig. 8 pueden ser motores eléctricos con estructuras de salida de cremallera y piñón o cualesquiera otros dispositivos adecuados para proporcionar los movimientos según X, Y, Z o, respectivamente, X, Y.
Las piezas preliminares de corte B son retiradas de la etapa 5 de corte por el aparatos 74 de recogida de material de la etapa 6 de manipulación de material y son colocadas en la etapa 7 de moldeo. Esto se muestra con mayor detalle en la Fig. 9, en la cual se ha colocado una pieza preliminar B cortada sobre un molde 186 de conformación inferior que incluye un macho 190 de moldeo y que está por debajo y en registro con un molde de conformación superior 182 que incluye una cavidad de moldeo hembra 188 que generalmente se acomoda a la forma del macho 190 de moldeo. Alternativamente, el macho de moldeo puede ser parte del molde de conformación superior y la cavidad hembra de moldeo puede ser parte del molde de conformación inferior. Como se muestra, se corta otra pieza preliminar B en la estación 5 de corte y el robot 74 vuelve para manipular la pieza preliminares siguiente B.
El molde es cerrado entonces accionando el ariete 184 para bajar la barra transversal 180 y el molde superior 182 para acoplar las piezas de moldeo de conformación superior e inferior, como se muestra en la Fig. 10, de modo que la pieza preliminar B asume ahora el carácter de un elemento S conformado tridimensional que se adapta a la forma deseada de la preforma rígida tridimensional.
Mientras el molde es cerrado, y según lo ilustrado específicamente en la Fig. 11, el elemento conformado S se somete a energía electromagnética que promueve el curado de los aglomerantes curables por energía electromagnética, por ejemplo por uno o varios LED y/o puntos de quantum 192. Si se usa un aglomerante en dos fases con un componente de curado por energía electromagnética y un componente anaerobio, el elemento S conformado se puede también someter a una atmósfera que promueva el curado de aglomerantes anaerobios. Después del curado, el elemento moldeado es una preforma tridimensional rígida P que se puede desplazar desde la etapa 7 de moldeo y depositar en el transportador 10 para transportar la misma para su almacenamiento o para su uso en otro proceso de moldeado según lo establecido anteriormente.
Haciendo referencia a las Figs. 3 y 2, a fin de retirar la preforma P, el ariete 184 es accionado para levantar la barra transversal 180 y el molde superior 182 para separar el molde 182 del molde 186. El robot 94 puede coger entonces la preformas P, según se ilustra en la Fig. 12, para mover la preforma P bien al transportador 10 o bien a la estación de cosido energético 9.
Si se supone que la preforma P se considera ahora que tiene la categoría de una preforma portadora, se desplaza la preforma P a la etapa de cosido energético 9 (Fig. 3). En esta estación, el robot 94 de la etapa de manipulación de material puede colocar la preforma P en la posición ilustrada en la Fig. 13. Mientras esté en esta posición, un robot 105 manipula un aplicador 104 de aglomerante para aplicar un aglomerante en un área 102 en un emplazamiento en el cual se deba unir un nervio externo de refuerzo ER y/o en la superficie de coincidencia del nervio de refuerzo. Alternativamente, el aglomerante en el área 102 puede ser en vez de éste un aglomerante que se haya dejado sin curar en la etapa de curado de la Fig. 11. A continuación, un robot 128 (Fig. 3), u otro manipulador adecuado orienta al miembro ER a una posición situada transversalmente de la preformas P y en contacto íntimo con la preforma. Entonces, un robot 196 coloca un dispositivo de cosido apropiado en su lugar, que en la Fig. 3 se representa por 198, para aplicar el método de curado apropiado, por ejemplo un haz de luz ultravioleta 100 producido por uno o más LED ultravioletas, y para dirigir el mismo sobre un área 106 o, preferiblemente, una pluralidad de áreas de este tipo a lo largo del nervio ER, para curar el aglomerante en aquel lugar y coser el nervio ER a la preforma P.
El robot 94 puede entonces hacer girar la preforma P 180º y realizar entonces las mismas etapas para un nervio interno de refuerzo IR a fin de coser el mismo con la cavidad de la preforma portadora P. Como se muestra en la Fig. 14, ésta es una operación casi idéntica a la mostrada en la Fig. 13 para el nervio externo ER. El pórtico 96 de robot puede ser desplazado, en cualquier caso, para explorar a lo largo de la longitud del nervio y coser el nervio respectivo a la preforma portadora en una pluralidad de emplazamientos 106. El cosido se puede realizar con la energía electromagnética producida por uno o más dispositivos electroluminiscentes, tales como LED.
Alternativamente, o adicionalmente a aplicar el nervio interno IR, el robot 105 puede manipular el aplicador 104 de aglomerante para rociar un área alargada a lo largo de la superficie interna de la preforma portadora P y/o de una superficie coincidente del nervio interno IR. En este caso, como se muestra en la Fig. 15, el robot 128 o un manipulador similar coge y traslada un miembro de refuerzo interno alargado LIR de forma apropiada en contacto íntimo con la preformas P en el área rociada y por ejemplo el haz ultravioleta 100 producido por ejemplo por uno o varios LED ultravioletas explora el área o una pluralidad de emplazamientos 106 de la misma para coser el miembro LIR al interior de la preforma portadora P.
Es a veces deseable cerrar la estructura hueca de la preforma o de la preforma portadora P incluyendo cualquier material núcleo en la misma a fin de bloquear el relleno con resina durante el siguiente proceso de moldeado puede se puede preformar alternativamente una estructura sándwich incluyendo un material núcleo tal como balsa, espuma o panal entre dos o más capas de materiales de refuerzo a fin de obtener una pieza compuesta fuerte de peso ligero. Las estructuras de tipo sándwich son conocidas en la industria de los compuestos. En este caso, y como se muestra en las Figs. 3 y 16, el robot 128 o un manipulador similar coge una tapa C y coloca la misma en registro con la preforma P. El robot 94 y posiblemente otros robots adicionales pueden entonces agarrar y colocar una porción de los bordes del conjunto, después de rociar el borde marginal o pestaña de la preformas P y/o de la tapa C con aglomerante. La preforma portadoras ha sido ahora cosida cerrada y puede incluir el material núcleo y/o uno o más nervios internos de refuerzo del tipo ilustrado en las Figs. 14 y 15. Además, puede incluir o ser manipulado y cosido para incluir uno o más nervios externos ER del tipo ilustrado en la Fig. 13.
La Fig. 16 ilustra un procedimiento de cosido de una tapa similar en el cual el aerosol 104 de aglomerante es manipulado para rociar la resina aglomerante a lo largo del borde marginal o pestaña de la preforma P y/o una tapa C y la tapa C es manipulada llevándola a la posición apropiada y se cosen los dos elementos entre sí con una cabeza de cosido 198, donde dicha cabeza de cosido puede comprender uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como LED puntos de quantum, que se coloca por medio del pórtico 196 a fin de coser alrededor de toda la periferia del conjunto.
Según lo mencionado anteriormente, los procedimientos de hilvanado y cosido, de hecho todos los procedimientos de fijación de este tipo, se pueden realizar por medio de fuentes de energía electromagnética electroluminiscentes, tales como LED.
En resumen, las presentes realizaciones de la invención proporcionan un proceso para hacer preformas tridimensionales rígidas usando materiales de refuerzo tales como bandas de fibra cubiertas con una resina aglomerante. Las bandas se extraen de unos rodillos respectivos de material de refuerzo y se sobreponen y dirigen de tal modo que se desplazan hacia un emplazamiento común en el cual son guiadas de manera que se desplacen la una paralela con respecto a la otra. Antes de que se pongan paralelas, las bandas superpuestas tienen aplicada una resina de aglomerante de material curable por energía electromagnética en al menos una de cada par de superficies enfrentadas y, después de ponerse paralelas, se prensan juntas para distribuir la resina aglomerante y aumentar el área de contacto de las mismas con las fibras del material de refuerzo. Alternativamente, se puede aplicar un aglomerante en dos fases que contiene un componente curable por energía electromagnética y un segundo y/o tercer componente. El componente de aglomerante curable por energía e1ectromagnetica cura por aplicación de la energía electromagnética apropiada, por ejemplo por medio de uno o más LED, el(los) otro(s) componente(s) curan en respuesta a la aplicación de la energía apropiada. Después de ser comprimidas, las bandas pueden también ser enviadas a una estación de hilvanado.
