ES2609255T3 - Método de colocación de material compuesto - Google Patents

Abstract

Un método para aplicar una hilera (42) de un elemento (34) compuesto sobre un mandril (20), el método comprende: determinar (86), a partir de un diseño del elemento (34) compuesto, límites (40a-n) de capa que definen una pluralidad de capas (38a-n) sobre el mandril (20); aplicar (84) una cinta de material (32) compuesto para cada capa (38) en un ángulo oblicuo relacionado con su límite (40) de capa, en el que un borde(46) ataque de la cinta (32) se corta a tope; generar un borde (48) de salida, en el que el borde (48) de salida de la cinta (32) se corta a tope, en el que, para cada capa (38), se aplica (84) la cinta (32) y se genera el borde (48) de salida de tal manera que una línea (50) central de la cinta (32), el límite (40) de capa, y el borde (46) de ataque esencialmente se intersecta en un primer punto, la línea (50) central de la cinta (32), el límite (40) de capa y el borde (48) de salida esencialmente se intersectan en un segundo punto, y una interfaz (44) de hilera se dispone entre hileras (42) adyacentes; e intercalar, para cada placa, los bordes de ataque (46) y de salida (48) de la cinta (32) de tal manera que, dentro de una zona (68) de transición del elemento (34) compuesto, los bordes de ataque (46) y de salida (48) de la cinta (32) y la interfaz (44) de hilera no coinciden con aquellos de cualquiera de otra pluralidad de capas (38a-n), en la que la zona (68) de transición define un área que inicia en un primer grosor y finaliza en un segundo grosor e incluye los límites (40a-n) de capa, y en el que cada uno de los límites (40a-n) de capa en la zona (68) de transición se desplaza uno del otro.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de colocacion de material compuesto Campo de la invencion

La presente invencion en general se relaciona con un metodo para fabricar un elemento compuesto. Mas particularmente, la presente invencion pertenece a un metodo para autolaminacion de un compuesto.

Antecedentes de la invencion

Los elementos de compuesto normalmente se fabrican a partir de multiples capas o pliegues. Estas capas en general incluyen una variedad de materiales tales como fibra de carbono, diversas otras fibras, pellculas o laminas metalicas, y similares. Ademas, las capas pueden ser preimpregnadas (si es fibra) o recubiertas (si es lamina) con una resina y, a menudo se distribuyen desde un rollo o carrete. En forma de rollo, el material de capa de compuesto se denomina como "cinta" y puede o no incluir una capa de respaldo. Este respaldo generalmente impide que el material de capa recubierto o impregnado previamente (preimpregnado) con resina se adhiera a si mismo y ayuda en el manejo de la cinta cuando la cinta se aplica a la herramienta y la bandeja. La cinta se aplica a la herramienta en una multitud de hileras puestas a lado a lado para formar una capa. Cuanto mas amplia sea esta cinta, menor sera el numero de hileras que necesitan ser aplicadas. Como tal, utilizar una cinta mas ancha en general, aumenta las tasas de colocacion y velocidades de fabricacion del elemento compuesto. Sin embargo, aumentar el ancho de la cinta aumenta el tamano y la complejidad del dispositivo de corte de cinta.

En las maquinas de laminacion convencionales, la cinta se corta al principio y al final de cada capa para que coincida con el perfil de la capa que se coloca. En general, el perfil de partida de una hilera no coincide con el perfil final de la hilera aplicada previamente. Por lo tanto, se requiere que las maquinas de laminacion convencionales se muevan lejos de la herramienta o mandril para cortar un nuevo perfil que coincide con el comienzo de la siguiente hilera. Este procedimiento desperdicia tiempo y material compuesto. Ademas, los dispositivos de corte son el componente menos confiable de las maquinas de laminacion convencionales.

De acuerdo con lo anterior, es deseable proporcionar un metodo para fabricar elementos compuestos que sean capaces de superar las desventajas descritas aqul por lo menos en cierta medida.

Se proporciona los antecedentes de la tecnica en los documentos EP 1 422 048 A, GB 1 314 065 A, WO 2005/106604 A y DE 33 31 494 A1.

