ES2941258T3

ES2941258T3 - Sistemas y procedimientos para la fabricación continua de materiales compuestos tejidos

Info

Publication number: ES2941258T3
Application number: ES17799954T
Authority: ES
Inventors: Christopher Marc Oberste; Phillip Sung Tse Cheng; Ben Wang
Original assignee: Georgia Tech Research Institute; Georgia Tech Research Corp
Current assignee: Georgia Tech Research Institute; Georgia Tech Research Corp
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2023-05-19
Anticipated expiration: 2037-05-15
Also published as: EP3458633A1; JP7400032B2; KR20190008277A; EP4170078A1; KR102505812B1; EP3458633A4; EP3458633B1; US20220403564A1; KR102406266B1; US20190284731A1; JP7106457B2; JP2022165968A; KR20220078731A; WO2017200935A1; JP2019523834A; US11473223B2

Abstract

Se presentan una máquina y un método para la formación continua de un material compuesto tejido con geometría de tela interna controlable. La máquina puede incluir uno o más carretes para dispensar uno o más filamentos de urdimbre, un conjunto de rodillos configurado para recibir un tejido compuesto, un bastidor de urdimbre que tiene una pluralidad de cabezales de urdimbre para enganchar los filamentos de urdimbre y una posición de ajuste vertical para crear dinámicamente un patrón de tejido. en respuesta a la inserción de uno o más filamentos de trama por una pila insertadora de trama. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos para la fabricación continua de materiales compuestos tejidos

CAMPO

[0001] La descripción se refiere al campo de los materiales compuestos tejidos. Más específicamente, la descripción se refiere a la fabricación continua de materiales compuestos tejidos con geometría de tela interna controlable.

ANTECEDENTES

[0002] Un material compuesto es una estructura heterogénea que consiste en una combinación de dos o más materiales diferentes con propiedades significativamente diferentes. Los materiales compuestos de alto rendimiento se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, automotriz, de defensa y biomédica, donde una resistencia y un módulo específicos elevados permiten la creación de vehículos y dispositivos resistentes y de uso eficiente de combustible. Sin embargo, los materiales compuestos de alto rendimiento actuales adolecen de varias deficiencias inherentes a su enfoque de fabricación.

[0003] Los dos tipos principales de materiales compuestos son laminados y preformas tridimensionales ("3D"). En el caso de los laminados, los hilos se tejen en telas, las telas a menudo se preimpregnan con una resina de matriz y luego se aplican a un molde en forma de capas. La laminación se realiza habitualmente a mano, lo que hace que los laminados sean caros y se aumenta la probabilidad de error. La naturaleza por capas de los laminados también da como resultado propiedades fuera del plano (es decir, entre capas) que son tan bajas como el 10% de las propiedades en el plano, resistencia deficiente a la delaminación y propiedades en el plano que están limitadas por la estructura de la tela base.

[0004] Las preformas compuestas en 3D han intentado resolver algunos de estos problemas, pero se ven limitadas por la relativa dificultad de fabricar y trabajar con una preforma. Entre ellos se incluyen la dificultad para lograr una alineación adecuada de las fibras, técnicas de formación de materiales compuestos limitadas y el riesgo de introducir rizado en la tela a medida que la preforma se consolida durante el proceso de formación de materiales compuestos. Las preformas 3D son estructuras de tela tridimensionales formadas tejiendo hilos en un telar complejo controlado por ordenador. Esta estructura de tela se coloca en un molde y se infunde con resina de matriz. Si bien este proceso tiene propiedades fuera del plano mejoradas en comparación con los laminados, el proceso de infusión de resina puede dar como resultado la introducción de defectos en forma de burbujas de aire (por ejemplo, huecos) y fibras retorcidas.

[0005] Los materiales compuestos pueden formarse utilizando fabricación aditiva. Sin embargo, la fabricación aditiva es incapaz de formar laminados o preformas tejidas y éstos son inherentemente más débiles que los materiales compuestos formados convencionalmente. Los procedimientos de fabricación aditiva actuales utilizan fibras cortadas o fibras continuas. Sin embargo, las fibras cortadas tienen una resistencia y tenacidad reducidas y, debido a la forma en que se depositan las fibras continuas, no hay entrelazamiento mecánico entre las fibras, lo que da como resultado un fallo de delaminación o propagación de grietas en la capa. Además, los procedimientos conocidos para formar materiales compuestos mediante fabricación aditiva son insuficientes para generar rápidamente cantidades abundantes de materiales compuestos.

[0006] Por consiguiente, existe la necesidad de sistemas y procedimientos para formar de manera continua un material compuesto tejido con geometría interna controlable. Las realizaciones de la presente descripción hacen referencia a esta y otras consideraciones.

[0007] El documento CN 101831744 A describe un procedimiento para hacer que un movimiento de apertura de una pluralidad de urdimbres en una sección longitudinal de la misma tela en una anchura de tejido multicapa sea incompatible entre sí. El procedimiento se implementa penetrando la pluralidad de urdimbres en la sección longitudinal de la misma tela en la anchura de la tela con dos lizos trapezoidales que están dispuestos de manera superpuesta y están provistos de un movimiento de apertura independiente, donde cada lizo trapezoidal consiste en una pluralidad de ojales de lizo que están distribuidos a intervalos, donde un orificio de separación de ojales de lizo con ranura se forma entre cada dos ojales de lizo adyacentes, y donde las urdimbres que pasan a través del ojal de lizo de un segundo lizo pasan a través del orificio de separación de ojales de lizo de un primer lizo, mientras que las urdimbres que pasan a través del orificio de separación de ojales de lizo del segundo lizo pasan a través de los ojales de lizo del primer lizo. Cuando el primer lizo controla las urdimbres en los ojales de lizo del mismo para realizar un movimiento de apertura, el segundo lizo puede hacer que las urdimbres en los ojales de lizo del mismo se deslicen hacia arriba o hacia abajo selectivamente en el orificio de separación de ojales de lizo del primer lizo. De acuerdo con una opción práctica, se ensamblan cuatro lizos de múltiples ojales en un marco de lizo, y se realiza una disposición en la que dos marcos de lizo se ensamblan entre sí de tal manera que los lizos en ellos están alineados en la anchura de la tela, y en la que otros dos marcos de lizo también se ensamblan entre sí de tal manera que los lizos en ellos están alineados en la anchura de la tela. La combinación de los dos primeros marcos de lizo y los dos segundos marcos de lizo se colocan sobre la tela de tal manera que se obtiene una configuración escalonada en la anchura de la tela.

RESUMEN

[0008] Se describe una máquina para fabricar de manera continua un material compuesto tejido con geometría de tela interna controlable. En una realización, una máquina para formar de manera continua un material compuesto tejido incluye uno o más carretes destinados a distribuir uno o más filamentos de urdimbre. La máquina incluye además un conjunto de rodillos configurado para recibir un ligamento compuesto que comprende uno o más filamentos de urdimbre y uno o más filamentos de trama. La máquina incluye además un bastidor de urdimbre que comprende una pluralidad de cabezales de urdimbre destinados a recibir uno o más filamentos de urdimbre desde el uno o más carretes, donde, vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre, la pluralidad de cabezales de urdimbre están alineados adyacentes entre sí en un plano vertical. Cada cabezal de urdimbre incluye una pluralidad de canales para filamento colocados en diferentes ubicaciones verticales a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre y cada canal para filamento está configurado para acoplarse a un filamento de urdimbre suspendido entre un carrete de los uno o más carretes y el conjunto de rodillos. Cada cabezal de urdimbre es capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre que se extienden desde el cabezal de urdimbre hacia el conjunto de rodillos. La máquina incluye además una pila de dispositivos de inserción de trama que comprende una pluralidad de dispositivos de inserción de trama destinados a insertar uno o más filamentos de trama entre uno o más filamentos de urdimbre para formar el ligamento compuesto.

[0009] Un hecho notable de la máquina definida en este caso anteriormente es que cada cabezal de urdimbre es capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre que se extienden desde el cabezal de urdimbre hacia el conjunto de rodillos.

[0010] Uno o más de la pluralidad de cabezales de urdimbre de la máquina pueden incluir un elemento de calentamiento para calentar uno o más filamentos de urdimbre.

[0011] Uno o más de la pluralidad de cabezales de urdimbre de la máquina pueden incluir un sensor de temperatura.

[0012] El conjunto de rodillos de la máquina puede configurarse para consolidar el ligamento compuesto.

[0013] El conjunto de rodillos de la máquina puede incluir un par de rodillos calentados para calentar el ligamento compuesto.

