ES2513017T3 - Sistema de colocación de material compuesto pequeño y plano - Google Patents

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ES2513017T3 ES13158291.8T ES13158291T ES2513017T3 ES 2513017 T3 ES2513017 T3 ES 2513017T3 ES 13158291 T ES13158291 T ES 13158291T ES 2513017 T3 ES2513017 T3 ES 2513017T3
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Michael A. Noel
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Abstract

Un sistema de colocación de material compuesto (10) para producir laminados planos de pequeño tamaño que tienen una longitud y una anchura que se extienden por los ejes X e Y y una altura constante medida en el eje Z, comprendiendo el sistema: - una fileta fija (12) para distribuir un material compuesto (15) usado por el sistema, - una cabeza de colocación de material compuesto (24) acoplada a la fileta (12), - una bandeja móvil (42, 48, 50) para soportar una herramienta (40) debajo de la cabeza de colocación de material compuesto (24), - fijándose la cabeza de colocación de material compuesto (24) en los ejes X e Y así como en el eje Z durante la aplicación de un material compuesto (15) en la herramienta (40), - un rodillo o zapata de compactación (46) para aplicar un material compuesto (15) en la herramienta (40), caracterizado por que la cabeza de colocación de material compuesto (24) tiene un accionador (36) y una corredera vertical (34) que monta la cabeza (24) a la fileta fija (12) y mueve el rodillo o zapata de compactación (46) para que no estén en contacto con la herramienta (40) de manera que la herramienta (40) pueda moverse a una nueva posición con respecto a la cabeza de colocación de material compuesto (24).

Description

E13158291
07-10-2014
DESCRIPCIÓN
Sistema de colocación de material compuesto pequeño y plano
5 La invención se refiere a un sistema de colocación de material compuesto para producir laminados planos de pequeño tamaño que tienen una longitud y una anchura que se extienden por los ejes X e Y, y una altura constante medida en el eje Z, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El sistema se refiere a una cabeza de colocación de fibras sustancialmente estacionaria y a un sistema de
10 suministro de material para producir laminados planos y pequeños en los que la máquina no manipula el material a medida que se suministra y el movimiento relativo entre la cabeza y la herramienta se logra mediante el movimiento de la herramienta con respecto a la cabeza estacionaria.
Las máquinas de colocación de material compuesto para formar artículos de gran resistencia y poco peso a partir de
15 fibra o de cinta de gran resistencia y de un aglutinante de resina son bien conocidas en la técnica. Tales máquinas comprenden normalmente una cabeza de colocación de materiales compuestos que se sujeta mediante un mecanismo de pórtico elevado o montada en el extremo de un manipulador tal como un brazo robótico. La cabeza se maniobra en el extremo de su soporte para aplicar un material compuesto a la herramienta, según se necesite. En algunas realizaciones, la herramienta también puede ser no estacionaria durante la aplicación de material como
20 en el caso de una forma o herramienta cilíndrica que gira alrededor de su eje central. Tales máquinas son grandes y caras y el uso de una máquina basada en un robot o pórtico para fabricar una pieza pequeña y plana no supone un uso eficaz de los recursos.
Las grandes máquinas de estratificación de material compuesto se usan para producir revestimientos de aeronaves
25 fabricados con un material compuesto, por ejemplo, máquinas de colocación de cinta para piezas como alas y estabilizadores, y máquinas de colocación de fibras para fuselajes, góndolas y piezas contorneadas similares. Además de las grandes piezas de sección de material compuesto, también existe un gran número de pequeñas piezas de material compuesto usadas para conectar miembros de refuerzo como armazones con el revestimiento. Un método común para fabricar estas pequeñas piezas de material compuesto es el uso de una gran máquina para
30 crear un laminado plano que se corta a medida y se coloca encima de una herramienta para conformarlo con la forma final de la pieza pequeña. A menudo, un laminado plano se fabrica mucho más grande que la pieza unitaria más pequeña y se cortan múltiples laminados planos a partir del laminado unitario grande, creando una gran cantidad de material de desecho para las porciones que no pueden usarse. El uso de una gran máquina para producir un pequeño laminado plano no es rentable y es un uso ineficaz de los recursos. Ya que suele formarse un
35 gran número de pequeños laminados a partir de un gran laminado, la clasificación y rastreo de los pequeños laminados es logísticamente complicado y requiere mucho tiempo de gestión.