El documento EP 1 422 048 A divulga un dispositivo para la fabricacion de un artlculo compuesto que tiene una pluralidad de distribuidores de plastico para aumentar la productividad. El dispositivo incluye una estructura que define un plano de referencia de la superficie de trabajo, la pluralidad de distribuidores de plastico que se pueden mover con respecto a la estructura, en la que cada uno de los distribuidores de plastico aplica una tira de material al plano de referencia de superficie de trabajo a lo largo de un eje predeterminado, y en el que cada uno de dichos ejes predeterminados son paralelos entre si y donde la tira de material cuando se aplica al plano de referencia de la superficie de trabajo forma una capa. Algunos de los distribuidores aplican el material en una direction mientras que los otros distribuidores aplican el material a lo largo de un eje paralelo en la direccion opuesta.

El documento GB 1 314 065 A divulga un dispositivo para moldear laminas de plastico reforzado con vidrio que comprende: un molde, un puente de armadura que abarca el molde y movil sobre el molde en la direccion transversal al tramo de armadura, un carro capaz de moverse a lo largo de la armadura, un cabezal de moldeo llevado por el carro y que incluye medios para colocar y densificar longitudes de un material de lamina reforzado con vidrio en el molde y para impregnarlos con aglutinantes, medios para efectuar el movimiento simultaneo o no simultaneo de la armadura de puente sobre el molde y el movimiento del carro a lo largo de la armadura, y medios para rotar el cabezal en relation con el carro alrededor de un eje vertical y para fijar el cabezal en una position deseada.

El documento WO 2005/106604 A divulga un aparato y un metodo para realizar un evento de alta velocidad, tal como un corte/adicion de un remolque, en un proceso de colocacion de fibra automatizada, al iniciar el evento de alta velocidad antes de que el cabezal de colocacion de fibra alcance una ubicacion a lo largo de una ruta de herramienta del cabezal de colocacion de fibra en el que se desea tener el evento de alta velocidad completado.

Por ultimo, el documento DE 33 31 494 A1 divulga un dispositivo para la production de telas no tejidas de fibra de carbono o materiales impregnados con resinas sinteticas similares en forma de banda, en la que una serie de cabezales de colocacion individualmente se distribuyen de tal manera que se puede establecer una pluralidad de bandas de forma adyacente al mismo tiempo.

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Resumen de la invencion

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion se proporciona un metodo para aplicar una hilera de un elemento compuesto sobre un mandril, el metodo como se define en la reivindicacion 1.

Se cumplen las necesidades descritas anteriormente, a un mayor grado, por la presente invencion, en la que en algunas realizaciones se proporciona un metodo para fabricar elementos compuestos laminados.

Se divulga un metodo para aplicar una hilera sobre un molde de bandeja. En este metodo, se determina un llmite de capa que define un area de capa sobre el molde de bandeja y se aplica una cinta de material compuesto sobre el area de capa en un angulo oblicuo relacionado con el llmite de capa. Adicionalmente, un borde de ataque de la cinta se corta a tope y el borde de ataque y el llmite de capa convergen esencialmente. Adicionalmente, se genera un borde de salida. El borde de salida se corta a tope y el borde de salida y el llmite de capa convergen esencialmente.

Tambien se divulga un metodo para fabricar una zona de transicion en un elemento compuesto. La zona de transicion define un area que inicia en un primer medidor de piel y finaliza en un segundo medidor de piel. La zona de transicion incluye un primer llmite de capa oblicuo que se desfasa desde un segundo llmite de capa oblicuo. En este metodo, un primer grupo de cintas de material compuesto se aplica a traves del primer llmite de capa oblicuo. Cada uno del primer grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del primer grupo de cintas incluye una llnea central respectiva. Para cada uno del primer grupo de cintas, el extremo respectivo y la llnea de centro respectiva convergen esencialmente en el primer llmite de capa oblicuo. Adicionalmente, un segundo grupo de cintas de material compuesto se aplica a traves del segundo llmite de capa oblicuo. Cada uno del segundo grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del segundo grupo de cintas incluye una llnea de centro respectiva. Para cada uno del segundo grupo de cintas, el extremo respectivo y la llnea de centro respectiva convergen esencialmente en el segundo llmite de capa oblicuo. Los extremos respectivos del segundo grupo de cintas se desfasan desde los extremos respectivos del primer grupo de cintas para generar un patron plegado.