A continuación, la banda hilvanada se corta en formas cada una de las cuales corresponde, a un desarrollo plano de dos dimensiones de la forma tridimensional de la preforma tridimensional rígida deseada. El material cortado es entonces transferido a un molde de preforma donde es conformado en la forma tridimensional de la preforma entre moldes superior e inferior de forma complementaria. Los moldes son construido para ser favorables a la aplicación de energía electromagnética por medio de dispositivos electroluminiscentes tales como los LED o los puntos de quantum, por ejemplo incorporando LED incrustados en la superficie de los moldes, y pueden así funcionar para originar el curado del aglomerante curable por energía electromagnética y hacer que el material cortado se ponga rígido, dando así como resultado la preforma tridimensional deseada.
En este momento, se puede utilizar la preforma en otro proceso de moldeado o se puede considerar como una preforma portadora a la cual se cose un subconjunto o subconjuntos (elementos de refuerzo y/o miembros de montaje) aplicando un aglomerante en un emplazamiento o emplazamientos seleccionados, trasladando el subconjunto a un contacto íntimo con la preforma en esos emplazamientos seleccionados en la preforma y/o en el subconjunto y aplicando el método seleccionado para curar el aglomerante y unir el miembro de refuerzo. Estos últimas etapas se pueden multiplicar o repetir para unir una pluralidad de subconjuntos incluyendo un miembro de tapa que cierra la forma hueca de la preforma para retener un núcleo en la misma. Después de que se hayan unido todos los miembros de refuerzo y/o montaje, la preforma resultante se puede transferir a otro proceso de moldeado.
En realizaciones adicionales, se pueden aplicar también las presentes prescripciones a los métodos de curado de dos etapas para hacer fieltros tales como los desarrollados en las Patentes U.S. 5.2l7.654 y 5.382.148, en las que se hacen los fieltros de fibra para su subsiguiente utilización en la preformación para compuestos líquidos RTM o el proceso de moldeado SRIM. Según las presentes prescripciones, se aplica al fieltro un aglomerante en dos fases que comprende un primer componente curable por energía electromagnética que cura cuando es expuesto a la energía electromagnética de un primer grupo de una o más longitudes de onda y un segundo componente curable por energía electromagnética que cura cuando es expuesto a la energía electromagnética de un segundo grupo de una o más longitudes de onda, o un aglomerante en dos fases que comprende un componente curable por energía electromagnética y un componente anaerobio, o un aglomerante en dos fases que comprende un componente de curado térmico y un componente anaerobio, o un aglomerante en dos fases que comprende un componente curable por energía electromagnética y un componente de curado térmico. En la primera etapa, se proporciona un curado parcial por energía electromagnética de dicho primer grupo de una o más longitudes de onda para curar el primer componente curable por energía electromagnética, por ejemplo por medio de uno o más LED que producen energía electromagnética de dicho primer grupo de una o más longitudes de onda, o la aplicación de calor para curar el aglomerante térmico por medio de uno o más LED que producen calor; S, lo cual lleva a un aumento predecible y finito de la viscosidad hasta alcanzar la de un semisólido de modo que las fibras están suficientemente trabadas para su manipulación subsiguiente, pero no de manera suficiente para terminar su curado, mientras que se deja una segunda etapa lista para un curado final que se alcanza por la aplicación de energía electromagnética de dicho segundo grupo de una o más longitudes de onda para curar el segundo componente curable por energía electromagnética, por ejemplo por medio de uno o más LED que producen la radiación electromagnética de dicho segundo sistema de una o más longitudes de onda, o la aplicación de una atmósfera que promueve el curado del aglomerante anaerobio. Antes de la segunda etapa de curado, se conforma el fieltro dándole una forma tridimensiona1 de una preforma deseada. La segunda etapa de curado tiene lugar entonces para obtener una estructura de preforma tridimensional rígida.
Las relaciones típicas de aglomerante a material de la fibra serán del orden del 1% en peso al 12% en peso del material de fibra y se prefiere que la relación del aglomerante esté en el intervalo del 2% al 8%. Los aglomerantes de dos fases son únicos debido a que contienen dos componentes de reacción separados que funcionarán independientemente mediante diferentes métodos de iniciación y usando diferentes mecanismos para iniciar la reacción de cada componente. Cuando se usan dispositivos electroluminiscentes tales como LED o puntos de quantum, el estrecho espectro de emisión de tales dispositivos permite la aplicación de los aglomerantes de dos fases que comprenden un primer componente que cure cuando se expone a la energía electromagnética del un primer grupo de una o más longitudes de onda y un segundo componente que cura cuando se expone a la energía electromagnética de un segundo grupo de una o más longitudes de onda, sin grado alguno de curado accidental procedente de emisiones indeseables de energía, tales como las de fuentes de energía electromagnéticas convencionales como bombillas.
El componente de la primera fase incluye, por ejemplo, un generador térmico de radicales libres del tipo que responde al calor generado por la energía de las microondas o de una fuente térmica tal como los rayos infrarrojos o la convección de aire caliente, por ejemplo el Lupersol 256, peróxido bencílico, peroctoato butílico terciario y perbenzoato butílico terciario, o a la luz visible, tal como Irgacure 651, Irgacure 184 o lrgacure 907, o a la luz ultravioleta, tal como Irgacure 261, Cyracure UVE 6990 y Cyracure UVE 6974. Los productos de Irgacure son fabricados por la Ciba-Geigy Corp. de Greensborough, N. C. y Hawthorne N.Y. y los productos de Cyracure son fabricados por American Cyanamid Corporation, Wayne, N. J. La cantidad y la selección del iniciador de la primera fase conjuntamente con el tipo de resinas de aglomerante determinarán la primera fase de la viscosidad después de la exposición a la energía apropiada.
Es por tanto obvio que la primera fase que se encarga de proporcionar una cura parcial responderá a la energía apropiada y el resto del aglomerante permanecerá sin curar hasta el momento en el que se utilice el mismo en la fabricación de una preforma y se puede curar con una segunda energía apropiada o anaeróbicamente.
La relación del fotoiniciador de la primera etapa a la resina aglomerante y la exposición a la energía apropiada determinarán la viscosidad del aglomerante parcialmente polimerizado resultante. La viscosidad a la terminación de la reacción de la primera fase debería ser tal que, cuando se hagan las etapas de este modo, el aglomerante tendrá la viscosidad elevada hasta un punto en el que mantendrá las fibras de vidrio juntas para su manipulación, preferiblemente libres de puntos de unión, durante los procesos subsiguientes. El aglomerante será plástico, deformable y todavía no lo suficientemente rígido para mantener las formas tridimensionales de las preformas. En otras palabras, será plegable para preformar y para la siguiente segunda etapa de cura. Durante el proceso de preformado los intersticios de las fibras de vidrio no se rellenan obviamente en ese tiempo como lo serán más adelante durante el proceso final de moldeado.