[0014] El conjunto de rodillos de la máquina puede incluir un par de rodillos enfriados para enfriar el ligamento compuesto.

[0015] Uno o más de la pluralidad de cabezales de urdimbre de la máquina pueden estar configurados para moverse verticalmente a fin de ajustar la altura de los filamentos de urdimbre asociados con los uno o más cabezales de urdimbre respectivos después de que uno o más filamentos de trama se hayan insertado entre uno o más filamentos de urdimbre.

[0016] La máquina puede incluir además un controlador que está configurado para controlar una secuencia de movimientos verticales de uno o más cabezales de urdimbre y de inserciones de uno o más filamentos de trama entre uno o más filamentos de urdimbre para crear un ligamento compuesto que tiene un patrón predeterminado.

[0017] Uno o más de la pluralidad de dispositivos de inserción de trama de la pila de dispositivos de inserción de trama de la máquina pueden configurarse para insertar uno o más filamentos de trama entre uno o más filamentos de urdimbre de manera que cada filamento de trama insertado se oriente aproximadamente de manera perpendicular a los uno o más filamentos de urdimbre.

[0018] La pila de dispositivos de inserción de trama de la máquina puede configurarse para insertar simultáneamente un primer filamento de trama entre un primer par de filamentos de urdimbre y un segundo filamento de trama entre un segundo par de filamentos de urdimbre.

[0019] Uno o más dispositivos de inserción de trama de la máquina pueden ser un dispositivo de inserción de trama por espadín, un dispositivo de inserción de trama por chorro de aire y/o un dispositivo de inserción de trama inercial.

[0020] En otra realización, una máquina para formar de manera continua un material compuesto tejido incluye uno o más carretes destinados a distribuir uno o más filamentos de urdimbre. La máquina incluye además un conjunto de rodillos configurado para recibir un ligamento compuesto que comprende uno o más filamentos de urdimbre y uno o más filamentos de trama. La máquina incluye además un bastidor de urdimbre que comprende una pluralidad de conjuntos de lizos accionables individualmente para recibir uno o más filamentos de urdimbre de uno o más carretes, donde, vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre, la pluralidad de conjuntos de lizos están alineados adyacentes entre sí en un primer plano vertical. Cada conjunto de lizos incluye un primer lizo que comprende un primer ojal destinado a acoplar un primer filamento de urdimbre suspendido entre un carrete de los uno o más carretes y el conjunto de rodillos y un segundo lizo que tiene una ranura para recibir el primer filamento de urdimbre y un segundo ojal destinado a acoplar un segundo filamento de urdimbre suspendido entre un carrete de los uno o más carretes y el conjunto de rodillos. El primer lizo y el segundo lizo son capaces de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura del primer ojal y del segundo ojal, respectivamente. La máquina incluye además una pila de dispositivos de inserción de trama que comprende una pluralidad de dispositivos de inserción de trama destinados a insertar uno o más filamentos de trama entre uno o más filamentos de urdimbre para formar el ligamento compuesto.

[0021] Un hecho notable de la máquina definida en este caso anteriormente es que los conjuntos de lizos son accionables individualmente.

[0022] El primer lizo de cada conjunto de lizos puede colocarse adyacente al segundo lizo del conjunto de lizos respectivo en un segundo plano vertical que es aproximadamente perpendicular al primer plano vertical.

[0023] El primer ojal del primer lizo de un conjunto de lizos de la pluralidad de conjuntos de lizos puede alinearse con la ranura del segundo lizo del conjunto de lizos cuando el conjunto de lizos está en una posición neutra.

[0024] Cada conjunto de lizos de la pluralidad de conjuntos de lizos puede incluir además un tercer lizo que tiene una ranura para recibir el primer filamento de urdimbre y el segundo filamento de urdimbre, y un tercer ojal destinado a acoplar un tercer filamento de urdimbre suspendido entre un carrete de los uno o más carretes y el conjunto de rodillos, donde el tercer lizo es capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura del tercer ojal.

[0025] La máquina puede incluir además un controlador configurado para controlar una secuencia de movimientos verticales de uno o más de los primer, segundo y/o tercer lizos de uno o más de la pluralidad de conjuntos de lizos y de inserciones de uno o más filamentos de trama entre uno o más filamentos de urdimbre para crear un ligamento compuesto que tiene un patrón predeterminado.

[0026] También se describe un procedimiento para fabricar de manera continua un material compuesto tejido con geometría de tela interna controlable. El procedimiento utiliza una máquina que tiene una pluralidad de filamentos de urdimbre suspendidos entre un conjunto de rodillos y un bastidor de urdimbre que comprende una pluralidad de cabezales de urdimbre alineados adyacentes entre sí en un plano vertical, vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre, donde cada cabezal de urdimbre comprende una pluralidad de canales para filamento colocados en diferentes ubicaciones verticales a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre, cada canal para filamento configurado para acoplarse a un filamento de urdimbre, y cada cabezal de urdimbre es capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre asociados con el respectivo cabezal de urdimbre con respecto al conjunto de rodillos. El procedimiento incluye colocar verticalmente un primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre en una primera posición vertical y un segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre en una segunda posición vertical de manera que la altura vertical de cada filamento de urdimbre en un canal para filamento de un cabezal de urdimbre del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre es superior a un filamento de urdimbre en un canal para filamento correspondiente de un cabezal de urdimbre del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre. El procedimiento incluye además insertar filamentos de trama en una urdimbre entre el conjunto de rodillos y el bastidor de urdimbre, de tal manera que cada filamento de trama se inserta entre un filamento de urdimbre asociado con el primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre y un filamento de urdimbre asociado con el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre. El procedimiento incluye además fijar los filamentos de trama entre dos o más filamentos de urdimbre para formar un ligamento compuesto recolocando verticalmente el primer subgrupo de la pluralidad de los cabezales de urdimbre en una tercera posición vertical y el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre en una cuarta posición vertical de manera que la altura vertical de cada filamento de urdimbre en un canal para filamento de un cabezal de urdimbre del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre es inferior a un filamento de urdimbre en el canal para filamento correspondiente de un cabezal de urdimbre del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre. El procedimiento incluye además consolidar el ligamento compuesto activando el conjunto de rodillos para tirar del ligamento compuesto a través de un par de rodillos opuestos que están configurados para calentar y comprimir el ligamento compuesto.

[0027] El procedimiento puede incluir crear la urdimbre entre el conjunto de rodillos y el bastidor de urdimbre introduciendo un extremo libre de cada uno de una pluralidad de filamentos de urdimbre procedentes de una pluralidad de carretes de filamentos a través de un canal para filamento único de uno de una pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre e introduciendo el extremo libre de cada uno de la pluralidad de filamentos de urdimbre a través del par de rodillos opuestos.

BREVE DESCRIPCI N DE LOS DIBUJOS

[0028]

La FIG. 1 es un esquema parcial que ilustra una realización de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 2A es una vista lateral representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 2B es una vista superior representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 3A es una vista superior representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una primera pluralidad de cabezales de urdimbre en una primera posición y una segunda pluralidad de cabezales de urdimbre en una segunda posición de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 3B es una vista lateral representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una primera pluralidad de cabezales de urdimbre en una primera posición y una segunda pluralidad de cabezales de urdimbre en una segunda posición de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 3C es una vista superior representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene la primera pluralidad de cabezales de urdimbre en la segunda posición y la segunda pluralidad de cabezales de urdimbre en una primera posición de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 3D es una vista lateral representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene la primera pluralidad de cabezales de urdimbre en la segunda posición y la segunda pluralidad de cabezales de urdimbre en una primera posición de acuerdo con una realización ilustrativa.

Las FIG. 4A y 4B son vistas frontal y posterior, respectivamente, de un bastidor de urdimbre de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con la presente descripción.

La FIG. 5A es una vista posterior de un cabezal de urdimbre de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 5B es una vista lateral de un cabezal de urdimbre de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 5C es una vista lateral en sección transversal de un cabezal de urdimbre de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva lateral de una pila de dispositivos de inserción de trama de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 7A es una vista en corte frontal representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

Las FIG. 7B y 7C son vistas en corte frontales representativas de una máquina tejedora de material compuesto continuo que muestra el entrelazamiento de filamentos que se produce cuando los cabezales de urdimbre se mueven desde una primera configuración vertical (FIG. 7B) a una segunda configuración vertical (FIG. 7C) de acuerdo con una realización ilustrativa.

Las FIG. 8A y 8B son vistas en corte frontal representativas de una máquina tejedora de material compuesto continuo que muestra otro ejemplo de entrelazamiento de filamentos que se produce cuando los cabezales de urdimbre se mueven desde una primera configuración vertical (FIG. 8A) a una segunda configuración vertical (FIG.