Tambien se divulga un medio legible por ordenador en el que se incorpora software de ordenador que comprende un grupo de instrucciones para ejecutar un metodo para aplicar una hilera sobre un molde de bandeja. En este metodo, se determina un llmite de capa que define un area de capa sobre el molde de bandeja y se aplica una cinta de material compuesto sobre el area de capa en un angulo oblicuo relacionado con el llmite de capa. Adicionalmente, un borde de ataque de la cinta se corta a tope y el borde de ataque y el llmite de capa convergen esencialmente. Adicionalmente, se genera un borde de salida. El borde de salida se corta a tope y el borde de salida y el llmite de capa convergen esencialmente.

Tambien se divulga un medio legible por ordenador en el que se incorpora software de ordenador que comprende grupo de instrucciones para ejecutar un metodo para fabricar una zona de transicion en un elemento compuesto. La zona de transicion define un area que inicia en un primer medidor de piel y finaliza en un segundo medidor de piel. La zona de transicion incluye un primer llmite de capa oblicuo que se desfasa desde un segundo llmite de capa oblicuo. En este metodo, un primer grupo de cintas de material compuesto se aplica a traves del primer llmite de capa oblicuo. Cada uno del primer grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del primer grupo de cintas incluye una llnea de centro respectiva. Para cada uno del primer grupo de cintas, el extremo respectivo y la llnea de centro respectiva convergen esencialmente en el primer llmite de capa oblicuo. Adicionalmente, un segundo grupo de cintas de material compuesto se aplica a traves del segundo llmite de capa oblicuo. Cada uno del segundo grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del segundo grupo de cintas incluye una llnea de centro respectiva. Para cada uno del segundo grupo de cintas, el extremo respectivo y la llnea de centro respectiva convergen esencialmente en el segundo llmite de capa oblicuo. Los extremos respectivos del segundo grupo de cintas se desfasan desde los extremos respectivos del primer grupo de cintas para generar un patron plegado.

Tambien se divulga un aparato para aplicar una hilera sobre un molde de bandeja. El aparato incluye un medio para determinar un llmite de capa que define un area de capa sobre molde de bandeja y un medio para aplicar una cinta de material compuesto sobre el area de capa en un angulo oblicuo relacionado con el llmite de capa. Un borde de ataque de la cinta se corta a tope y el borde de ataque y el llmite de capa convergen esencialmente. Adicionalmente, el aparato incluye un medio para generar un borde de salida. El borde de salida se corta a tope y el borde de salida y el llmite de capa convergen esencialmente.

Tambien se divulga un aparato para fabricar una zona de transicion en un elemento compuesto. La zona de transicion define un area que inicia en un primer medidor de piel y finaliza en un segundo medidor de piel. La zona de transicion incluye un primer llmite de capa oblicuo que se desfasa desde un segundo llmite de capa oblicuo. El aparato incluye un medio para aplicar un primer grupo de cintas de material compuesto a traves del primer llmite de capa oblicuo. Cada uno del primer grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del primer grupo de cintas incluye una llnea de centro respectiva. Para cada uno del primer grupo de cintas, el extremo respectivo y la llnea de centro respectiva convergen esencialmente en el primer llmite de capa oblicuo.

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Adicionalmente, el aparato incluye un medio para aplicar un segundo grupo de cintas de material compuesto a traves del segundo limite de capa oblicuo. Cada uno del segundo grupo de cintas incluye un extremo respectivo que se corta a tope y cada uno del segundo grupo de cintas incluye una linea de centro respectiva. Para cada uno del segundo grupo de cintas, el extremo respectivo y la linea de centro respectiva convergen esencialmente en el segundo limite de capa oblicuo. Los extremos respectivos del segundo grupo de cintas se desfasan desde los extremos respectivos del primer grupo de cintas para generar un patron plegado.

Por lo tanto se ha esbozado, mas bien ampliamente, ciertas divulgaciones con el fin de que se pueda entender mejor la descripcion detallada de las mismas aqui, y con el fin de que se pueda apreciar mejor la presente contribucion a la tecnica. Por supuesto, existen las realizaciones de la invencion que se describiran a continuacion y que formaran la materia objeto de las reivindicaciones adjuntas a esta.