El componente de la segunda etapa del aglomerante incluye generalmente una o más resinas, uno o más monómeros, uno o más hidroperóxidos, uno o más iniciadores y uno o más inhibidores. Un componente de aglomerante de la segunda etapa a título de ejemplo incluye del 15% al 55% en peso de una resina tal como el metacrilato de epoxi y del 45% al 85% en peso de monómeros tales como los monómeros de metacrilato, alcoholes polihídricos y alcoholes de éster. Del 0% al 30% de los monómeros están formados por combinaciones de uno o más de los siguientes productos dependiendo de los requisitos de funcionamiento y de compatibilidad: hidroxilos alquílicos (mono, di y tri funcionales), acrilato de de carboxi-beta-etilo, ácido metacrílico, ácido acrílico (dímero, trímero y análogos superiores), metacrilato de hidroxi-etilo, metacrilato de hidroxi-propilo, acrilato de hidroxi-etilo, acrilato de hidroxi-propilo y acrilato de hidroxi-butilo. La funcionalidad del hidroxilo proporciona una funcionalidad residual para su compatibilidad con los epóxidos, ésteres vinílicos y uretanos, mientras que los grupos ácidos proporcionan una compatibilidad residual para los epóxidos, poliésteres y resinas fenólicas
Los hidroperóxidos pueden constituir del 0% al 5% del peso total de la composición. Los aceleradores pueden constituir del 0% hasta el 4% en peso de la composición, y los inhibidores del 0% al 0,1% en peso de la composición.
El presente proceso permitirá el mechas de extremo único, tales como PPG No. 2002, OCF 366, 107B ó 30, o Certainteed 625 o 670. Esto proporcionará una variedad de rendimientos seleccionándose el rendimiento de acuerdo con el complemento de la resina de aglomerante.
El aglomerante en dos fases también elimina la necesidad de dos aplicaciones separadas de diferentes aglomerantes al preformar usando aglomerantes curados por rayos ultravioletas para las preformas como en los ya mencionados procesos COMPFORM®. La tecnología actual dicta que los productos de tipo fieltro se compren con aglomerantes convencionales aplicados a los mismos cuando se producen. Las aglomerantes convencionales requieren la modificación con calor durante la preformación o se debe superar su resiliencia durante la preformación. Los nuevos aglomerantes de dos fases, según la presente invención, eliminan estos problemas usando una sola resina de aglomerante con dos distintos y diferentes sistemas de fotoiniciadores que trabajen cuando se exponen a la energía electromagnética de diferentes longitudes de onda. Cuando se utilizan en la fabricación de fieltros o fieltros preformables, la primera fase toma el lugar lugar del primer aglomerante según se aplica por el fabricante del refuerzo, es decir, el fabricante de la fibra de vidrio, y la segunda fase toma el lugar del segundo aglomerante aplicado por el fabricante de la preformas para su en la preformación.
Debido a que el fotoiniciador de la primera fase hace reaccionar parcialmente al aglomerante, la cura en la segunda fase requiere menos enlaces transversales para obtener un curado final. Esto acelerará el curado de la segunda etapa sobre lo que hubiera ocurrido si no hubiera habido curado en una primera fase. Debería entenderse que los radicales libres generados en la primera fase de curado originan unos enlaces transversales limitados en el aglomerante hasta que no haya más radicales libres generados para adelantar el curado.
Puesto que las aglomerantes son líquidos no necesitan ser portados en agua para ser rociados. La humedad residual en las fibras de refuerzo se ha probado durante largo tiempo como causa de reducción de las características físicas y eléctricas con algunas resinas de matriz. Debido a que no hay agua en el sistema, no hay necesidad de secado y se supera el problema que se acaba de mencionar. El curado mediante la energía electromagnética apropia y opcionalmente por calor y/o curado anaerobio proporciona la rigidez y las características de manipulación de material necesarias.
En aras de la simplicidad, la descripción siguiente se refiere principalmente a los fieltros no tejidos, puesto que cualquier ventaja de proceso es también aplicable a cualesquiera refuerzos tejidos en los que se utilicen los aglomerantes. Los fieltros de fibra entran en dos categorías generales, los de fibras discontinuas llamados fieltros de filamento cortado y los de fibras continuas generalmente llamados fieltros de filamento continuo. La presente invención se aplica a ambos estilos de fieltros o a las combinaciones de los mismos. Hay muchos estilos de cada uno de estos tipos de fieltros.
En el proceso de la presente invención, los fieltros de fibra se preparan por el fabricante, es decir, como una capa de fibras depositadas en una banda móvil, según se describe en la patente U.S. No. 4.054.713 y de acuerdo con la presente invención usando fuentes de energía electromagnética electroluminiscentes tales como los LED. Los fieltros se preparan en una banda continua o correa y, a la terminación de la formación de la capa, se aplica un aglomerante, típicamente por rociado, aunque se hacer por calandrado. El aglomerante se aplica generalmente en el intervalo del 1% al 12% en peso de fibra, típica y preferiblemente en el del 2,0% al 8,0% en peso. Después de la aplicación del aglomerante, un se puede proporcionar tiempo de residencia para permitir una cierta humidificación de las fibras por una distancia de transporte a la sección de compresión y curado de la línea de producción como en la patente 5.169.571 del solicitante.
Los fieltros se pueden fabricar también con un velo, donde un velo es un fieltro de fibras que tiene la finalidad de crear una superficie rica en resina, por ejemplo con el propósito de mejorar las propiedades tales como la resistencia a la corrosión y el aspecto. En algunas realizaciones de la invención, el velo se coloca usando un mechado que se produce específicamente con este fin. El velo puede estar en cualquier lado o en ambos lados de un fieltro, dependiendo del lado de la preformas en el que es necesario el velo.
La intención del presente concepto es proporcionar nuevos métodos para hacer productos de tipo fieltro que serán utilizados posteriormente en la fabricación de preformas que como es bien conocido en la técnica, se usan luego en la fabricación de artículos acabados impregnados tales como vigas de parachoques, fregaderos y similares. Debe entenderse que las preformas son productos tridimensionales que se utilizan como base y como elemento vertebral para hacer RIM, RTM, SRIM acabados tridimensionales de conformación, o productos moldeados similares.
Habitualmente es deseable comprimir las capas para lograr la relación deseada de densidad/espesor. 1. En el proceso de la presente invención, como se describe en la Patente US No. 5.169.571 las capas se comprimen en etapas y se mantienen a compresión durante el curado programado. Hay varias técnicas disponibles para lograr la relación deseada de densidad/espesor por compresión usando rodillos o cintas continuas o combinaciones de los mismos según lo descrito en las aplicaciones ya mencionados.
Al usar luz visible como energía de curado, la luz se puede aplicar de diversas maneras diferentes: a través de una banda o de una correa continua; entre los rodillos sobre la correa o banda, a través de los rodillos; y a través de las aberturas entre los rodillos. Cuando la fuente de luz debe ser contenida en los rodillos y la luz transmitida a través de los rodillos, los rodillos pueden hacerse de una pantalla porosa de metal que permita la transmisión de la luz o pueden ser hechos de un material transparente a la luz, tal como un producto acrílico transparente a la luz o un vidrio o un cuarzo transparente a la luz. Cuando la fuente de luz es uno o varios LED, dichos LED se pueden encajar en dichos rodillos, correa o banda. La correa o banda puede ser hecha de una pantalla de metal flexible porosa que permita la transmisión de la luz o pueden ser hechos de una correa o banda de polímero transparente a la luz, tal como el polietileno transparente a la luz, los productos acrílicos transparentes a la luz o el cloruro de polivinilo transparente a la luz. La transparencia se refiere a la porción del espectro que está en funcionamiento. Como en la anteriormente mencionada Patente US No. 5.169.571, se puede emplear una película transparente a la luz como banda que actuaría también para mantener los aglomerantes sin curar de las superficies de los rodillos o correas, si se desea. También impediría que los materiales de vidrio potencialmente abrasivos desgastaran las superficies del sistema de transporte. Si se desea, la película transparente a la luz se puede dejar con el producto como un separador de capas en los rollos. Otra aplicación de esta película puede ser además como sello de vacío si se desea en aplicaciones posteriores de corte o conformación anteriormente a la segunda etapa de curado y tal como en la patente anterior ya mencionada del solicitante. La película puede ser también permeab1e a los gases para permitir el curado anaerobio, si se desea.
El proceso es aplicable a la utilización de diferentes formas de energía, y especialmente a la energía electromagnética producida por los dispositivos electroluminiscentes tales como los LED. Por tanto, se proporcionará a continuación una descripción detallada del uso de los sistemas de energía apropiados.