8B) de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 9A es una vista lateral representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una configuración de cabezal de urdimbre alternativa que comprende un conjunto de lizos de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 9B es una vista en despiece representativa de una configuración de cabezal de urdimbre que comprende un conjunto de lizos de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 9C es una vista frontal representativa de una configuración de cabezal de urdimbre que comprende un conjunto de lizos de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 10 es una vista en corte frontal representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una configuración de cabezal de urdimbre que comprende un conjunto de lizos de acuerdo con una realización ilustrativa.

Las FIG. 11A y 11B son vistas en corte frontales representativas de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una configuración de cabezal de urdimbre que comprende un conjunto de lizos, que muestra un ejemplo de entrelazamiento de filamentos que se produce cuando los lizos se mueven desde una primera configuración vertical (FIG. 11A) a una segunda configuración vertical (FIG. 11B) de acuerdo con una realización ilustrativa.

Las FIG. 12A y 12B son vistas en corte frontales representativas de una máquina tejedora de material compuesto continuo que tiene una configuración de cabezal de urdimbre que comprende un conjunto de lizos, que muestra otro ejemplo de entrelazamiento de filamentos que se produce cuando los lizos se mueven desde una primera configuración vertical (FIG. 12A) a una segunda configuración vertical (FIG. 12B) de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 13 es un diagrama de flujo de un procedimiento para la formación continua de un ligamento compuesto de acuerdo con una realización ilustrativa.

La FIG. 14 es una vista lateral representativa de otra máquina tejedora de material compuesto continuo de acuerdo con una realización ilustrativa.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0029] Para facilitar una comprensión de los principios y características de la tecnología descrita, a continuación se explican realizaciones ilustrativas. Los componentes descritos a continuación en el presente documento como componentes de diversos elementos de la tecnología descrita pretenden ser ilustrativos y no restrictivos. Se pretende que muchos componentes adecuados que realizarían las mismas funciones o funciones similares que los componentes descritos en el presente documento estén abarcados dentro del alcance de los dispositivos y electrónicos y procedimientos descritos. Otros componentes de este tipo no descritos en el presente documento pueden incluir, pero no se limitan a, por ejemplo, componentes desarrollados después del desarrollo de la tecnología descrita.

[0030] Cabe señalar asimismo que tal como se emplea en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un/o", "una" y "el/la" incluyen las referencias en plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

[0031] Por "que comprende" o "que contiene" o "que incluye" se entiende que al menos el compuesto, elemento, partícula o etapa de procedimiento mencionados está presente en la composición o artículo o procedimiento, pero no excluye la presencia de otros compuestos, materiales, partículas, etapas de procedimiento, incluso si los otros compuestos, materiales, partículas, etapas de procedimiento de este tipo tienen la misma función que lo que se menciona.

[0032] También debe entenderse que la mención de una o más etapas de procedimiento no excluye la presencia de etapas de procedimiento adicionales o etapas de procedimiento intermedias entre esas etapas identificadas expresamente. De manera similar, también debe entenderse que la mención de uno o más componentes en un dispositivo o sistema no excluye la presencia de componentes adicionales o componentes intermedios entre esos componentes identificados expresamente.

[0033] Las realizaciones de la presente descripción presentan máquinas y procedimientos para formar múltiples capas de un material compuesto tejido en un proceso de una sola etapa. El material compuesto tejido puede crearse de manera continua y con una geometría de tela interna dinámicamente controlable que permite la creación de un material compuesto tejido que tiene propiedades personalizadas de resistencia, rigidez y tenacidad. Los carretes de filamento impregnado de polímero pueden cargarse en un extremo de una máquina tejedora de material compuesto continuo y un panel de material compuesto multicapa puede producirse en el otro lado de la máquina, sin que se requieran etapas de laminación adicionales. Una máquina tejedora de material compuesto continuo de la presente descripción también se puede configurar para variar la densidad del material compuesto cambiando la separación de los filamentos de urdimbre y la trama entre sí.

[0034] Con referencia ahora a las figuras, en las que los números de referencia similares representan partes similares, se describirán en detalle diversas realizaciones de la descripción. La FIG. 1 es una ilustración de un esquema parcial de una máquina 100 para formar de manera continua un tejido compuesto con geometría de tela interna controlable (que también puede denominarse máquina tejedora de material compuesto continuo 100). La máquina 100 puede incluir un marco 102 para soportar un bastidor de urdimbre 110 y un conjunto de rodillos 116. Como se describe con mayor detalle a continuación, el bastidor de urdimbre 110 puede incluir una pluralidad de cabezales de urdimbre situados entre una placa de base 121 y una placa superior 122. El marco 102 puede soportar opcionalmente una pila de dispositivos de inserción de trama (no mostrado en la FIG. 1) o una pila de dispositivos de inserción de trama puede estar situada independientemente adyacente al marco 102. El marco 102 puede incluir una pluralidad de postes 108 que se pueden utilizar para soportar paneles de aislamiento montados alrededor del bastidor de urdimbre 110, el conjunto de rodillos 116 u otras partes de la máquina tejedora de material compuesto continuo 100. El marco 102 puede incluir una montura de bastidor de carrete 104 para soportar una pluralidad de carretes de filamento (no mostrado). Cada carrete de filamento puede contener un rollo de filamento de urdimbre que comprende, por ejemplo, un hilo continuo o estopa preimpregnado o recubierto con un polímero termoplástico. El material del hilo o estopa puede incluir, pero no se limita a, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de vidrio o fibra metálica. Las fibras (o combinación de fibras) se pueden seleccionar en función de las propiedades mecánicas o eléctricas deseadas. El extremo libre del filamento de urdimbre de cada carrete de filamento se puede introducir en el conjunto de rodillos 116 a través del bastidor de urdimbre 110.

[0035] El conjunto de rodillos 116 puede incluir un primer par de rodillos 120 que están configurados para recibir una pluralidad de filamentos de urdimbre. El conjunto de rodillos 116 puede crear tensión en los filamentos de urdimbre al "pellizcar" los filamentos de urdimbre entre el primer par de rodillos 120. En otras palabras, los rodillos del conjunto de rodillos 116 pueden aplicar una fuerza de compresión a los filamentos de urdimbre que hace que los filamentos de urdimbre sean impulsados hacia adelante cuando los rodillos giran en las direcciones opuestas apropiadas. El primer par de rodillos 120 puede proporcionar compresión del ligamento compuesto aplicando una fuerza de compresión al ligamento compuesto a medida que se tira del ligamento a través del primer par de rodillos 120. El conjunto de rodillos 116 puede incluir además un segundo par de rodillos 130 para proporcionar una compresión adicional del ligamento compuesto. Según algunas realizaciones, el primer par de rodillos 120 y/o el segundo par de rodillos 130 pueden alimentarse mediante uno o más motores para tirar de los filamentos de urdimbre de la pluralidad de carretes de filamento. En algunas realizaciones, el primer par de rodillos 120 puede incluir un elemento de calentamiento para calentar los materiales y consolidar el material compuesto. Por ejemplo, el primer par de rodillos 120 puede incluir un calentador resistivo en forma de cartucho. Un calentador de cartucho puede ser instalado de forma concéntrica a un rodillo del primer par de rodillos 120 y se puede utilizar grasa térmica para unir térmicamente el calentador al rodillo, al tiempo que se permite que el rodillo y el calentador de cartucho mantengan independencia mecánica entre sí. En algunas realizaciones, un elemento de calentamiento puede realizar un calentamiento por inducción o el elemento de calentamiento puede ser un fluido de trabajo calentado que es bombeado a través del rodillo. Además, según algunas realizaciones, el segundo par de rodillos 130 puede incluir un elemento de enfriamiento para solidificar y enfriar la matriz de polímero para controlar la cristalinidad del polímero en el material compuesto resultante. Por ejemplo, un elemento de enfriamiento puede ser un intercambiador térmico de tipo cartucho que está montado de forma concéntrica a un rodillo del segundo par de rodillos 130 e interconectado con grasa térmica. El intercambiador térmico de tipo cartucho puede tener agua enfriada (o algún otro fluido de trabajo) bombeada a través del mismo para proporcionar un efecto de enfriamiento. Como alternativa, una función de enfriamiento realizada opcionalmente por el segundo par de rodillos 130 se puede lograr utilizando un líquido criogénico (por ejemplo, nitrógeno líquido) para generar un gas superenfriado que puede ser dirigido para que fluya sobre los filamentos calientes con el fin de enfriarlos.