A este respecto, antes de explicar por lo menos una realizacion de la invencion en detalle, se debe entender que la invencion no se limita en su aplicacion a los detalles de construccion y a las disposiciones de los componentes establecidos en la siguiente descripcion o ilustrados en los dibujos. La invencion es capaz de realizaciones ademas de aquellas descritas y de ser practicada y llevada a cabo de diversas maneras. Tambien, se debe entender que la fraseologia y terminologia empleada aqui, asi como en el resumen, son para propositos de descripcion y no se deben considerar como limitantes.

Como tal, aquellos expertos en la tecnica apreciaran que la concepcion sobre la que se basa esta descripcion se puede utilizar facilmente como base para el diseno de otras estructuras, metodos y sistemas para llevar a cabo los diversos propositos de la presente invencion. Por lo tanto, es importante, que las reivindicaciones sean consideradas como que incluyen dichas construcciones equivalentes en la medida en que no se apartan del alcance de las reivindicaciones.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de una maquina de laminacion de cinta adecuada para uso con una realizacion de la invencion.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una maquina de laminacion de cinta adecuada para uso con una realizacion de la invencion.

La figura 3 es un diagrama de una capa adecuada para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada en la figura 1.

La figura 4 es una vista en detalle de una capa adecuada para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada en la figura 1.

La figura 5 es un diagrama de esquema de colocacion de capa adecuado para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada en la figura 1.

La figura 6 es un diagrama de flujo para un metodo de colocacion de hileras de cinta de acuerdo con una realizacion de la invencion.

Descripcion detallada

Se describe un sistema para la colocacion de capas para fabricar un elemento compuesto y un metodo para utilizar este sistema. El sistema incluye un dispositivo de laminacion automatizado tal como, por ejemplo, una maquina de colocacion de la fibra automatizada (AFP), maquina de laminacion de cinta plana (FTLM), maquina de laminacion de cinta en contorno (CTLM) controlada numericamente (NC), maquina de laminacion de cinta de multiples cabezales (MHTLM), y similares. Este dispositivo de laminacion incluye uno o mas cabezales de distribucion para colocar capas de material compuesto sobre un mandril, molde bandeja o herramienta. Adicionalmente, el dispositivo de laminacion incluye un dispositivo de corte para cortar el material compuesto.

El sistema y metodo se describiran ahora con referencia a las figuras de los dibujos, en las que numeros de referencia iguales se refieren a partes similares. La figura 1 es un diagrama de bloques de una maquina 10 de laminacion de cinta de multiples cabezales (MHTLM). Como se muestra en la figura 1, la MHTLM 10 incluye un grupo de cabezales 12a-12n de colocacion que se posiciona mediante un grupo respectivo de dispositivos 14a-14n de posicionamiento. Los cabezales 12a-12n de colocacion se configuran para colocar 16a-16n material compuesto sobre un sustrato 18. El sustrato 18 incluye la superficie de un mandril 20 u otra forma y/o la herramienta. Adicionalmente, el sustrato 18 incluye cualquier material compuesto aplicado previamente, agente de pegajosidad, y similares, que esta sobre el mandril 20. El mandril 20 se hace girar o de otra forma se posiciona por un dispositivo 22 de accionamiento. El aparato 22 de accionamiento y/o los dispositivos 14a-14n de posicionamiento son controlados

por una unidad 24 de control. La unidad 24 de control accede a un archivo 26 que incluye instrucciones legibles por ordenador para fabricar un elemento compuesto.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una maquina 10 de laminacion de cinta de multiples cabezales (MHTLM). Como se muestra en la figura 2, la MHTLM 10 incluye un marco 30 para posicionar los cabezales 12a-12d de 5 colocacion con relacion al sustrato 18. El marco 30 y el sustrato 18 se configuran para moverse en direcciones A y B con relacion uno con el otro. Adicionalmente, cada uno de los cabezales 12a-12d de colocacion pueden poseer de forma independiente uno o mas ejes de libertad en relacion uno con el otro y/o el marco 30. Por ejemplo, cada cabezal 12a-12d de colocacion se puede mover independientemente sobre los ejes 5, 6, o ejes similares. De esta manera, se configuran algunos o todos los cabezales 12a-12d de colocacion para colocar tiras respectivas de una 10 cinta 32 sobre el sustrato 18. La cinta 32 incluye cualquier material adecuado para fabricar un elemento 34 compuesto. Ejemplos de materiales adecuados incluyen laminas de metal, pellculas, fibras, y similares. Estos materiales se pueden recubrir o impregnar con resina. En un ejemplo particular, la cinta 32 incluye fibras de carbono que se impregnan previamente con una resina termoestable (preimpregnadas). En otro ejemplo, la cinta 32 incluye una lamina de titanio que esta recubierta con una resina. El elemento 34 compuesto incluye cualquier elemento o 15 parte adecuada que se puede fabricar con la cinta 32. Ejemplos particulares incluyen componentes de ala y fuselaje de una aeronave.