Haciendo referencia a la Fig. 17, se ilustra generalmente en 210 un sistema de formación de fieltro que comprende una pluralidad de etapas espaciadas a lo largo de una banda transportadora 212 que está soportada para desplazarse a lo largo de una trayectoria definida por un par de rodillos de extremo 214 y 216. El sistema incluye una etapa de preparación de fibra y de aplicación 218, un aplicador 220 de aglomerante y una etapa de compresión y curado 222. En el término de la banda transportadora 212, adyacente el rodillo 216, el fieltro formado se retira y se enrolla en un rodillo 252 de recogida o bobinado.
En la etapa 218 del aplicador, las fibras de refuerzo, sean por ejemplo de filamento continuo o fibras cortadas, se preparan de una manera conocida en la técnica, tal como se describe en la anteriormente mencionada patente U.S. No. 4.054.713. Las fibras de refuerzo pueden también ser mezclas variables de fibras de filamento continuo y cortadas. Las fibras se preparan en el aparato 224 y se depositan, como se indica simbólicamente por la flecha 226, sobre la superficie superior de la banda transportadora 212 como una capa 226' de fibras. La capa 226' de fibras es recibida a continuación en la estación 220 de aplicador de aglomerante en la cual el aglomerante se extrae de un alimentador 228, en este caso un aglomerante en dos fases, y se aplica por medio de un aplicador 230 sobre la superficie superior de la capa 226' formada para constituir una capa 226_{VL} en la superficie superior de la banda transportadora 212 con un 1,0 a un 12,0 por ciento en peso de aglomerante, preferiblemente del 2,0 al 8,0 por ciento en peso con respecto a la fibra de vidrio u otro material de refuerzo.
La capa 226_{VL} revestida de aglomerante pasa a continuación a la etapa 222 de compresión y curado en la cual la banda transportadora 212, más particularmente la capa 212_{VL} portada sobre la misma es comprimida entre pares de rodillos de compresión 234, 236, 238 y 240 donde la capa 236_{VL} es comprimida hasta alcanzar una relación de espesor/densidad deseada por los rodillos, en etapas, y el primer componente del aglomerante es curado, en etapas, por medio de los LED espaciados y/o puntos de quantum 242 que proporcionan la energía apropiada para curar dicho componente, por ejemplo luz visible, luz ultravioleta, luz infrarroja o calor. Estos LED y/o puntos de quantum pueden extenderse transversalmente de la capa 226_{VL} e irradiar energía según se indica en 246, 248. Los LED y/o los puntos de quantum pueden también estar incrustados, por ejemplo como fuentes de energía electromagnética 244 en los rodillos de compresión 234, 236, 238 y 240.
Después de la compresión y del curado, el fieltro de fibra acabado, que ahora recibe la referencia 250_{UV} es tomado de la banda transportadora 212 y se puede hacer pasar por los rodillos en el rodillo de enrollado 252. Alternativamente, el fieltro puede aliméntese directamente a la maquinaria del corte o directamente al equipo de preformación. Si se ha pasado por los rodillos, se puede entonces alimentar el fieltro bajo demanda a la maquinaria de corte o directamente al equipo de preformación.
Alternativamente, se puede montar una porción de molde en el sistema de correa, y formar directamente un fieltro de fibra en la porción del molde. Se logra esto aplicando las fibras y el aglomerante directamente sobre la porción de molde, seguido por el curado del aglomerante que puede tener lugar en una o en varias etapas. Cuando se desea y cuando los requisitos de la preformas lo permiten, el aglomerante se puede curar en una etapa durante la deposición de las fibras aplicando la energía apropiada. Esto no permite la etapa de la consolidación pero algunas aplicaciones no requieren que la preforma sea consolidada. Esto también permite que las fibras dirigidas sean rociadas directamente en una herramienta de moldeado con o sin un recubrimiento de gel o con o sin un material de piel, usando una versión de alta viscosidad del aglomerante donde la viscosidad y la naturaleza "pegajosa" del aglomerante actúa primero para mantener el refuerzo en su lugar sin vacío y secundariamente asegurar el refuerzo con el curado del aglomerante con exposición a la energía electromagnética para el curado, donde dicha energía electromagnética se puede producir por dispositivos electroluminiscentes tales como uno o varios LED.
Haciendo referencia a la Fig. 22, se ilustra una aplicación de fibra y aglomerante con un primer sistema de estabilización, generalmente referido como 310, que comprende una pluralidad de etapas espaciadas a lo largo de una banda transportadora 312, la cual está soportada para su desplazamiento a lo largo de una trayectoria definida por un par de rodillos de extremo 314 y 316. El sistema incluye un dispositivo de aplicación de fibra 318, y un aplicador 330 de aglomerante. En el término de la banda transportadora 312, adyacente al rodillo 316, la forma se saca y se desplaza a la estación 210 de consolidación por el robot 358.
En la etapa 318 de aplicador, las fibras de refuerzo son depositadas por el aparato 324 como se indica simbólicamente por la flecha 326, sobre la superficie de una porción 205 de molde. Una composición de aglomerante, aquí una composición de el aglomerante en dos fases que comprende un primer componente que cura cuando es expuesto a un primer tipo apropiado de energía electromagnética y un segundo componente que cura cuando es expuesto a un segundo tipo apropiado de energía electromagnética, es extraído de una fuente 328 y es aplicado por un aplicador 330 como aglomerante 332 junto con las fibras, para formar una capa revestida de aglomerante en la superficie de la porción 205 de molde. Opcionalmente se puede aplicar el aglomerante y las fibras juntos por medio de un dispositivo aplicador de aglomerante y fibras combinados. El componente de primera fase del aglomerante se cura con el primer tipo apropiado de energía electromagnética aplicado, por ejemplo, por los LED o los conjuntos de LED 207 y 209. En realizaciones alternativas, se puede agregar un velo a cada lado o en ambos lados de las fibras de refuerzo, dependiendo de en que lado de la preforma se necesita colocar el velo.
Alternativamente, la porción de molde 205 recubierta de fibra y aglomerante pasa al primer sistema de estabilización 322 en el cual la fuente apropiada de una o más fuentes de energía electromagnética, por ejemplo los LED o conjuntos de LED 142 y 144 se extienden transversalmente de la cinta transportadora e irradian el primer tipo apropiado de energía electromagnética como se indica en 146, 148.
Después del curado, la preforma parcialmente curada en la porción de molde, a que ahora recibe la referencia 356, es tomada por un robot 358 de la cinta transportadora 312 y es alimentada a la estación de consolidación 210. La estación de consolidación comprende una etapa de consolidación en la que se cura el segundo componente del aglomerante, en forma de una prensa de conformación 364 con un molde contrario, como en la Fig. 22, y la preforma parcialmente curada 356 se desplaza a lo largo de una lanzadera 362 a la prensa de conformación 364 donde las dos mitades de la prensa se presionan entre sí para replicar la forma deseada de la preforma y se aplica una segunda energía electromagnética apropiada para curar el segundo componente del aglomerante por los LED o conjunto de LED 386. Alternativamente, la etapa de consolidación puede ser una película o unos útiles flexibles que se colocan en la superficie de la herramienta y se aplica una segunda energía electromagnética apropiada para curar el segundo componente del aglomerante. La segunda energía electromagnética puede ser aplicada opcionalmente de tal manera que cure totalmente el segundo componente del aglomerante o que no cure totalmente el segundo componente del aglomerante, dependiendo de la aplicación en curso. Si se desea, se puede unir refuerzos a la preforma según las técnicas de cosido energético arriba indicadas.
En una realización alternativa de la invención, el sistema de estabilización de la primera etapa puede ser eliminado y desplazar directamente la herramienta a la estación de consolidación.