[0036] Cuando una pluralidad de filamentos de urdimbre de la pluralidad de carretes de filamento se suspenden entre el conjunto de rodillos 116 y el bastidor de urdimbre 110, el conjunto de rodillos 116 y el bastidor de urdimbre 110 pueden acoplarse suficientemente a la pluralidad de filamentos de urdimbre para crear tensión en los filamentos de urdimbre de tal manera que los filamentos de urdimbre se extienden entre el bastidor de urdimbre 110 y el conjunto de rodillos 116 en líneas sustancialmente rectas. Estas partes sustancialmente rectas de filamentos de urdimbre suspendidos entre el bastidor de urdimbre 110 y el conjunto de rodillos 116 pueden formar una urdimbre que es capaz de recibir filamentos de trama de uno o más dispositivos de inserción de trama de una pila de dispositivos de inserción de trama para formar un ligamento como se describe con mayor detalle a continuación. Como apreciarán los expertos en la materia, una urdimbre puede ser una pluralidad de filamentos de urdimbre en los que uno o más de los filamentos de urdimbre están separados de los otros por alguna distancia o algún ángulo. Por consiguiente, una pluralidad de filamentos de urdimbre pueden disponerse paralelos entre sí entre el bastidor de urdimbre 110 y el conjunto de rodillos 116 en una dirección que es perpendicular a la longitud del primer par de rodillos 120 del conjunto de rodillos 116, aunque como se explica con mayor detalle a continuación, parte o la totalidad de la pluralidad de filamentos de urdimbre pueden disponerse a diferentes alturas o ángulos verticales (es decir, el ángulo en el que un filamento de urdimbre se inclina/baja fuera del bastidor de urdimbre 110 hacia el conjunto de rodillos 116) entre sí. Como se muestra con más detalle en la FIG. 6, una pila de dispositivos de inserción de trama puede incluir una pluralidad de dispositivos de inserción de trama apilados verticalmente. Como apreciarán los expertos en la materia, uno o más dispositivos de inserción de trama de una pila de dispositivos de inserción de trama pueden ser un dispositivo de inserción de trama por espadín, un dispositivo de inserción de trama por chorro de aire y/o un dispositivo de inserción de trama inercial. Por ejemplo, uno o más dispositivos de inserción de trama de la pila de dispositivos de inserción de trama pueden ser un espadín de cremallera y piñón o un sistema de inserción por chorro de aire como se describe en los párrafos [0076]-[0079] de la patente de EE.UU. N.° 2016/0305051.

[0037] La máquina 100 puede incluir opcionalmente una placa 106 de guía de filamentos dispuesta entre el montaje 104 de bastidor de carrete y el bastidor de urdimbre 110. La placa 106 de guía de filamentos puede ser una placa rígida que incluye una pluralidad de aberturas 107 para recibir los filamentos de urdimbre de la pluralidad de carretes de filamento montados en el montaje 104 de bastidor de carretes con el fin de guiarlos hacia el bastidor de urdimbre 110. Cada filamento de urdimbre puede enhebrarse a través de una abertura 107 distinta de una placa 106 de guía de filamentos antes de enhebrarse a través del bastidor de urdimbre 110. La placa 106 de guía de filamentos puede servir para restringir el movimiento vertical de las partes de los filamentos de urdimbre que se extienden entre la pluralidad de rodillos de filamento y la placa 114 de guía de filamentos restringiendo la posición de cada filamento de urdimbre en su abertura 107 correspondiente. La placa 106 de guía de filamentos también puede servir para restringir el movimiento lateral de la pluralidad de filamentos de urdimbre proporcionando un punto de anclaje en cada abertura 107. Por consiguiente, la placa 106 de guía de filamentos es ventajosa puesto que permite que la pluralidad de filamentos de urdimbre sean recibidos por el bastidor de urdimbre 110 sin riesgo de que los filamentos de urdimbre entren en contacto entre sí o se enreden debido a las variaciones en la tirantez de los filamentos de urdimbre causada por el movimiento continuo a través de la máquina 100.

[0038] Aunque no se muestra en la FIG. 1, el montaje 104 de bastidor de carrete es capaz de montar una pluralidad de carretes de filamento en una configuración a modo de cuadrícula de manera que la pluralidad de carretes de filamento están dispuestos en filas y columnas paralelas. Por ejemplo, la montura 104 de bastidor de carrete puede soportar cuatro filas de diez carretes de filamento que corresponden a las cuatro filas de diez aberturas 107 de la placa 106 de guía de filamentos mostrada en la FIG. 1, de manera que cada carrete de filamento puede introducirse en una abertura distinta 107. Aunque la FIG. 1 muestra una máquina 100 configurada para utilizar 40 filamentos de urdimbre (es decir, cuatro filas de diez filamentos de urdimbre correspondientes a las aberturas 107 de la placa 106 de guía de filamentos), la máquina 100 no está tan limitada y se contempla que se puede utilizar cualquier número de filamentos de urdimbre aumentando o disminuyendo el número de carretes de filamento y el bastidor de urdimbre 110.

[0039] Las FIG. 2A y 2B muestran una vista lateral representativa y una vista superior de una máquina tejedora de material compuesto continuo 100, respectivamente. Como se describió anteriormente con respecto a la FIG. 1, una pluralidad de carretes de filamento 210 (que pueden estar montados en el bastidor de carrete 104) introducen una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 en el primer par de rodillos 120 del conjunto de rodillos 116 a través del bastidor de urdimbre 110. Las FIG. 2A y 2B representan una cuadrícula de cuatro por cuatro carretes de filamento 210 que distribuyen un total de 16 filamentos de urdimbre 212. Como se muestra en la FIG. 2A, la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 puede constituir múltiples filas de filamentos de urdimbre 212a, 212b, 212c, 212d que incluyen, cada una, una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 que están alineados entre sí cuando se ven desde el lado. Cada fila de filamentos de urdimbre 212a, 212b, 212c, 212d procede de una pluralidad de carretes de filamento 210 montados a una altura vertical diferente de la montura 104 de bastidor de carretes. Como se muestra en la FIG. 2B, la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 puede constituir múltiples columnas de filamentos de urdimbre 212e, 212f, 212g, 212h paralelos que incluyen cada uno una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 que están alineados entre sí cuando se ven desde la parte superior. Para simplificar y facilitar la visión, muchas de las figuras en esta invención solo representan 16 filamentos de urdimbre 212 (es decir, cuatro filas y cuatro columnas de filamentos de urdimbre 212), debe entenderse que la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede utilizar muchos más filamentos de urdimbre en la práctica, tal como, por ejemplo, los 40 filamentos de urdimbre 212 descritos con respecto a la FIG. 1.

[0040] Las FIG. 2A y 2B ilustran el flujo de proceso de formación de un material compuesto tejido 230 utilizando la máquina tejedora de material compuesto continuo 100. El conjunto de rodillos 116 está configurado para tirar de la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 de la pluralidad de carretes de filamento 210 a través del bastidor de urdimbre 110. En algunas realizaciones, el conjunto de rodillos 116 puede estar configurado para tirar de manera continua de los filamentos de urdimbre 212 a una velocidad constante o variable, mientras que en otras realizaciones, el conjunto de rodillos 116 puede estar configurado para tirar repetidamente de los filamentos de urdimbre 212 en "tirones" discretos separados por un incremento predeterminado o variable en el tiempo. Antes de ser introducida en el conjunto de rodillos 116, una pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede insertar uno o más filamentos de trama 222 en la urdimbre formada por la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 para formar un ligamento. Un filamento de trama 222 puede tener una longitud mínima que es lo suficientemente larga como para abarcar la distancia entre las dos columnas exteriores de filamentos de urdimbre 212e, 212h como se muestra en la FIG. 3A. Los filamentos de trama 222 pueden estar hechos de un hilo o estopa preimpregnado o recubierto con un polímero termoplástico. El material del hilo o estopa puede incluir, pero no se limita a, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de vidrio o fibra metálica. Los filamentos de trama 222 también pueden estar hechos de un termoplástico reforzado con fibras discontinuas.