La figura 3 es un diagrama de una capa 38 adecuada para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada en la figura 1. Como se muestra en la figura 3, la capa 38 incluye un llmite 40 de capa que define los bordes de la capa 38. Es de destacar que, la capa 38 incluye una pluralidad de hileras 42 que se orientan alrededor de 45° en relacion 20 con las llneas del llmite 40 de capa. La capa 38 incluye adicionalmente una pluralidad de interfaz 44 de hileras distribuidas entre hileras 42 adyacentes. Las hileras 42 en general incluyen un borde 46 de ataque y un borde 48 de salida. Aunque se ilustra un angulo de 45° en la figura 3, las hileras 42 se pueden orientar en cualquier angulo adecuado relacionado con la capa 38 o sustrato 18. Por ejemplo las hileras 42 se pueden orientar a 0°, 90° +/-45°y similares. Cuando se orienta a 0° y 90° se pueden posicionar el borde 46 de ataque y el borde 48 de salida de la 25 cinta 32 para coincidir esencialmente con el llmite 40 de capa. Como tal, la orientacion de hilera de 0°y 90° es relativamente sencilla, y de esta manera, no se discutira adicionalmente aqul. En una realizacion, en cualquier angulo oblicuo u orientaciones diferentes de 0° y 9 0, se puede extender alguna porcion de uno o ambos del borde 46 de ataque y borde 48 de salida mas alla del llmite 40 de capa como se muestra en la figura 3.

La figura 4 es una vista en detalle de la capa 38 adecuada para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada 30 en la figura 1. Como se muestra en la figura 4, la cinta 32 incluye una llnea 50 central. En una realizacion, la cinta 32 se posiciona sobre la capa 38 de tal manera que la llnea 50 central, el llmite 40 de capa, y el borde 46 de ataque o borde 48 de salida convergen esencialmente o se intersectan. Como tal, una porcion o una esquina de la cinta 32 se extiende a cualquier lado del llmite 40 de capa lo que resulta en un sobrellenado 52 y un llenado 54 insuficiente. En un ejemplo particular en el que la cinta 32 en el que se aplica en un angulo de 45° al llmite 40 de ca pa, la cinta 32 35 incluye un ancho (W) 56 y el sobrellenado 52 incluye una altura (h) 58 que se puede describir por la ecuacion:

w

h = 2/2

Ecuacion 1

Utilizando la ecuacion 1 anterior, dado el ancho 56 de 3 pulgadas (7.62 cm), la altura 58 es aproximadamente igual a 1.06 pulgadas (2.69 cm). Del mismo modo, una altura 60 del llenado 54 insuficiente es esencialmente igual a la altura 58. Mas en general, para cualquier angulo oblicuo, las alturas 58 y 60 se pueden describir por la ecuacion:

40

W (SENOff)

h =------------------- Ecuacion 2

n

Donde 0 es un angulo de incidencia (en Radianes) entre el llmite 40 de capa y el borde 46/48 de ataque o de salida y donde n > 1. A este respecto, dependiendo del mecanismo de corte de cinta del cabezal 12a-12n de colocacion, los bordes 46 y 48 de ataque y salida se pueden cortar en aproximadamente 80° a aproximadamente 100° e n relacion con la llnea 50 central. Mas particularmente, los bordes 46 y 48 de ataque y salida se pueden cortar en 45 aproximadamente 85° a aproximadamente 95° en relaci on con la llnea 50 central. Esta variacion de 90° esta relacionada con el diseno del ensamble de corte y la velocidad a la que la cinta 32 se mueve cuando el corte se lleva a cabo. Adicionalmente, con respecto a n es mayor que o igual a 1, los bordes 46/48 de ataque o salida se pueden disponer en cualquier lugar adecuado a lo largo del llmite 40 de capa. Dependiendo de la aplicacion particular, n pueden se puede establecer en un valor especlfico. Sin embargo, en otras aplicaciones, n (es decir, la cantidad de 50 bordes 46/48 de ataque/salida que conduce superposicion de los llmites 40 de capa) puede variar de capa a capa o incluso dentro de una capa dada. En un ejemplo particular, n=2 que resulta en una superposicion de aproximadamente 50%. En este ejemplo, los bordes 46/48 de ataque/salida, llmite 40 de capa 40, y llnea 50 central todos convergen esencialmente.