Haciendo referencia a la Fig. 18, todo el proceso de moldeado se establece generalmente en el estilo de un diagrama de flujo en el cual se proporciona un aglomerante en dos etapas al aplicador de aglomerante 220 de la Fig. 17 y se forma una preforma. La preforma se coloca luego en un molde, de acuerdo con los procesos RIM, RTM y SRIM u otros procesos de este tipo que utilizan o requieren una preforma y un material plástico deformable, tal como una resina de matriz que se introduce en el molde, por ejemplo por inyección o por vacío o por otro método semejante, para hacer fluir la resina de matriz al interior y llenar los intersticios de la preforma. La resina de la matriz se cura entonces en el molde y el producto es retirado luego según métodos conocidos en la técnica. Alternativamente, en todo el proceso de moldeado, como se establece en el diagrama de flujo de la Fig. 18, se proporciona un aglomerante de dos fases o de una fase al aplicador de aglomerante, aplicándose directamente el material a una herramienta como se muestra en la Fig. 22, y se produce una preforma usando directamente un aglomerante de una sola fase o usando un proceso de consolidación que comprende el uso de un aglomerante de dos fases como se describe anteriormente. La preforma se puede entonces utilizar según lo descrito arriba.
En otras realizaciones, es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso mejorado dirigido de fibra para hacer preformas estructurales con un aglomerante curable por energía electromagnética. Este objeto se logra proporcionando un molde que se perfora para dar soporte a un flujo de aire a través del mismo cuando se coloca en una cámara, según se describe previamente en la Patente US No. 5.192.387. El material de refuerzo se extrae de una fuente de filamentos de mecha en carretes, opcionalmente cortados y lanzados como ocurriría por rociando o dirigiéndolos hacia la parte perforada del molde. Se agrega un aglomerante curable por energía electromagnética a las fibras para recubrir, al menos parcialmente las fibras con aglomerante durante su a la parte perforada de molde las fibras, opción y/o después de que alcancen su destino en la parte de molde. El aglomerante se aplica en grado suficiente para recubrir las fibras, opcionalmente sin rellenar los intersticios entre dichas fibras. Durante la aplicación de las fibras y del aglomerante, se puede girar la parte perforada del molde para obtener una completa cobertura con fibra hasta un espesor deseado. A fin de realzar e incluso de lograr cubrición, se pueden dirigir -las fibras y el aglomerante desde el extremo distal de un brazo de robot que se puede hacer funcionar de acuerdo con un programa para explorar la parte perforada de molde a fin asegurar la cobertura en todas las áreas incluyendo las esquinas interiores del mismo.
Después de que hayan sido aplicadas las fibras y el aglomerante a la parte perforada de molde, si se requiere una consolidación, se cierra el molde para presionar la el fieltro fibroso aplicado en la forma deseada de una preforma por prensado de una segunda parte conformada de molde contra la preforma. Esta es generalmente una operación de prensado a baja presión que asegura que las fibras puenteen el interior y se proyecten desde las esquinas exteriores de las fibras conformadas y se deformen para adaptarse a las formas de estas esquinas. Alternativamente, se puede usar el vacío para consolidar por aplicación de una tapa flexible a fin de sellar las útiles en vez de una segunda parte de molde perforada, a las fibras aplicadas. La tapa flexible puede ser una película delgada de un material tal como el polietileno, silicio o un elastómero blando y el útil no perforado puede ser de cualquier material para útiles razonablemente rígido, material laminar formado térmicamente o similares.
Mientras está en el molde, la preforma es sometida a una energía electromagnética que promueve el curado del aglomerante y rigidiza el fieltro fibroso en la forma prensada. Esta energía electromagnética se puede producir por uno o más dispositivos electroluminiscentes por ejemplo LED. En este momento, la preforma se puede transferir a un proceso de moldeado para hacer un compuesto estructural o se puede considerar una preforma portadora que va a tener miembros de refuerzo o similares unidos a la misma.
Como se muestra en la Fig. 19, el proceso de preformado de fibra directo básico usando dispositivos electroluminiscentes tales como LED se ilustra generalmente como si se realizara en 3 o alternativamente 4 etapas que incluyen una etapa 401 de deposición de fibra y aglomerante, una etapa 402 de curado por energía electromagnética, una etapa 403 de terminación de preformado, una etapa 404 de cosido energético, y una etapa 405 de suministro. El cosido energético es dependiente de la aplicación, y se puede llevar a cabo usando aglomerante no curado en la etapa 402 de curado por energía.
La etapa 401 (Fig. 20) de deposición de fibra comprende una primera parte inferior primera 406 de molde que es soportada para la rotación por una cámara de distribución 407. La primera parte 406 de molde es un elemento perforado que dará soporte a un flujo de aire a través de la misma por medio de la cámara de distribución 407 para acumular un fieltro en las superficies 408, las cuales son oblicuas la una respecto a la otra y definen unas esquinas internas y externas. La parte 406 de molde es complementaria de una segunda parte superior 410 de molde y las dos partes tienen superficies interiores complementarias que definen una forma tridimensional deseada de una preforma para la aplicación de la preforma. Cuando se desea o se requiere una consolidación, se puede lograr ésta aplicando un cierre.
Las partes de molde 406 y 410 son partes de un molde de prensado y se ilustran como si estuvieran ligadas mecánicamente a un mecanismo 412 de cierre y apertura de molde que puede estar constituido por un ariete o arietes hidráulicos y guías y acoplamientos apropiados como son bien conocidos para los moldes de prensa. Con el molde abierto, las fibras de material de refuerzo, tales como las del material de refuerzo de fibra de vidrio o de carbono, y una resina de aglomerante curable por energía electromagnética, son propulsadas a la corriente de aire (indicada por las flechas A) establecidas a través de la cámara de distribución y de la parte perforada 406 del molde y dirigidas sobre la forma de perfil de la parte 406 del molde. Para mejorar la cobertura, la parte 406 del molde puede ser girada como se ha indicado por la flecha 438 y las fibras y el aglomerante son dirigidos, a través de la corriente de aire, sobre la parte 406 del molde por un robot 414 de la etapa de aplicador 402.
El robot 414 se ilustra comprendiendo un eje vertical y al menos dos ejes horizontales de modo que las fibras y el aglomerante que emanan del extremo distal de la estructura de brazo 416 y 418 pueden ser dirigidos a todos los lugares de la parte rotativa 406 del molde.
La etapa 402 de aplicación se ilustrada de forma que comprende el robot que tiene los brazos 416 y 418, un cortador 420 que recibe filamento en mecha 422, 424, 426 de los carretes de filamento en mecha en la etapa 1 de suministro a través de un tubo 428 montado en el brazo 418, y un conducto 430 que lleva aglomerante 432 provisto por medio de una bomba 434 a una boquilla de rociado 436, y una boca de salida 421 para las fibras cortadas.
La etapa 1 de suministro se ilustra de forma que comprende una pluralidad de carretes del filamento de mecha de material de refuerzo 422, 424 y 426, alimentado en un tubo 428 así como el suministro del aglomerante 432 y la bomba 434. El cortador 420 puede comprender uno o más elementos de rotación, incluyendo engranajes y hojas de cuchilla, para extraer y cortar el filamento 422, 426 y arrojar las fibras cortadas hacia la parte perforada 406 del molde. Las fuentes de energía electromagnética pueden estar constituidas, por ejemplo, por LED o conjuntos de LED 409 incrustados en la superficie 408 y/o en las partes 406 y 410 del molde. Los puntos de quantum pueden también proporcionar fuentes de energía electromagnética.
En funcionamiento, el cortador 420 extrae el filamento de mecha 422-426, corta el mismo y lanza las fibras cortadas hacia la parte perforada 406 del molde. Al mismo tiempo, se rocía el aglomerante desde la boquilla rociadora 436 para cubrir al menos parcialmente las fibras dirigidas en su camino hacia la parte perforada 406 del molde y/o en la misma. Mientras que las fibras se dirigen a la parte 406 del molde, la parte 406 del molde es girada, según lo indicado por la flecha 438, y el robot funciona para explorar todas las superficies internas de la parte perforada 406 del molde conjuntamente con la rotación de la de misma modo que se obtiene una deposición uniforme de las fibras hasta un espesor predeterminado sobre todas las superficies internas de la parte 406 del molde.