Se conoce un sistema de colocación de cinta a partir del documento WO 2009/042 225 A2 que divulga un sistema de colocación de material compuesto de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. El sistema comprende un
40 sistema de distribución de material, carriles de transporte de cinta, una cabeza de colocación de cinta y una mesa que sirve como una superficie de mecanizado de piezas en bruto. La cabeza de colocación y los carriles de transporte de cinta se fijan en una viga estructural y se colocan sobre la mesa. La cabeza de colocación de cinta comprende carriles de guía para pies de presión y de cinta que pueden moverse en una dirección vertical.
45 Se conoce un aparato para fabricar objetos de material compuesto a partir del documento US 5.936.861 A. El aparato comprende un sistema de fibra de impregnación de estopa que proporciona una estopa impregnada a una tobera. La tobera comprende un orificio de descarga para depositar la estopa impregnada en una herramienta.
En consecuencia, sería conveniente tener una máquina de material compuesta diseñada específicamente para 50 producir pequeños laminados planos adaptados específicamente para cada pieza.
También sería conveniente reducir de manera significativa la cantidad de material de desecho que se genera con el método actual para fabricar piezas pequeñas.
55 Además, sería conveniente fabricar piezas pequeñas de una manera que facilitara en gran medida el rastreo de cada pieza.
Además, sería conveniente emplear una máquina simplificada que permitiera obtener velocidades de depósito mucho más rápidas y una mayor producción y que redujera la cantidad de capital que debe invertirse en la máquina
60 de depósito de material.
La invención se define en la reivindicación 1 y en las reivindicaciones dependientes.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina de material compuesto para producir pequeñas piezas 65 planas.
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La Figura 2 es una vista en planta de las bandejas móviles de la máquina de la Figura 1.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina de material compuesto designada en general con el número de referencia 10, para producir pequeñas piezas planas. La máquina comprende una fileta 12 que se monta en una base 14 que descansa sobre el suelo. La fileta 12 sujeta un número de carretes 16 del material que se usarán para fabricar una pieza. Aunque se prevé que el material comprenderá fibras en forma de cinta cortada en tiras o estopa, también podría usarse cinta. En la realización que se muestra, la fileta 12 sujeta doce carretes de material de fibra en un lado, y la fileta puede sujetar doce carretes adicionales de material de fibra en el lado opuesto. Veinticuatro carretes permitirán que la cabeza deposite veinticuatro tiras de material a la vez. La fileta también puede diseñarse para sujetar doce o dieciséis carretes o más de veinticuatro carretes. El material compuesto puede comprender una cinta cortada en tiras con una anchura de media pulgada (1,27 cm) u otras anchuras según se necesite. La colocación de los carretes 16 a ambos lados de la fileta 12 reduce la superficie que ocupa la fileta si se compara con una fileta en la que se soporta un número igual de carretes a un lado de la fileta.
El material de fibra 15 de los carretes 16 se rosca hacia arriba hasta los primeros rodillos de redireccionado 18 montados encima de la fileta que dirige la fibra hacia el centro de la fileta, y hacia los segundos rodillos de redireccionado 20 que dirigen la fibra hacia un rodillo de redireccionado 22 del eje Z montado encima de una cabeza de colocación de fibra 24. Las guías 26 pueden colocarse a lo largo de la trayectoria de la fibra según se necesite para guiar o soportar la fibra 15 entre los rodillos de redireccionado en la fileta y el rodillo de redireccionado 22 del eje Z.