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La figura 5 es un diagrama de un esquema de colocacion de capa 66 adecuada para uso con la maquina de laminacion de cinta ilustrada en la figura 1. Se puede utilizar el esquema de colocacion de capa 66 para colocar una pluralidad de capas 38a-38n a lo largo una zona 68 de transicion. La zona 68 de transition define una interfaz entre una primera area 70 del elemento 34 compuesto que tiene un primer grosor o "medidor de piel" y una segunda area 72 del elemento 34 compuesto que tiene un segundo medidor de piel. Las diferencias en los medidores de piel entre la primera area 70 y la segunda area 72 se llevan a cabo al alterar la cantidad de las capas 38a-38n. Es decir, para generar un area relativamente mas fuerte o mas gruesa sobre el elemento 34 compuesto, se aplica un numero relativamente mas grande de las capas 38a-38n al sustrato 18. Las capas 38a-38n incluyen llmites 40a-n de capa respectivos que se separan a traves de la zona 68 de transicion. Adicionalmente, las capas 38a-38n se intercalan como se muestra en la figura 5 de tal manera que no coinciden los bordes 46/48 de ataque y salida y/o las interfaces 44. Este plegamiento o espaciamiento e intercalation facilita o suaviza la zona 68 de transicion. De esta manera, se pueden generar transiciones que son estructuralmente sanas, con atractivo cosmetico, y/o aerodinamicamente favorables de forma rapida y eficiente.

En aplicaciones en las que el llmite 40 de capas esta fuera del recorte neto (por ejemplo, fuera de un area que se va a cortar en el procesamiento posterior), no hay ningun problema con una capa 38 que interactua con otras capas 38 en el elemento 34 de material compuesto. Sin embargo, en la zona 68 de transicion u otras regiones de rampa de capa, donde muchas capas 38 se terminan a una corta distancia, las interacciones de pliegues a traves del espesor del elemento 34 compuesto son relativamente mas importantes. Normalmente se suelen producir rampas en capas en estructuras de fuselaje en una proportion de 20:1. Por lo tanto, dado un espesor de capa de 0.0074 pulgadas (0.188 mm), los llmites de capas 40a-40n se pueden posicionar 0.0074*20=0.148 pulgadas (3.76 mm) aparte.

En una realization particular mostrada en la figura 5, la zona 68 de transicion incluye cuatro capas 38a-38d de +/-45° (dos +45° y dos -45s). En aras de la claridad, se p ueden colocar capas a 0° y/o 90° dentro de la zona de transicion 68 que no se han mostrado. Sin embargo, la secuencia de orientation de capas tlpica de capa a capa es de 457907-4570°. Si estan presentes, estas u otras c apas colocadas entre las capas entre 38a-38d pueden tener llmites de capas respectivos que se encuentren entre los llmites de capas 40a-40d. En un ejemplo particular, si una capa de 0° se dispone entre las capas 38a-38b, la capa de 0° puede incluir un llmite de capa dispuesto aproximadamente la 1/2 de la distancia entre el llmite 40a y 40b de capa. Si se dispone una capa de 90° entre las capas 38b-38c, la capa de 90° puede incluir un llmite de capa de aproximadamente 1/2 de la distancia entre los llmites 40b-40c de capa. La separation de los llmites 40a-40n de capas se determina por la relation de rampa de capas. Las relaciones de rampa normales para aplicaciones aeroespaciales incluyen aproximadamente una relacion 20:1 o similar. Sin embargo, varias realizaciones de la invention incluyen cualquier relacion de rampa adecuada.

Es una ventaja de las realizaciones de la presente invencion que se puede reducir la complejidad debido a los cortes relativamente simplificados en comparacion con los dispositivos de colocacion de cinta convencionales. La simplificacion de los cortes resulta en una mayor confiabilidad del cabezal y la capacidad de utilizar multiples cabezales en una sola maquina para aumentar drasticamente la productividad de las maquinas que extienden el material compuesto. Por el contrario, ofrecer cabezales de maquinas convencionales de colocacion de cinta no son lo suficientemente confiables para utilizar diversos cabezales de una sola vez.