La preforma se puede curar en este momento o alternativamente. Después de la aplicación de las fibras a la parte 406 del molde, se cierra un molde contrario de preforma por el mecanismo de accionamiento 412 de molde para cerrar la parte 410 del molde sobre la parte 406 del molde y presionar el fieltro fibroso para acomodarlo a la forma dimensional de la preforma deseada. El material del molde puede ser transmisor de la radiación electromagnética, tal como una rejilla de alambre y/o un material acrílico transparente para fines generales que no contenga elementos que bloqueen la luz. Adicionalmente, como se indicó anteriormente, se incrustan dispositivos electroluminiscentes tales como LED en la superficie del molde.
En este punto, se puede emplear la preforma para moldear un compuesto estructural. En este caso, se abre el molde y la preforma es recogida del molde por otro robot o elemento análogo (no mostrado) similar al robot 414 y es colocada en un transportador 460 de la estación de descarga 405 para su transporte al almacenamiento o para un proceso posterior de moldeado.
Si la preforma va a asumir el carácter de una preforma portadora y va a tener un subconjunto o los subconjuntos unidos a la misma, el robot, u otro robot, sostiene la preforma 444 en una posición deseada o bien coloca la misma en una mesa de trabajo en la posición deseada para la fijación de un miembro de refuerzo en la etapa de cosido energético 404. Aquí se ilustra la preformas 444 colocada en una mesa en la posición deseada. Con la preforma en esta posición, se puede hacer funcionar otro robot 454 para aplicar un aglomerante curable por energía electromagnética o un aglomerante curable térmicamente o un aglomerante anaerobio de un depósito 452 y por medio de una bomba 450 a través de un distribuidor o boquilla de rociado 448 montado en el extremo distal de un brazo 456 del robot 454, siendo el aglomerante aplicado al menos a una superficie seleccionada de la preforma 444 y/o del subconjunto. Entonces, se puede colocar un inserto 446 de refuerzo, por ejemplo por otro robot, en una posición deseada y en contacto íntimo con la preformas en el área seleccionada que tiene el recubrimiento de aglomerante sobre la misma. El robot 454 se coloca entonces para aplicar la energía apropiada para curar el aglomerante en el área seleccionada por una fuente de energía 458. Si el aglomerante es un aglomerante curable por energía electromagnética, o contiene un componente curable por energía electromagnética, la fuente de energía puede ser uno o más dispositivos electroluminiscentes tales como LED.
La última operación, descrita anteriormente como "cosido energético", puede ser realizada cualquier número de veces para aplicar los miembros de refuerzo y/o los miembros de unión (miembros estructurales diseñados) a la preforma antes de su uso en la fabricación de un compuesto estructural. Después de que el último subconjunto se ha cosido energéticamente a la misma, la preforma 444 que porta los miembros adicionales es desplazada por otro robot (no mostrado) al transportador 460 de la etapa 405 de descarga.
Mediante el uso de aglomerantes seleccionados, se puede lograr el curado de los mismos por dispositivos electroluminiscentes tales como los LED.
Haciendo referencia a la Fig. 21, se ilustra la estructura y el carácter de una preforma típica en la cual la preforma 444 comprende una pluralidad de paneles 462 generalmente horizontales, o ligeramente oblicuos respecto a la horizontal, que tienen una pluralidad de paredes verticales 464, 466 que se extienden desde los mismos junto con secciones generalmente de perfil en forma de "U" 468, 470, 472. Se puede conformar cualquier otra forma que sea consistente con el direccionamiento de las fibras a las superficies de captura y soporte que se pueden definir por las superficies internas, incluyendo los machos de inserto, de las partes superior e inferior de molde.
Haciendo referencia a la Fig. 19, se ilustra un proceso para hacer un compuesto estructural en forma de un diagrama de flujo, incorporando el proceso los conceptos de fibra dirigida, de energía dirigida de la presente invención. Según lo indicado previamente, el filamento de mecha se extrae de una etapa 1 de suministro, se corta con un cortador 420 y se dirige sobre un miembro perforado en el que se extrae aire a través del mismo mediante una estructura de cámara de distribución y que es rotativo según lo indicado por la flecha 438. Las fibras cortadas dirigidas hacia el elemento perforado se rocían con un aglomerante que emana de un inyector de aerosol 436. La rotación del elemento perforado y la exploración por el cortador 420 y la boquilla rociadora 436 proporcionan un recubrimiento uniforme o fieltro de fibras recubiertas de aglomerante depositadas con un espesor predeterminado.
El elemento perforado es, en la realización ilustrada, una parte inferior 406 del molde que puede tener una parte superior complementaria 410 de molde que se desplaza para cerrar el molde de manera que el fieltro de fibras replique exactamente el tamaño y la forma deseados de la preforma. El aglomerante es un aglomerante curable por energía electromagnética, aquí curado por la aplicación de la radiación electromagnética que se aplica por medio de uno o más dispositivos electroluminiscentes 442', tales como LEDs, que son ilustrados aquí como susceptibles de funcionar conectados al molde. Por ejemplo, se puede construir las partes 406 y 410 del molde de un material transmisor de la radiación electromagnética, tal como una rejilla o un material acrílico transparente para fines generales, que no incluya elementos de bloqueo de la radiación electromagnética. Los elementos electroluminiscentes tales como los LED están incrustados en la superficie del molde. También, si el aglomerante es un aglomerante térmico, se puede usar LED termógenos para promover el curado.
A continuación se abre el molde estableciendo una separación entre las partes 406 y 410 del molde para poder retirar la preforma tridimensional curada rigidizada. La preforma recibe aquí las referencias 444P 444CP, puesto que la preforma puede asumir ahora el carácter de un elemento final 444P para su movimiento por la etapa 405 de descarga a un proceso 490 de moldeado RTM o SRIM, o puede asumir el carácter de una preforma 444CP portadora y ser desplazada a una estación 404 de cosido energético para la aplicación de subconjuntos, tales como nervios de refuerzo, núcleos, tapas etc. La estación 404 puede ser también una estación de cosido energético.
Cuando la estación es una estación de cosido energético 404, la preformas 444CP del portador puede tener un nervio externo 474 (y/o un nervio interno), una esquina 476 de refuerzo, un núcleo 478 y a una tapa 480 conectados a la misma por la aplicación de un aglomerante curable por energía electromagnética o de un aglomerante curable térmicamente aplicado desde una fuente 482 a una superficie o a un área o áreas superficiales seleccionadas de la preforma portadora 444CP y/o el nervio 474, la -esquina 476 y la tapa 480. La tapa 480 sostendrá el núcleo 478 dentro de la preformas 444CP y el núcleo 478 no se clava necesariamente a la preforma portadora. La finalidad del núcleo 478 es ahorrar material en el proceso de moldeado posterior de RTM/SRIM en el cual el material plástico podría migrar a través de la pared porosa hueca de la preforma a la bolsa o cavidad que daría lugar a un exceso de uso de material, un peso aumentado y una extensión del tiempo de curado para el plástico aplicado.
Después de la aplicación del aglomerante y los subconjuntos a la preforma portadora 444CP, las áreas seleccionadas revestidas de aglomerante se someten a la energía apropiada para curar el aglomerante, en este caso por las fuentes de energía 484, 486, 488. Tales fuentes de energía pueden ser dispositivos electroluminiscentes, por ejemplo LED. Finalmente el cosido produce una preforma estructural SP, que luego es transferida por medio de la etapa 405 al proceso 490 de moldeado RTM/SRIM.
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Por último, todos los métodos de la presente solicitud se pueden realizar también por medio de aparatos que comprenden piezas de moldeado y útiles que comprenden puntos de quantum. Por ejemplo, los puntos de quantum se pueden incorporar directamente en los materiales de las piezas de moldeado y útiles. Los materiales que incorporan puntos de quantum están disponibles en el comercio, por ejemplo bajo la marca de fábrica llamada EVICOMPOSITES® (Evident Technologíes, Troy, NY). Alternativamente, los puntos de quantum se pueden agregar a las superficies de moldeado y de los útiles como componentes de las composiciones de revestimiento y películas.