[0041] Después de que los filamentos de trama 222 se hayan insertado entre los filamentos de urdimbre 212 para formar un ligamento, el ligamento se puede comprimir en un material compuesto mediante el conjunto de rodillos 116 que aplica una fuerza de compresión al ligamento. Para ayudar en la formación del material compuesto 230, la máquina 100 puede incluir una zona calentada 240 para calentar la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 y los uno o más filamentos de trama 222 para fusionarlos. Los filamentos de urdimbre 212 pueden mantenerse a temperatura ambiente antes de entrar en la zona calentada 240. Dentro de la zona calentada 240, la temperatura del filamento puede mantenerse por encima de la temperatura de transición vítrea (T^g) del polímero de matriz para permitir la unión de los filamentos. Por ejemplo, el bastidor de urdimbre 110 puede calentar los filamentos por encima de la Tg, y la zona calentada 240 puede hacer que los filamentos continúen calentándose hasta que la temperatura de los filamentos esté por encima de una temperatura de fusión (T^m) antes de que los filamentos alcancen el conjunto de rodillos 116. La zona calentada 240 puede ser creada mediante elementos de calentamiento asociados con el bastidor de urdimbre 110, elementos de calentamiento asociados con el primer par de rodillos 120, paneles de aislamiento montados en los postes 108 del marco 102, o alguna combinación de los mismos. Según algunas realizaciones, las funciones de calentamiento descritas anteriormente pueden realizarse alternativamente mediante una barra de soldadura por ultrasonidos que puede hacer vibrar el material para generar calor mediante pérdidas elásticas, un calentador inductivo que induce corriente en el material mediante la generación de un campo magnético alternativo o giratorio para generar calor a través de pérdidas resistivas, un dispositivo de convección (por ejemplo, horno de convección) que hace circular aire caliente alrededor del material, un dispositivo de calentamiento por microondas o cualquier otro procedimiento de calentamiento conocido o desarrollado más adelante en la técnica.

[0042] Como se mencionó anteriormente, el conjunto de rodillos 116 puede incluir opcionalmente un segundo par de rodillos 130 para añadir una fuerza de compresión adicional al ligamento. El segundo par de rodillos 130 puede tener un elemento de enfriamiento asociado que puede crear una zona enfriada 250 para enfriar el ligamento previamente calentado de los filamentos de urdimbre y de trama 212, 222 para acelerar la formación de un material compuesto tejido 230. En la zona enfriada 250, la temperatura del material compuesto puede reducirse por debajo de la temperatura de transición vítrea (T^g) del polímero de matriz. La cristalinidad en el polímero de matriz puede controlarse variando la velocidad de alimentación y la distancia entre el primer par de rodillos calentados 120 y el segundo par de rodillos enfriados 130, ya que esto determinará la cantidad de tiempo que el polímero está entre su transición vítrea (T^g) y la temperatura de fusión (T^m). Aunque las realizaciones del conjunto de rodillos 116 se describen como que tienen un primer par de rodillos calentados 120 para calentar el material compuesto tejido y un segundo par de rodillos enfriados 130 para enfriar el material compuesto tejido, también se contempla que el conjunto de rodillos 116 pueda incluir cualquier número de pares de rodillos calentados y/o enfriados para controlar la cristalinidad en el polímero de matriz. Por ejemplo, el conjunto de rodillos 116 puede incluir tres o más pares de rodillos, donde cada par de rodillos se establece en un intervalo de temperatura especificado de modo que la temperatura sea la mayor en el primer par de rodillos en el que se introduce el tejido compuesto y la más fría en el último par de rodillos, con cada par intermedio de rodillos reduciendo la temperatura entre el primer y el último par de rodillos en un aumento.

[0043] La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede incluir un controlador 260 que puede estar en comunicación electrónica con el bastidor de urdimbre 110, el conjunto de rodillos 116 y la pila de dispositivos de inserción de trama 220. El controlador 260 puede ser una variedad de dispositivos electrónicos programables para controlar las diversas funciones de la máquina de tejido de material compuesto continuo, tal como, por ejemplo, el movimiento vertical de los cabezales de urdimbre o los conjuntos de lizos del bastidor de urdimbre 110, los elementos de calentamiento del bastidor de urdimbre 110, la velocidad de rotación de parte o la totalidad de los rodillos del conjunto de rodillos 116, las fuerzas de compresión aplicadas por parte o la totalidad de los rodillos del conjunto de rodillos 116, los elementos de calentamiento y/o enfriamiento del conjunto de rodillos 116, y la inserción de filamentos de trama por la pila de dispositivos de inserción de trama 220. Es más, el controlador 260 puede controlar el tiempo relativo del avance de los materiales a través del conjunto de rodillos 116, la inserción de los filamentos de trama de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 y los cambios en las configuraciones del cabezal de urdimbre o de los lizos del bastidor de urdimbre 110, de modo que la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 pueda producir de manera continua el material compuesto tejido 230. En algunas realizaciones, el controlador 260 puede almacenar y ejecutar programas predeterminados para hacer que la máquina tejedora de material compuesto 100 produzca un material compuesto tejido 230 que tiene un diseño predeterminado. El controlador 260 puede ser un microcontrolador que es, por ejemplo, programable o preprogramado (por ejemplo, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC)). Como alternativa, el controlador puede ser un PC, servidor, ordenador central u otro dispositivo programado por ordenador que controle aspectos de la máquina tejedora de material compuesto continuo 100. El controlador 260 puede incluir una aplicación (o, "app") en un teléfono inteligente o tableta. El controlador 260 se puede conectar al sistema utilizando, por ejemplo, una conexión cableada directa, una red de área local (LAN), una red de área local inalámbrica (WLAN), una conexión a Internet, una conexión inalámbrica, Bluetooth, comunicación de campo cercano (NFC) o una conexión celular o de radio. El controlador 260 también se puede conectar en red a través de una conexión similar para permitir la operación y el control remotos.

[0044] Las FIG. 3A a 3D ilustran el proceso de crear un ligamento ajustando las posiciones verticales de la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 entre sí. La posición vertical de un filamento de urdimbre puede referirse a la altura vertical del filamento de urdimbre 212 en el bastidor de urdimbre 110. Como se desprende, cambiando la altura de un filamento de urdimbre 212 en el bastidor de urdimbre 110, el ángulo que el filamento de urdimbre 212 se extiende hacia el soporte de urdimbre 110 desde su correspondiente carrete de filamento 210 puede cambiar. Además, el ángulo al que el filamento de urdimbre se extiende hacia el conjunto de rodillos 116 desde el bastidor de urdimbre 110 (el "ángulo de urdimbre") también cambiará a medida que se ajusta la altura de un filamento de urdimbre 212. Puede crearse una urdimbre 300 ajustando las alturas de la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 de modo que al menos un subgrupo de filamentos de urdimbre 212 tenga una altura o ángulo de urdimbre diferente que un segundo subgrupo de filamentos de urdimbre 212. Como se muestra en la FIG. 3B, los filamentos de urdimbre 212 procedentes de la misma fila de carretes de filamento 210 que tienen la misma altura en el bastidor de urdimbre 110 se alinearán en una fila cuando se vean desde el lado.

[0045] Como se describe con mayor detalle a continuación, cada uno de una pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 está configurado para moverse verticalmente a fin de ajustar la altura de los filamentos de urdimbre 212 que están acoplados por el mismo. Las FIG. 3A y 3B representan la pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 en una primera configuración vertical, mientras que las FIG. 3C y 3D representan la pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 que se han movido a una segunda configuración vertical. Como se muestra en las FIG. 3A y 3B, una primera fila 212a de un primer grupo de filamentos de urdimbre 212e, 212g puede estar asociada con un primer grupo de cabezales de urdimbre 111 que se colocan inicialmente a una primera altura, y una segunda fila 212b de un segundo grupo de filamentos de urdimbre 212f, 212h puede estar asociada con un segundo grupo de cabezales de urdimbre 112 que se colocan inicialmente a una segunda altura que es menor que la primera altura. Las posiciones relativas de la parte 311 de la primera fila 212a colocada entre el bastidor de urdimbre 110 y el conjunto de rodillos 116 y la parte 312 de la segunda fila 212b colocada entre el bastidor de urdimbre 110 y el conjunto de rodillos 116 forman una urdimbre 300 que puede recibir uno o más filamentos de trama 222. Por consiguiente, cuando está en la primera configuración vertical, un filamento de trama 222 puede insertarse mediante una pila de dispositivos de inserción de trama 220 entre la primera fila 212a de filamentos de urdimbre 212e, 212g y la segunda fila 212b de filamentos de urdimbre como se muestra en la FIG. 3B. Después de la inserción del filamento de trama 222 en la urdimbre 300 (es decir, entre dos o más filamentos de urdimbre 212), la ^{pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre}110 pueden ajustar sus posiciones verticales a una segunda configuración vertical de modo que la primera fila 212a de filamentos de urdimbre 212e, 212g se coloca debajo de la segunda fila 212b de filamentos de urdimbre 212f, 212h. Como se muestra en la FIG. 3D, esta inversión de la pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 puede hacer que las partes 311, 312 de la primera y segunda filas 212a, 212b de la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 se crucen una sobre otra detrás del filamento de trama 222 insertado, creando así un ligamento y fijando el filamento de trama 222 entre la pluralidad de filamentos de urdimbre 212. La parte del ligamento que contiene el filamento de trama 222 puede entonces tirar del conjunto de rodillos 116 para la compresión en el material compuesto tejido 230 como se describió anteriormente.