Es una ventaja adicional de diversas realizaciones que se pueden utilizar cintas relativamente mas amplias. Cuando se comparan con cintas utilizadas por las maquinas de colocacion de fibras convencionales, el uso de cintas relativamente mas amplias resulta en mecanismos mas robustos, mejora de la confiabilidad del cabezal, y aumento del ancho total de material capaz de ser colocado por una sola maquina, dando como resultado mejoras espectaculares en la productividad y confiabilidad de la maquina.

Es aun otra ventaja de diversas formas de realizacion que los extremos delantero y posterior 46/48 son esencialmente los mismos. En dispositivos de colocacion de capas convencionales, despues de cortar el extremo de salida para coincidir exactamente con el llmite de capas, el cabezal de colocacion debe moverse fuera de la zona de colocacion para cortar un perfil de borde de ataque que coincide con el comienzo de la siguiente hilera. Este proceso en los dispositivos de colocacion de capas convencionales pierde tiempo y materiales. Las realizaciones de la invencion, en virtud de que el borde de ataque y de salida 46/48 son esencialmente los mismos, omite esta operation que consume tiempo y no desperdicia estos materiales costosos.

Es todavla otro beneficio de diversas realizaciones de la presente invencion que los artlculos de material compuesto existentes se pueden fabricar de acuerdo con realizaciones de la invencion con poca o ninguna modification a las instrucciones de fabrication existentes. En particular, las piezas fabricadas con herramientas de llnea de molde interna ("IML") y/o herramientas de llneas de molde externas semirrlgidas ("OML") o provocar laminas tales como se utilizan en los componentes 787 de fuselaje, se pueden fabricar de acuerdo con realizaciones de la invencion. La superficie de la herramienta IML se esculpe para que coincida con las variaciones de espesor de capas de modo que el OML puede permanecer sin problemas. En estos y otros casos, la ubicacion inadecuada del material compuesto puede dar lugar a variaciones de la superficie oMl mas alla de los llmites aceptables. Por lo tanto, las realizaciones de la invencion proporcionan suficiente control de de material o capa para generar una superficie OML

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aceptable y calidad de laminado al sustituir directamente el proceso de colocacion de fibras sin cambios sustanciales para ejercer llmites disenados para maquinas de colocacion de fibras convencionales.

La figura 6 es un diagrama de flujo para un metodo 80 de colocacion de hileras de cinta de acuerdo con una realizacion de la invencion. Antes de la iniciacion del metodo 60, se puede producir una variedad de preparacion. Ejemplos de preparacion previa a la iniciacion pueden incluir uno o mas de: disenar el artlculo de material compuesto 34; generar el archivo 26 correspondiente al elemento 34 compuesto; generar el mandril 20 correspondiente al elemento 34 compuesto; adquirir materiales de fabrication, tales como cinta 32; y similares. Como se muestra en la figura. 6, el metodo 80 se inicia en respuesta a proporcionar un sistema tal como la MHTLM 10.

En la etapa 84, la cinta 32 se aplica al sustrato 20. Por ejemplo, se accede al archivo 26 para determinar los llmites de capas 40a-40n. En base a estos llmites de capas 40a-40n, el aparato de accionamiento 22 y/o el aparato de posicionamiento 14a-14n estan controlados por la unidad de control 24 para posicionar el cabezal de colocacion 12a-12n. A partir de entonces, se controlan los cabezales de colocacion 12a-12n para colocar o aplicar la cinta 32.

En la etapa 86, se determina si uno o mas de los cabezales 12a-12n de colocacion esta acercandose a un punto de extremo o llmite 40a-40n de capas. Por ejemplo, se accede al archivo 26 y la position actual de los cabezales 12a- 12n de colocacion se pueden comparar con los llmites 40a-40n de capas. En respuesta a que se determino que uno o mas de los cabezales 12a-12n de colocacion se aproxima a un punto final o llmite de capas 40a-40n, se puede cortar la cinta 32 en el paso 88. De lo contrario, se puede controlar el cabezal 12a-12n de colocacion para seguir la colocacion de la cinta 32 en el paso 84.