Si los útiles y/o su superficie son conductores, se puede hacer que los puntos de quantum emitan energía electromagnética haciendo pasar una corriente eléctrica a través de los mismos. Los puntos de quantum pueden estar hechos también para emitir energía electromagnética después de su excitación por medio de energía electromagnética producida por fuentes tales como las lámparas incandescentes tradicionales o los LED.
Por consiguiente, se puede estimular toda la superficie de un molde, o una parte deseada de la misma, para que emita radiación electromagnética a las frecuencias deseadas por la electroluminiscencia de los puntos de quantum situados en la superficie de los útiles. La radiación electromagnética emitida por los puntos de quantum se utiliza entonces para curar las composiciones de aglomerante.
Ejemplos (1) Curado de aglomerantes sobre fibra de vidrio
La factibilidad del curado de los aglomerantes sobre fibra de vidrio usando LED en vez de los sistemas de lámparas tradicionalmente utilizados se ensayó de la manera siguiente: Un aglomerante con un componente curable por energía electromagnética se aplicó en primer lugar a un fieltro de filamento continuo de fibra de vidrio. El aglomerante comprendía un iniciador sensible a la radiación electromagnética de una longitud de onda de 395 nm. Un total de 100 LED, cada uno de los cuales emitía a una longitud de onda de 395 nm y con una potencia de 30 mW, se colocaron en un conjunto que medía 5,08 cm por 0,95 cm. El conjunto fue explorado a través del fieltro de filamento de fibra de vidrio de tal manera que la dirección de exploración coincidiera con la anchura del conjunto. La velocidad de la exploración fue al menos de 1,27 cm/s y como máximo de 2,54 cm/s. El aglomerante curó inmediatamente al proceder a la exploración, dando lugar a un fieltro de filamento solidificado.
Aunque se haya descrito la presente invención haciendo referencia a realizaciones ilustrativas particulares de la misma, pueden llegar a ser obvios para los expertos en la materia muchos cambios y modificaciones de la invención sin salir del alcance de la misma.

Claims (25)

1. Un método para hacer artículos moldeados reforzados con fibra (98, S, P), que comprende:
aplicar una capa de fibras de refuerzo (226) que comprende el material fibroso de refuerzo (226), sobre una superficie de molde que tiene una configuración que corresponde al menos a una porción de un artículo moldeado (98, S, P),
aplicar una composición que comprende un aglomerante (22, 23, 24, 25) curable por energía electromagnética para cubrir al menos parcialmente un material de refuerzo fibroso (226);
producir energía electromagnética por uno o más elementos electromagnéticos de producción energética (44, 46, 47 80, 96, 196);
poner en contacto el aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) con la energía electromagnética producida, caracterizado porque dichos elementos son situados en dicha superficie del molde, donde los elementos (44, 46, 47 80, 96, 196) son dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) y/o puntos de quantum.
2. El método de la reivindicación 1, donde los dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) comprenden uno o más LED.
3. El método de la reivindicación 2, donde dicho LED comprende un punto de quantum.
4. El método de la reivindicación 1, en el que la energía electromagnética es una de las siguientes: luz visible, luz ultravioleta, luz infrarroja, y una mezcla de dos o más de tales energías.
5. El método de la reivindicación 1, en el que:
la composición del aglomerante (22, 23, 24, 25) incluye un componente curable por radiación electromagnética y uno o más de un componente anaerobio y un componente curable térmicamente; y
la etapa de puesta en contacto de la composición del aglomerante (22, 23, 24, 25) con la energía electromagnética incluye una o más de las etapas siguientes:
exponer la composición del aglomerante (22, 23, 24, 25) a una atmósfera que promueve el componente anaerobio; y
exponer la composición del aglomerante (22, 23, 24, 25) una energía térmica que promueve el curado del componente térmicamente curable.
6. El método de la reivindicación 1, en el que la composición del aglomerante (22, 23, 24, 25) comprende adicionalmente un componente de aglomerante curable térmicamente (22, 23, 24, 25).
7. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente las etapas de:
aplicar un aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) a al menos un área seleccionada del artículo moldeado reforzado con fibra (98, S, P);
trasladar un subconjunto (ER, IR, LIR, C) para ponerlo en contacto íntimo con el artículo moldeado reforzado con fibra (98, S, P) en al menos un área (102) seleccionada cubierta de aglomerante; e
irradiar energía electromagnética sobre al menos un área (102) seleccionada que está recubierta de aglomerante para curar el aglomerante (22, 23, 24, 25) y unir el subconjunto (ER, IR, LIR, C) al artículo moldeado reforzado con fibra (98, S, P).
8. El método de la reivindicación 1, que incluye además las etapas de:
mover una pluralidad de bandas (12, 14 16) de material de refuerzo fibroso (226) a lo largo de las trayectorias respectivas y guiar las bandas (12, 14 16) superpuestas de tal manera que se superpongan paralelas las unas respecto a las otras en un emplazamiento predeterminado y se desplacen paralelas y en contacto las unas con las otra;
aplicar el aglomerante (22, 23, 24, 25) al menos a una superficie de cada par de superficies enfrentadas de las bandas (12, 14 16) aguas arriba del emplazamiento predeterminado, donde el aglomerante (22, 23, 24, 25) comprende al menos un componente curable por radiación electromagnética;
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aplicar localmente la radiación electromagnética por medio de dicho elemento de producción de energía electromagnética establecido en una superficie de conformación del útil seleccionado en emplazamientos espaciados de las bandas paralelas en contacto (12, 14 16) para curar el aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) en los emplazamientos espaciados y de tal modo fijar las bandas (12, 14, 16) entre sí;
cortar una pieza preliminar (B) de las bandas fijadas (12, 14, 16);
conformar la pieza preliminar (B) en una forma tridimensional que corresponda a al menos una porción de la preforma (84, P); y
aplicar una radiación electromagnética a la pieza preliminar (B) para curar el aglomerante curable por radiación electromagnética que permanece sin curar (22, 23, 24, 25).
9. El método de la reivindicación 8, que comprende además:
aplicar un aglomerante anaerobio (22, 23, 24, 25);
poner en contacto la pieza preliminar (B) con una atmósfera que promueva el curado del aglomerante anaerobio (22, 23, 24, 25).
10. El método de la reivindicación 8, en el que los dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) son LED.
11. El método de la reivindicación 8, en el que la radiación electromagnética es una de luz visible, luz ultravioleta, luz infrarroja, y una mezcla de dos o más de tales energías.
12. El método de la reivindicación 8 en el que la etapa de aplicar localmente la radiación electromagnética se define adicionalmente como:
generar una radiación electromagnética por uno o más elementos de producción de energía electromagnética, donde los elementos se seleccionan del grupo que consiste en fuentes de radiación electroluminiscente (44, 46, 47 80, 96, 196), puntos de quantum y combinaciones de los mismos;
trasladar el elemento a través de las bandas (12, 14 16); y
transmitir periódicamente la radiación electromagnética del elemento a las bandas (12, 14 16).
13. El método de la reivindicación 1, incluyendo adicionalmente las etapas de mover una pluralidad de bandas (12, 14 16) de material fibroso de refuerzo (226) a lo largo de las trayectorias respectivas y guiar las bandas (12, 14 16) superpuestas de tal manera que se superpongan paralelas las unas a las otras en un emplazamiento predeterminado y se desplacen paralelas y en contacto las unas con las otras, aplicando el aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) o un aglomerante curable térmicamente (22, 23, 24, 25) al menos a una superficie de cada par de superficies enfrentadas de las bandas (12, 14 16) aguas arriba del emplazamiento predeterminado, aplicando localmente radiación electromagnética o energía térmica en emplazamientos espaciados seleccionados, y fijar de este modo las bandas (12, 14 16) entre sí, donde la radiación electromagnética es producida por uno o más elementos de producción de energía electromagnética situados en superficies de útiles de conformación, donde los elementos son dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) y/o puntos de quantum, y cortar una pieza preliminar (B) de las bandas (12, 14 16) y conformar la pieza preliminar (B) en una forma tridimensional correspondiendo a al menos una porción de la preforma (84, P).