La fileta 12 tiene una pared frontal 30 y una corredera vertical 34 que se monta en la pared frontal 30. Un soporte 32 se acopla a la corredera vertical 34 y la cabeza 24 se monta en el soporte 32. La corredera vertical 34 controlada por un accionador lineal 36 que permite que la cabeza 24 se eleve o descienda un poco en el eje Z con respecto a la fileta 12. La cantidad de movimiento vertical que permite la corredera vertical 34 puede ser de 10 pulgadas (25,4 cm)
o menos y preferentemente es de 2 pulgadas (5 cm) o menos. El movimiento de la cabeza 24 en el eje Z puede realizarse con un accionador 36 relativamente pequeño ya que en la masa móvil de la cabeza 24 no se incluye un mecanismo pesado de muñeca. Sólo existe un pequeño requisito de rebobinado de carrete para facilitar el corto movimiento vertical del eje de la cabeza en el eje Z con respecto a la herramienta. Una herramienta 40 que recibe el material compuesto de fibra puede colocarse en una bandeja giratoria 42 del eje Z que está junto a la fileta y por debajo de la cabeza 24. El movimiento de la cabeza 24 en el eje Z se realiza únicamente al comienzo o al final de un recorrido para bajar o elevar el rodillo o zapata de compactación 46 en el extremo inferior de la cabeza 24 sobre o cerca de la superficie de estratificación o laminado según se necesite. El movimiento de la cabeza en el eje Z también se realiza para colocar inicialmente una herramienta debajo de la cabeza para una operación de estratificación y para retirar una pieza completamente estratificada de la bandeja del eje Z. La Figura 1 muestra el rodillo o zapata 46 en una posición elevada en trazos continuos y en una posición baja en trazos discontinuos. En una realización alternativa, que no forma parte de la presente invención, la cabeza 24 contiene una corredera compactadora interna (no se muestra) que se usa para elevar y bajar el rodillo o zapata de compactación 46 con respecto a la herramienta 40.
El montaje de la cabeza en la fileta 12 no permite el movimiento de la cabeza 24 en el eje X o el eje Y. El soporte 32 puede estar provisto de un pivote horizontal 44 del eje Y que permite que la cabeza 24 gire alrededor del pivote 44 para fines de limpieza o mantenimiento. El movimiento pivotante de la cabeza 24 alrededor del eje Y no se realiza mientras la cabeza aplica un material compuesto en la herramienta 40.
Ya que la cabeza 24 no gira o se retuerce con respecto a la fileta durante la aplicación del material compuesto, un material compuesto siempre se aplica a la herramienta 40 en una dirección que está en ángulo recto con la dimensión de la anchura del rodillo o zapata de compactación 46.
La Figura 2 muestra los posibles movimientos de las bandejas de los ejes X, Y y Z. El movimiento giratorio de la bandeja del eje Z 42 es alrededor del eje vertical 45 de la bandeja, paralelo al eje Z de la máquina 10. La bandeja del eje Z 42 tiene un eje central 45 y se monta en una bandeja del eje Y 48, y la bandeja del eje Y se monta en una bandeja del eje X 50. Las bandejas de los ejes X, Y y Z están servo accionadas y se montan en una base 52 que se soporta sobre el suelo. La bandeja giratoria 42 se coloca a una altura conveniente con respecto a un operario 55, permitiendo la colocación y la retirada manual de una herramienta 40 en la bandeja 42, si así se desea. La bandeja giratoria 42 puede colocarse a una altura de menos de 1,8288 metros (seis pies) del suelo, y en una realización, la bandeja giratoria se coloca a una altura de no más de 1,2192 metros (cuatro pies) del suelo. Se puede proporcionar junto a la maquina una estación para el operario que incluya un panel de control 56 para controlar el funcionamiento de la máquina 10.