En la etapa 88, se corta la cinta 32. Por ejemplo, la unidad 24 de control puede controlar el cabezal 12a-12n de colocacion para cortar la cinta 32 en respuesta a la aproximacion llmite 40a-40n de capas. En diversas realizaciones de la invencion, el corte es un corte a tope. Es decir, el corte es aproximadamente perpendicular a la llnea central 50 de la cinta 32. En una realizacion, el corte se puede programar de tal manera que cuando la cinta 32 se coloca sobre el sustrato 18, el borde 48 de corte o salida final coincide con el llmite de capa 40a-40n.

En la etapa 90, se determina si se ha completado la bandeja. Por ejemplo, se accede al archivo 26 para determinar si hay alguna instruction adicional o se alcanza un identificador de fin de archivo ("EOF"). Si se determina que la bandeja esta completa, el artlculo de material compuesto 34 se puede curar en la etapa 170. Si se determina que la bandeja no esta completa, se puede aplicar la cinta en la etapa 84.

En la etapa 92, se cura el elemento 34 compuesto. Por ejemplo, los elementos compuestos se colocan es un entorno caliente y/o a presion para curar la resina en la cinta 32.

Despues de la etapa 90, la MHTLM 10 se puede inactivar o detener hasta controlar para iniciar el metodo 80 de nuevo.

Las muchas caracterlsticas y ventajas de la invencion son evidentes a partir de la especificacion detallada, y por lo tanto, se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas las caracterlsticas y ventajas de la invencion que caen dentro del alcance de las reivindicaciones. Adicionalmente, puesto que numerosas modificaciones y variaciones se les ocurriran facilmente a los expertos en la tecnica, no se desea limitar la invencion a la construction exacta y funcionamiento ilustrado y descrito, y en consecuencia, todas las modificaciones y equivalentes adecuados pueden caer dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (4)

10

15

20

25

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para aplicar una hilera (42) de un elemento (34) compuesto sobre un mandril (20), el metodo comprende:

determinar (86), a partir de un diseno del elemento (34) compuesto, llmites (40a-n) de capa que definen una pluralidad de capas (38a-n) sobre el mandril (20);

aplicar (84) una cinta de material (32) compuesto para cada capa (38) en un angulo oblicuo relacionado con su llmite (40) de capa, en el que un borde(46) ataque de la cinta (32) se corta a tope;

generar un borde (48) de salida, en el que el borde (48) de salida de la cinta (32) se corta a tope,

en el que, para cada capa (38), se aplica (84) la cinta (32) y se genera el borde (48) de salida de tal manera que una llnea (50) central de la cinta (32), el llmite (40) de capa, y el borde (46) de ataque esencialmente se intersecta en un primer punto, la llnea (50) central de la cinta (32), el llmite (40) de capa y el borde (48) de salida esencialmente se intersectan en un segundo punto, y una interfaz (44) de hilera se dispone entre hileras (42) adyacentes; e

intercalar, para cada placa, los bordes de ataque (46) y de salida (48) de la cinta (32) de tal manera que, dentro de una zona (68) de transicion del elemento (34) compuesto, los bordes de ataque (46) y de salida (48) de la cinta (32) y la interfaz (44) de hilera no coinciden con aquellos de cualquiera de otra pluralidad de capas (38a-n),

en la que la zona (68) de transicion define un area que inicia en un primer grosor y finaliza en un segundo grosor e incluye los llmites (40a-n) de capa, y

en el que cada uno de los llmites (40a-n) de capa en la zona (68) de transicion se desplaza uno del otro.

2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, comprende adicionalmente:

generar un sobrellenado (52), en el que se describe una altura (58) de sobrellenado por la ecuacion:

W (SENOff)

altura de sobrellenado =--------------------

n

en la que W es un ancho de la cinta (32), 0 es un angulo de incidencia en Radianes entre el llmite (40) de capa y el borde (46) de ataque, y n > 1.

3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, que comprende adicionalmente:

aplicar (84) la cinta (32) en un angulo de 45° en relacion con el llmite (40) de capa, en la que se describe la altura (58) de sobrellenado por la ecuacion:

altura de sobrellenado

w

2V2

en la que W es el ancho de la cinta (32).

4. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, que comprende adicionalmente:

generar un llenado (54) insuficiente, en el que una altura (60) de llenado insuficiente es aproximadamente igual a la altura (58) de sobrellenado.