[0046] Por simplicidad y facilidad de visualización, las FIG. 3A-3D solo representan una fila de carretes de filamento 210 que dan como resultado la creación de dos filas 212a, 212b de filamentos de urdimbre 212 en función de la configuración vertical de los cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110, sin embargo, debe entenderse que se contempla que la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede incluir más filas de filamentos de urdimbre 212. Por ejemplo, como se describió anteriormente, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede incluir cuatro o más filas de filamentos de urdimbre 212 que se extienden fuera de la pluralidad de carretes de filamento 210. Además, como se describe a continuación, la pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 son capaces de ajustar sus alturas verticales relativas para crear un número dinámico de filas en la urdimbre 300. Además, aunque las FIG. 3A-3D solo representan la inserción de un filamento de trama 222 único, debe entenderse que la pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede insertar simultáneamente una pluralidad de filamentos de trama 222 a diferentes alturas verticales de la urdimbre según se desee. De esta manera, y como se muestra con mayor detalle a continuación con respecto a las FIG. 7A a 11B, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede crear dinámicamente una variedad de patrones de tejido diferentes a través de una serie de ajustes de altura respecto a la pluralidad de cabezales de urdimbre del bastidor de urdimbre 110 y la inserción selectiva de uno o más filamentos de trama 222 en la urdimbre 300.

[0047] Las FIG. 4A y 4B muestran vistas frontal y posterior de un bastidor de urdimbre 110 que tiene una pluralidad de cabezales de urdimbre 402. Como se muestra, cada uno de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 están alineados adyacentes entre sí en un plano vertical. Cada cabezal de urdimbre 402 puede montarse en un tornillo de avance 404 que permite que el cabezal de urdimbre 402 se mueva verticalmente. Un tornillo de avance 404 asociado con un cabezal de urdimbre particular puede colocarse por encima o por debajo del cabezal de urdimbre 402. Cada cabezal de urdimbre 402 también puede montarse en uno o más árboles lineales 405 que impiden que el cabezal de urdimbre 402 se mueva lateralmente. El movimiento vertical de cada uno de los cabezales de urdimbre 402 puede estar limitado por una placa de base 121 colocada debajo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 y una placa superior 122 colocada encima de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402. En algunas realizaciones, el movimiento vertical de los cabezales de urdimbre 402 puede estar limitado por interruptores limitadores, sensores basados en haces o codificadores en los motores que impulsan el movimiento de los cabezales de urdimbre. Como entenderán los expertos en la materia, cada tornillo de avance 404 puede ser accionado por un motor que puede hacer que el tornillo de avance 404 gire, ajustando de ese modo la posición vertical del cabezal de urdimbre 402 asociado hacia arriba o hacia abajo, basándose en la dirección de rotación del tornillo de avance 404. Cada motor puede ser controlado por el controlador 260. En algunas realizaciones, el movimiento vertical de uno o más cabezales de urdimbre 402 puede ser accionado por un sistema basado en solenoides, un sistema hidráulico, un sistema neumático, una cremallera y piñón, o cualquier otro sistema adecuado para permitir el movimiento vertical controlable selectivamente de un cabezal de urdimbre 402 en un bastidor de urdimbre 110.

[0048] Cada cabezal de urdimbre 402 de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402

s capaz de un movimiento vertical que es independiente de los otros cabezales de urdimbre 402. Por lo tanto, cada cabezal de urdimbre 402 de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 puede colocarse dinámicamente a una altura vertical diferente entre sí. En algunas realizaciones, los subgrupos de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 pueden configurarse para moverse en tándem de manera que cada uno de los cabezales de urdimbre 402 del subgrupo mantenga la misma altura respectiva. En algunas realizaciones, los subgrupos de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 pueden formarse dinámicamente y no formarse mediante el controlador 260.

[0049] La FIG. 5A muestra una vista posterior de un cabezal de urdimbre 402 del bastidor de urdimbre 110 de las FIG. 4A y 4B según una realización ilustrativa. El cabezal de urdimbre 402 puede incluir una pluralidad de canales para filamento 502, una pluralidad de elementos de calentamiento 504 y uno o más sensores de temperatura 506. La pluralidad de canales para filamento 502 puede colocarse en diferentes ubicaciones a lo largo del eje vertical del cabezal de urdimbre 402 (es decir, a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre 402). Cada canal para filamento 502 puede ser una ranura que discurre por la cara frontal del cabezal de urdimbre 402 hasta la cara posterior del cabezal de urdimbre 402 de tal manera que un filamento de urdimbre 212 puede pasar a través del cabezal de urdimbre 402 a través del canal para filamento 502. El canal para filamento 502 está configurado para acoplarse o recibir un filamento de urdimbre 212 de tal manera que el canal para filamento 502 anclará verticalmente el filamento de urdimbre 212 en función de la posición vertical del cabezal de urdimbre 402. En otras palabras, a medida que el cabezal de urdimbre 402 se mueve hacia arriba o hacia abajo como se describió anteriormente con respecto a las FIG. 4A y 4B, la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 que pasan a través de los respectivos canales para filamento 502 del cabezal de urdimbre 402 se mueven correspondientemente hacia arriba o hacia abajo en el punto en el que pasan a través del respectivo canal para filamento 502. El canal para filamento 502 puede configurarse para restringir el movimiento lateral de un filamento de urdimbre 212 insertado al tiempo que permite que el filamento de urdimbre 212 sea tirado libremente en una dirección hacia delante o hacia atrás a través del canal para filamento 502. En algunas realizaciones, el canal para filamento 502 puede configurarse para ejercer una fuerza de arrastre sobre un filamento de urdimbre 212 a medida que pasa a través del canal, lo que puede permitir que la forma y/o el tamaño del filamento sean ajustados por el cabezal de urdimbre 402. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las dimensiones de un canal para filamento 502 en la cara posterior del cabezal de urdimbre 402 pueden ser diferentes de las dimensiones del canal para filamento 502 en la cara frontal del cabezal de urdimbre 402, permitiendo que el exceso de resina sea restringido y/o permitiendo que el filamento de urdimbre 212 sea remodelado (similar a la pultrusión).

[0050] Los elementos de calentamiento 504 pueden estar integrados internamente en el cabezal de urdimbre 402 a cada lado de un canal para filamento 502 dado para calentar el filamento de urdimbre 212 a medida que pasa a través del canal para filamento 502. Los elementos de calentamiento pueden ser, por ejemplo, aunque sin limitación, calentadores de cartucho resistivos o bobinas de inducción. Pueden integrarse uno o más sensores de temperatura 506 dentro del cabezal de urdimbre 402 para supervisar la temperatura generada por los elementos de calentamiento 504. En algunas realizaciones, los cabezales de urdimbre 402 pueden configurarse para calentar los filamentos de urdimbre 212 a una temperatura mínima que está por encima de la temperatura de transición vítrea (T^g) del polímero de filamento de urdimbre 212. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los cabezales de urdimbre 402 pueden configurarse para calentar los filamentos de urdimbre 212 a aproximadamente 20-30 grados Celsius por debajo de la temperatura de fusión (T^m) de los filamentos de urdimbre 212. Como se ha descrito anteriormente, a medida que los filamentos de urdimbre 212 se mueven desde los cabezales de urdimbre 402 a través de la zona calentada 240 al conjunto de rodillos 116, la temperatura de los filamentos de urdimbre 212 puede elevarse por encima de una temperatura especificada antes de alcanzar el conjunto de rodillos 116, tal como, por ejemplo, T^m. Aunque no se muestra, la máquina 100 puede incluir sensores de temperatura dentro de la zona calentada 240, el conjunto de rodillos 116 y/o la zona enfriada 250 para supervisar la temperatura de los filamentos y/o el ligamento. El controlador 260 puede recibir una o más señales de uno o más sensores de temperatura 506 de un cabezal de urdimbre 506 que indican la temperatura del cabezal de urdimbre 506 y el controlador 260 puede enviar una señal a uno o más de los elementos de calentamiento 504 a fin de ajustar su salida de calor. El controlador 260 puede enviar una señal para aumentar la salida de calor de los elementos de calentamiento de uno o más cabezales de urdimbre 402 si el controlador recibe una señal de un sensor de temperatura 506 que indica que la temperatura en un cabezal de urdimbre 402 está por debajo de una temperatura mínima, tal como, por ejemplo, T^g.