En uso, la cabeza 24 se eleva un poco, por ejemplo unos centímetros, para permitir que se coloque una herramienta 40 en la bandeja giratoria 42. La herramienta puede tener la forma de una película que se mantiene en su sitio mediante un vacío que se aplica en la bandeja. El vacío mantendrá la película en su sitio durante la laminación y se apagará para permitir que la película y el laminado se retiren cuando se complete la laminación. Las bandejas de los ejes X, Y y Z se accionan para orientar la herramienta con respecto a la cabeza, y la cabeza 24 desciende en ese momento para colocar la zapata o rodillo de compactación en contacto con la herramienta 40. En ese momento, la
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cabeza se mueve a lo largo del eje X para pasar la herramienta por debajo de la cabeza para aplicar un material compuesto a la herramienta según el patrón deseado. A medida que se distribuye el material, el movimiento relativo entre la cabeza y la herramienta se logra mediante el movimiento de la herramienta con respecto a la cabeza, una vez que la cabeza se ha colocado en el nivel correcto sobre la herramienta. Ya que la herramienta 40 es plana, no es necesario que la cabeza 24 se mueva en sentido vertical durante el proceso de colocación de material compuesto. Los cortadores convencionales (no se muestran) de la cabeza 24 cortan el material compuesto 15 a medida que la cabeza alcanza el extremo de un recorrido, y la cabeza 24 puede elevarse un poco mediante el accionador lineal 36 o la corredera compactadora interna para permitir que las bandejas de los ejes X, Y y Z vuelvan a colocar la herramienta 40 para que la cabeza se coloque en el siguiente recorrido. La cabeza 24 desciende en ese momento para colocar el rodillo o zapata de compactación 46 en contacto con la herramienta 40, y el próximo recorrido se coloca moviendo las bandejas que soportan la herramienta 40 con respecto a la cabeza. El movimiento de la herramienta 40 en diferentes posiciones a lo largo de los ejes X e Y permite que la cabeza estacionaria 24 aplique un material compuesto en diferentes áreas de la herramienta a lo largo de los ejes X e Y. La rotación de la bandeja 42 alrededor del eje 45 permite que la cabeza estacionaria aplique un material compuesto en diversos ángulos, en la herramienta.
Cuando se ha aplicado el número deseado de capas de material compuesto en la herramienta 40, el movimiento de las bandejas 42, 48 y 50 se detiene, y la cabeza 24 se eleva un poco para permitir la retirada del producto de material compuesto. Una nueva herramienta 40 se coloca en la bandeja giratoria 42 y se repite el proceso.
El dispositivo se usa para producir pequeños laminados planos. La herramienta puede ser menor de 2,322575 m2, o menor de 1,486448 m2, o menor de 0,92903 m2, o menor de 0,278709 m2 (menor de veinticinco pies cuadrados, o menor de dieciséis pies cuadrados, o menor de diez pies cuadrados, o menor de tres pies cuadrados). Ya que la posición de la cabeza 24 se fija con respecto a la fileta 12 durante la aplicación de la fibra en la herramienta 40, la longitud de la trayectoria de distribución de fibra desde la fileta hasta la cabeza es constante, y la propia trayectoria es simple y directa. Ya que la cabeza 24 no tiene que cambiar su posición durante la aplicación de la fibra en la cabeza, no es necesario un complicado mecanismo de muñeca entre la fileta y la cabeza. La fileta 12 compacta y el sistema de bandeja relativamente simple para soportar la herramienta proporcionan un sistema completo de colocación de fibra que ocupa poca superficie. Ya que las bandejas móviles 42, 48 y 50 tienen una pequeña masa en comparación con las piezas móviles normales de un sistema de colocación de fibras, la aceleración y las velocidades de los ejes de la máquina son altas, y pueden utilizarse motores más pequeños que los que se usan para maniobrar un robot o sistema de pórtico de colocación de fibras para mover las bandejas con respecto a la cabeza.