14. El método de la reivindicación 1, incluyendo adicionalmente las etapas de:
aplicar un aglomerante en dos fases (22, 23, 24, 25) a un fieltro de material de fibra de refuerzo, donde el aglomerante en dos fases (22, 23, 24, 25) comprende un primer componente del aglomerante (22, 23, 24, 25) y un segundo componente del aglomerante (22, 23, 24, 25), donde el primer componente del aglomerante (22, 23, 24, 25) es un primer componente de aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) que cura cuando es expuesto a la radiación electromagnética de un primer conjunto de una o más longitudes de onda, y el segundo componente de aglomerante (22, 23, 24, 25) es un segundo componente de aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) que cura cuando es expuesto a la radiación electromagnética de un segundo conjunto de una o más longitudes de onda;
exponer el aglomerante en dos fases (22, 23, 24, 25) a una radiación electromagnética del primer conjunto de una o más longitudes de onda que promueve el curado del primer componente de el aglomerante (22, 23, 24, 25);
formación de el fieltro en una forma deseada; y
exponer el aglomerante en dos fases (22, 23, 24, 25) a radiación electromagnética del segundo sistema de una o más longitudes de onda que promueve el curado del segundo componente de aglomerante (22, 23, 24, 25).
15. El método de la reivindicación 14, donde el primer componente del aglomerante (22, 23, 24, 25) es curable por radiación electromagnética caracterizado por una o más longitudes de onda en la gama ultravioleta.
16. El método de la reivindicación 14, en el que el primer componente de aglomerante (22, 23, 24, 25) es curable por una radiación electromagnética caracterizada por una o más longitudes de onda de la gama visible.
17. El método de la reivindicación 14, en el que los dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) son LED.
18. El método de la reivindicación 1, incluyendo adicionalmente las etapas de:
usar un molde separable que incluye una primera parte de molde perforada y una segunda parte de molde que presiona, definiendo las partes de molde (182, 186, 407, 410), cuando se cierran juntas, una forma tridimensional deseada de la preformas (84, P) e incluyendo unas superficies internas dispuestas en ángulos las unas con respecto a las otras formando unas esquinas interiores y exteriores;
cortar fibras del material de refuerzo;
propulsar las fibras de corte (226) sobre la primera parte de molde perforada mientras que fluye simultáneamente aire a través de la primera parte de molde para dirigir las fibras (226) sobre todas las superficies de la primera parte de molde hasta alcanzar un espesor predeterminado;
aplicar el aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) sobre las fibras cortadas para cubrir al menos parcialmente las fibras (226) con el aglomerante (22, 23, 24, 25), opcionalmente sin rellenar los intersticios entre las fibras (226);
cerrar opcionalmente las partes de molde separables (182, 186, 407, 410) para presionar las fibras cortadas revestidas de aglomerante a la forma tridimensional deseada de la preformas (84, P) entre la segunda parte de molde que presiona y la primera parte de molde perforada del molde cerrado;
aplicar energía electromagnética al aglomerante (22, 23, 24, 25) que promueve el curado del aglomerante (22, 23, 24, 25).
19. El método de la reivindicación 18, que comprende adicionalmente las etapas de:
aplicar un aglomerante curable térmicamente (22, 23, 24, 25) en al menos un área seleccionada de la preforma (84, P);
trasladar un subconjunto de refuerzo (ER, IR, LIR, C) para que entre en contacto íntimo con la preformas (84, P) en al menos un área revestida de aglomerante seleccionada (102); y
aplicar calor sobre al menos un área revestida de aglomerante seleccionada (102) para curar el aglomerante (22, 23, 24, 25) y unir el subconjunto (ER, IR, LIR, C) a la preforma (84, P), donde el calor es producido mediante unos LED que producen calor.
20. El método de la reivindicación 18, donde los dispositivos electroluminiscentes (44, 46, 47 80, 96, 196) son uno o más LED.
21. El método de la reivindicación 18, en el que el molde separable comprende un material transmisor de energía electromagnética y que comprende adicionalmente las etapas de:
aplicar un aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) sobre las fibras cortadas para recubrir al menos parcialmente las fibras con el aglomerante (22, 23, 24, 25), opcionalmente sin rellenar los intersticios entre las fibras (226); y
aplicar la radiación electromagnética a las fibras (226), donde la radiación electromagnética es producida opcionalmente por elementos de producción de energía electromagnética (44, 46, 47 80 96, 196) seleccionados del grupo constituido por los LED, puntos de quantum y combinaciones de los mismos.
22. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente las etapas de:
aplicar una composición que comprende un aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) que incluye unos elementos de producción de energía electromagnética (44, 46, 47 80, 96, 196) bajo la forma de puntos de quantum para recubrir al menos parcialmente las fibras de refuerzo (226);
producir energía electromagnética por medio de unos elementos de producción de energía electromagnética (44, 46, 47 80, 96, 196) situados en dicha composición y
poner en contacto el aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) con la energía electromagnética producida.
23. Un aparato para hacer artículos moldeados reforzados con fibra (98, S, P), que comprende:
un dispositivo de aplicación para aplicar una composición que comprende un capa aglomerante curable por energía electromagnética (22, 23, 24, 25) para recubrir al menos parcialmente las fibras de refuerza (226);
un elemento de producción de energía electromagnética (44, 46, 47, 80, 96, 196) para producir la energía electromagnética requerida para curar el aglomerante (22, 23, 24, 25), y donde
dicho elemento se coloca para entrar en contacto con el aglomerante curable de la energía electromagnética (22, 23, 24, 25) produciéndose la energía electromagnética mientras las fibras de refuerzo están en la superficie del molde,
caracterizado porque dicho elemento está situado en una superficie de las partes de molde (182, 186, 407, 410)
donde dicho elemento se selecciona del grupo constituido por los dispositivos electroluminiscente (44, 47 80, 96, 196) puntos de quantum y combinaciones de los mismos.
24. Un aparato según la reivindicación 23, que comprende adicionalmente:
una superficie de molde que tiene una configuración que corresponde a al menos una porción de un artículo moldeado (98, S, P);
un dispositivo de aplicación para aplicar una capa de fibras de refuerzo (226) en la superficie de molde.
25. Un aparato según la reivindicación 23, que comprende además:
un mecanismo de transporte para trasladar una pluralidad de bandas (12, 14 16) de material de refuerzo fibroso (226) a lo largo de las trayectorias respectivas y guiar las bandas (12, 14 16) superpuestas de tal manera que se superpongan paralelas las unas a las otras en un emplazamiento y un recorrido predeterminados paralelos y en contacto las unas con las otras;
el dispositivo de aplicación (18, 20, 104, 230) para aplicar el aglomerante (22, 23, 24, 25) dispuestos para aplicar el aglomerante (22, 23, 24, 25) al menos a una superficie de cada par de superficies enfrentadas de las bandas (12, 14 16) aguas arriba del emplazamiento predeterminado;
un dispositivo de aplicación situado en una superficie de un útil de conformación para aplicar localmente la radiación electromagnética en los emplazamientos espaciados seleccionados de las bandas paralelas en contacto (12, 14 16) para curar el aglomerante curable por radiación electromagnética (22, 23, 24, 25) en los emplazamientos espaciados y de tal modo fijar las bandas (12, 14 16) entre sí;
un dispositivo de corte (172) para cortar una pieza preliminar (B) de las bandas fijadas entre sí (12, 14 16);
un dispositivo para conformar la pieza preliminar (B) en una forma tridimensional correspondiente a al menos una porción de la preforma (84, P); y
un dispositivo de aplicación para aplicar la radiación electromagnética a la pieza preliminar (B) para curar el aglomerante curable por radiación electromagnética que queda sin curar (22, 23, 24, 25).
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