[0051] Las FIG. 5B y 5C muestran una vista lateral y una vista lateral en sección transversal de un cabezal de urdimbre 402, respectivamente, según una realización ilustrativa. Como se describió anteriormente, el cabezal de urdimbre 402 puede montarse en un tornillo de avance 404 que facilita el movimiento vertical del cabezal de urdimbre 402. El cabezal de urdimbre 402 también puede incluir una pluralidad de árboles lineales 405 que pueden resistir la torsión causada por el tornillo de avance 404 y estabilizar lateralmente el cabezal de urdimbre 402 dentro del bastidor de urdimbre 110. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 1, la pluralidad de árboles lineales 405 que se extienden fuera de la parte inferior de los cabezales de urdimbre 402 del bastidor de urdimbre 110 son recibidos por las aberturas de la placa de base 121 y la pluralidad de árboles lineales 405 que se extienden fuera de la parte superior de los cabezales de urdimbre 402 del bastidor de urdimbre 110 son recibidos por las aberturas de la placa superior 122, restringiendo así cada cabezal de urdimbre 402 en un plano vertical individual que discurre paralelo a los otros cabezales de urdimbre 402. El cabezal de urdimbre 402 puede incluir uno o más aislantes 508, que pueden ser, por ejemplo, aislantes cerámicos 508. Un aislante cerámico 508 es ventajoso puesto que se puede utilizar con cualquier filamento, independientemente de la temperatura de fusión (T^m). Si se utiliza un filamento de urdimbre 212 con una T^mbaja (por ejemplo, polipropileno o polietileno), entonces se puede utilizar un aislante de polímero de alta temperatura 508 en lugar de un aislante cerámico 508. Según algunas realizaciones, un aislante 508 puede colocarse tanto por encima como por debajo de la pluralidad de elementos de calentamiento 504 para evitar la transferencia de calor desde los elementos de calentamiento 504 al tornillo de avance 404, los árboles lineales 405, la placa de base 121, la placa superior 122 o cualquier otra parte del bastidor de urdimbre 110 que pueda ser indeseable para el calor. Como se muestra en la FIG. 5C, el cabezal de urdimbre 402 puede incluir uno o más orificios de perno 514 para pernos o tornillos para fijar de manera extraíble los componentes del cabezal de urdimbre 402 entre sí para permitir la modularidad. Por ejemplo, en algunas realizaciones, un canal para filamento 502 del cabezal de urdimbre 402 puede retirarse y reemplazarse si se obstruye. Además, los canales para filamento 502 pueden añadirse o retirarse para construir materiales compuestos que tienen un número personalizado de capas diferentes.

[0052] La FIG. 6 muestra una realización de una pila de dispositivos inserción de trama 220 que tiene tres dispositivos de inserción de trama inercial que están configurados para producir simultáneamente hasta tres filamentos de trama 222 separados. La pila de dispositivos de inserción de trama 220 mostrada en la FIG. 6 incluye tres pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602 que están configurados cada uno para impulsar una hebra continua de filamento de trama desde una fuente de filamento de trama colocada detrás de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 a través de un canal 606, y fuera de una hendidura 608 para su inserción en una urdimbre 300 formada por una pluralidad de filamentos de urdimbre 212. Una hebra continua de filamento de trama 222 puede distribuirse desde un carrete o rollo de filamento de trama (no mostrado) e introducirse en uno de los pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602. Los dos rodillos de un par de rodillos 602 que se acoplan a un filamento de trama 222 pueden girar simultáneamente en direcciones opuestas para extraer una parte del filamento de trama 222 del carrete mientras impulsan otra parte del filamento de trama 222 a través del canal 606 hacia la hendidura 608. La propulsión causada por un par de rodillos 602 puede servir para expulsar un filamento de trama 222 de una longitud predeterminada de una hendidura 608 de la pila de dispositivos de inserción de trama 220. La rotación de uno o más pares de rodillos 602 puede ser accionada por un motor 604. Como se muestra en la FIG. 6, una pluralidad de pares de rodillos 602 pueden ser accionados por un único motor, de manera que cada uno de los pares de rodillos 602 puede ser activado selectivamente acoplando engranajes asociados con un par de rodillos 602 con una cadena de engranajes accionada por el motor. El controlador 260 que puede enviar una señal a la pluralidad de pares de rodillos 602 para acoplarse selectivamente a uno o más pares de rodillos 602 para hacer que la pila de dispositivos de inserción de trama 220 expulse los filamentos de trama 222 de acuerdo con un controlador de patrón de ligamento 260 que se ha programado para ser ejecutado. Por consiguiente, la expulsión de las fibras de trama 222 por la pila de dispositivos de inserción de trama 220 se puede sincronizar para trabajar en conjunto con el movimiento del conjunto de rodillos 116. En algunas realizaciones, cada par de rodillos 602 puede ser accionado individualmente por un motor único asociado con el par de rodillos 602.

[0053] Aunque los filamentos de trama 222 introducidos desde un carrete a la pila de dispositivos de inserción de trama 220 pueden ser hebras continuas, un aparato de corte 610 puede cortar los filamentos de trama 222 de manera que los filamentos de trama 222 de una longitud distinta se expulsen de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 y se inserten en la urdimbre 300. Por consiguiente, en algunas realizaciones, los pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial pueden configurarse para girar una cantidad predeterminada a fin de expulsar una longitud predeterminada del filamento de trama 222. En algunas realizaciones, un sensor colocado en el lado opuesto de la urdimbre 300 puede detectar la posición del filamento de trama 222 y el par de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602 correspondiente puede dejar de girar en respuesta a la recepción de una señal que indica que el filamento de trama 222 se ha expulsado una distancia predeterminada. En algunas realizaciones, la distancia predeterminada puede representar una distancia mínima requerida para que un filamento de trama 222 cubra la distancia entre las dos columnas de extremo de los filamentos de urdimbre 212e, 212h.

[0054] Como se muestra en la FIG. 6, la pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede incluir una pluralidad de canales 606 para dirigir los filamentos de trama 222 desde la pluralidad de pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602 a una pluralidad de hendiduras 608. Los canales pueden ser internos al cuerpo de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 de tal manera que los filamentos de trama 222 se limitan al movimiento a lo largo de las trayectorias definidas por los canales 606. Las hendiduras 608 pueden ser aberturas en el borde de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 que se colocan a diferentes alturas verticales a lo largo de la cara frontal del dispositivo. En algunas realizaciones, cada hendidura adyacente 608 puede estar separada verticalmente por una distancia de desplazamiento común. El posicionamiento de las hendiduras 608 puede configurarse para posicionar los filamentos de trama 222 expulsados por la pila de dispositivos de inserción de trama 220 de modo que cada filamento de trama 222 pueda insertarse en la urdimbre 300 a una altura vertical deseada como se describe con mayor detalle a continuación con respecto a las FIG. 7A a 12B. Después de que uno o más filamentos de trama 222 se hayan insertado en la urdimbre 300, los filamentos de trama pueden cortarse en longitudes discretas mediante el aparato de corte 610. Como se muestra en la FIG. 6, en algunas realizaciones, el aparato de corte puede colocarse adyacente a las hendiduras 608, internamente al cuerpo de la pila de dispositivos de inserción de trama 220. El aparato de corte 610 puede incluir una o más cuchillas que están configuradas para ser accionadas con el fin de moverse dentro de un plano vertical que es aproximadamente perpendicular a los filamentos de trama 222 colocados en las hendiduras 608 con el fin de cortar uno o más filamentos de trama 222. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el aparato de corte puede incluir una pluralidad de cuchillas configuradas para moverse al unísono. En algunas realizaciones, el número de la pluralidad de cuchillas puede corresponder al número de hendiduras 608. En algunas realizaciones, el aparato de corte puede ser una rueda o disco de corte, un láser o un chorro de agua.

[0055] Aunque la realización mostrada en la FIG. 6 representa solo tres dispositivos de inserción de trama, se contempla que una pila de dispositivos de inserción de trama 220 que tiene cualquier número de dispositivos de inserción de trama pueda construirse de manera similar añadiendo más pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602, canales 606 y hendiduras 608. Además, aunque esta realización utiliza pares de rodillos de dispositivos de inserción de trama inercial 602 para generar la fuerza de propulsión/expulsión de los filamentos de trama 222, como se analizó anteriormente, una pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede construirse alternativamente utilizando uno o más dispositivos de inserción de trama por espadín, dispositivos de inserción por chorro de aire o alguna combinación de los mismos.