Así pues, tras haber descrito la invención, se les ocurrirán diversas modificaciones y alteraciones a los expertos en la materia, modificaciones y alteraciones que tienen por objeto entrar dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
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Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de colocación de material compuesto (10) para producir laminados planos de pequeño tamaño que tienen una longitud y una anchura que se extienden por los ejes X e Y y una altura constante medida en el eje Z, comprendiendo el sistema:
    -una fileta fija (12) para distribuir un material compuesto (15) usado por el sistema, -una cabeza de colocación de material compuesto (24) acoplada a la fileta (12), -una bandeja móvil (42, 48, 50) para soportar una herramienta (40) debajo de la cabeza de colocación de material compuesto (24), -fijándose la cabeza de colocación de material compuesto (24) en los ejes X e Y así como en el eje Z durante la aplicación de un material compuesto (15) en la herramienta (40), -un rodillo o zapata de compactación (46) para aplicar un material compuesto (15) en la herramienta (40),
    caracterizado por que
    la cabeza de colocación de material compuesto (24) tiene un accionador (36) y una corredera vertical (34) que monta la cabeza (24) a la fileta fija (12) y mueve el rodillo o zapata de compactación (46) para que no estén en contacto con la herramienta (40) de manera que la herramienta (40) pueda moverse a una nueva posición con respecto a la cabeza de colocación de material compuesto (24).
  2. 2.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de la reivindicación 1 que comprende además:
    una bandeja de eje X (50) para mover la herramienta (40) en el eje X, con la que un material compuesto (15) puede aplicarse a diversas porciones de la herramienta (40) a lo largo del eje X moviendo la bandeja (50) y la herramienta (40) en el eje X.
  3. 3.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de la reivindicación 2 que comprende además:
    una bandeja de eje Y (48) para mover la herramienta (40) en el eje Y, con la que un material compuesto (15) se aplica a las diversas porciones de la herramienta (40) a lo largo del eje Y colocando la herramienta (40) debajo de la cabeza (24) en diversas posiciones a lo largo del eje Y, y después moviendo la bandeja (50) y la herramienta (40) en el eje X.
  4. 4.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de la reivindicación 3 que comprende además:
    una bandeja giratoria del eje Z (42) para girar la herramienta (40) alrededor del eje vertical Z (45), con la que el material compuesto (15) puede colocarse en diversos ángulos sobre la herramienta (40) mediante la cabeza de colocación de material compuesto (24).
  5. 5.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la cabeza de colocación de material compuesto (24) puede moverse en el eje Z para retirar la cabeza (24) para que no haga contacto con la herramienta (40) de manera que la herramienta (40) pueda moverse a una nueva posición con respecto a la cabeza de colocación de material compuesto (24).
  6. 6.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la fileta (12) y la bandeja (42, 48, 50) se colocan a no más de 1,8288 metros (6 pies) por encima del suelo.
  7. 7.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la fileta (12) y la bandeja (42, 48, 50) se colocan a no más de 1,524 metros (5 pies) por encima del suelo.
  8. 8.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la fileta (12) y la bandeja (42, 48, 50) se colocan a no más de 1,2192 metros (4 pies) por encima del suelo.
  9. 9.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la herramienta (40) de tamaño máximo que puede colocarse en la bandeja (42, 48, 50) es de 2,322575 m2 (25 pies cuadrados).
  10. 10.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la herramienta (40) de tamaño máximo que puede colocarse en la bandeja (42, 48, 50) es de 1,486448 m2 (16 pies cuadrados).
  11. 11.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la herramienta (40) de tamaño máximo que puede colocarse en la bandeja (42, 48, 50) es de 0,92903 m2 (10 pies cuadrados).
  12. 12.
    El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la herramienta (40) de tamaño máximo que puede colocarse en la bandeja (42, 48, 50) es de 0,278709 m2 (3 pies
    5
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    cuadrados).
  13. 13. El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 5 a 12, en el que el
    movimiento máximo de la cabeza de colocación de material compuesto (24) en la dirección Z es menor de 15,24 5 centímetros (6 pulgadas).
  14. 14. El sistema de colocación de material compuesto (10) de al menos una de las reivindicaciones 5 a 12, en el que el movimiento máximo de la cabeza de colocación de material compuesto (24) en la dirección Z es menor de 7,62 centímetros (3 pulgadas).
    10
    6
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