[0056] Las FIG. 7A-8B muestran representaciones de vistas en corte de una máquina tejedora de material compuesto continuo 100, vistas desde la perspectiva del conjunto de rodillos 116 mirando hacia el bastidor de urdimbre 110, según las realizaciones ilustrativas. Como se muestra en la FIG. 7A, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede tener una pluralidad de cabezales de urdimbre 402a, 402b, 402c, 402d, teniendo cada uno una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 que se extienden hacia el conjunto de rodillos 116, formando una urdimbre 300 como se analizó anteriormente con respecto a la FIG. 3. En esta realización, cada uno de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 soporta cuatro filamentos de urdimbre 212. La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 incluye una pila de dispositivos de inserción de trama 220 colocada al lado de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 y configurada para insertar filamentos de trama 222 en la urdimbre 300 (es decir, entre dos filas de filamentos de urdimbre 212). Cada uno de los cabezales de urdimbre 402 mostrados en la FIG. 7A puede decirse que está en una "posición neutra", lo que significa que los cabezales de urdimbre 402 están colocados a una altura predeterminada. Por ejemplo, la posición neutra puede ser una posición en la que la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 están colocados alrededor de la mitad vertical de la pila de dispositivos de inserción de trama 220. Por ejemplo, cuando está en la posición neutra, un cabezal de urdimbre 402 puede colocarse de manera que el dispositivo de inserción de trama 702 más intermedio de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 esté alineado para insertar un filamento de trama intermedio 222b entre las dos filas más intermedias de filamentos de urdimbre 212 del cabezal de urdimbre 402. Como se muestra en la FIG. 7A, cuando todos los cabezales de urdimbre 402 se encuentran en la posición neutra, la pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede insertar filamentos de trama 222 entre los filamentos de urdimbre 212 para crear un patrón de ligamento sin entrelazamiento de manera que el material compuesto tejido 230 resultante sería un compuesto unidireccional 0-90 alterno.

[0057] Como se muestra en la FIG. 7A, en algunas realizaciones, la pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede incluir una pluralidad de dispositivos de inserción de trama primarios 702 y una pluralidad de dispositivos de inserción de trama secundarios 704. Los dispositivos de inserción de trama primarios 702 pueden colocarse verticalmente en la parte media de la pila de dispositivos de inserción de trama 220, mientras que los dispositivos de inserción de trama secundarios 704 pueden colocarse en la parte superior e inferior de la pila de trama 220. En algunas realizaciones, los dispositivos de inserción de trama primarios 702 pueden ser dispositivos de inserción de trama que se pueden utilizar en cualquier configuración vertical de los cabezales de urdimbre 402, mientras que los dispositivos de inserción de trama secundarios 704 solo se pueden utilizar si uno o más cabezales de urdimbre 402 se mueven una distancia vertical suficiente de manera que un filamento de trama 222 expulsado por el dispositivo de inserción de trama secundario 704 se colocaría entre al menos un par de filamentos de urdimbre 212. Cada dispositivo de inserción de trama primario 702 y cada dispositivo de inserción de trama secundario 704 pueden controlarse independientemente entre sí mediante el controlador 260 de tal manera que los filamentos de trama 222 pueden insertarse simultáneamente en la urdimbre 300 utilizando cualquier combinación de dispositivos de inserción de trama 702, 704.

[0058] Las FIG. 7B y 7C muestran un proceso ilustrativo para crear un material compuesto tejido 230 con entrelazamiento entre los filamentos de urdimbre 212 y los filamentos de trama 222. Como se muestra en la FIG. 7B, tres de los cabezales de urdimbre 402a, 402c, 402d están en la posición neutra y un cabezal de urdimbre 402b está en una posición elevada verticalmente en el momento en que la pila de dispositivos de inserción de trama 220 inserta una pluralidad de filamentos de trama 222 en la urdimbre 300. Como se muestra, el cabezal de urdimbre 402b se eleva de manera que el dispositivo de inserción de trama secundario 704a está en una posición para insertar un filamento de trama 222a entre el par superior de filamentos de urdimbre 212 que se extienden fuera del cabezal de urdimbre 402b. Se puede decir que, en este caso, el cabezal de urdimbre 402b se ha elevado un "escalón". Cuando un cabezal de urdimbre 402 sube o baja un escalón, significa que el conjunto de dispositivos de inserción de trama 702, 704 cuyo cabezal de urdimbre 402 se coloca para recibir los filamentos de trama 222 de entre un par de filamentos de urdimbre 222 cambia en una unidad. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 7B, debido a que el cabezal de urdimbre 402b ha subido un escalón, se coloca para recibir un filamento de trama 222a desde el dispositivo de inserción de trama secundario 704a entre un par de filamentos de urdimbre 212, pero ya no se coloca para recibir un filamento de trama 222d entre un par de filamentos de urdimbre 212 desde el dispositivo de inserción de trama primario 702c. Como se muestra en la FIG. 7C, cuando el cabezal de urdimbre 402b regresa de nuevo de una posición de estar elevado un escalón a la posición neutra, cada filamento de urdimbre 212 del cabezal de urdimbre 402b empuja hacia abajo sobre el filamento de trama 222a, 222b, 222c, 222d debajo del mismo, causando el entrelazamiento del patrón de ligamento mostrado en la FIG. 7C. Después de que se haya creado este patrón de ligamento, el conjunto de rodillos 116 puede tirar de la parte de los filamentos de urdimbre 212 que contienen los filamentos de trama 222a, 222b, 222c, 222d en el primer par de rodillos 120 para llevar a cabo el proceso de compresión de los filamentos en un material compuesto tejido 230, como se describió anteriormente.

[0059] La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede crear de manera continua un material compuesto tejido 230 siempre que el conjunto de rodillos 116 continúe tirando y estirando los filamentos de urdimbre 212 de los carretes de filamentos 210 a través del bastidor de urdimbre 110. Además de crear de manera continua un material compuesto tejido, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 también puede cambiar dinámicamente el patrón de ligamento para crear materiales compuestos tejidos 230 que tienen propiedades de resistencia y rigidez personalizables. La resistencia de un material compuesto tejido 230 es una función de la geometría de la tela, que puede controlarse mediante la máquina tejedora de material compuesto continuo 100. Por ejemplo, cantidades elevadas de rizado pueden reducir la resistencia a la tracción en el plano y el interbloqueo de capa a capa puede aumentar la resistencia a la delaminación y la resistencia al impacto. La rigidez es una función de la geometría de la tela y la densidad del ligamento, que también puede controlarse mediante la máquina tejedora de material compuesto continuo 100. Por ejemplo, los ligamentos densos pueden ser más rígidos que los ligamentos menos densos. Los ligamentos planos pueden tener un módulo de cizallamiento en el plano más alto, mientras que los ligamentos satinados tienen un módulo de tracción en el plano más alto, y los ligamentos de tela asargada están en algún punto intermedio.

[0060] La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede generar un material compuesto tejido 230 que tiene diferentes propiedades en todo el material cambiando dinámicamente la geometría de la tela y/o la densidad de ligamento de partes del material compuesto tejido 230. Por ejemplo, las FIG. 8A y 8B muestran un proceso ilustrativo para crear un patrón de ligamento alternativo al que se muestra en las FIG. 7B y 7C. Como se muestra en la FIG. 8A, cada cabezal de urdimbre 402a, 402b, 402c, 402d puede colocarse en un escalón diferente en el momento en que la pila de dispositivos de inserción de trama 220 inserta los filamentos de trama 222 en la urdimbre 300. En este ejemplo, un primer cabezal de urdimbre 402a se coloca en una posición neutra, un segundo cabezal de urdimbre 402b se coloca un escalón más arriba, un tercer cabezal de urdimbre 402c se coloca dos escalones más arriba y un cuarto cabezal de urdimbre 402d se coloca tres escalones más arriba. Por consiguiente, los pares de filamentos de urdimbre 212 del primer cabezal de urdimbre 402a se colocan para recibir los filamentos de trama 222d, 222e, 222f de los tres dispositivos de inserción de trama primarios 702, y los filamentos de urdimbre 212 del cuarto cabezal de urdimbre 402d se colocan para recibir los filamentos de trama 222a, 222b, 222c de los tres dispositivos de inserción de trama secundarios 704, con los pares de filamentos de urdimbre 212 de los cabezales de urdimbre segundo y tercero 402b, 402c que reciben los filamentos de trama 222 de una combinación de dispositivos de inserción de trama primarios y secundarios 702, 704 como se muestra en la FIG. 8A. Después de que la pila de dispositivos de inserción de trama 220 inserte los filamentos de trama 222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f en la urdimbre 300, los cabezales de urdimbre elevados 402b, 402c, 402d regresan a la posición neutra, empujando los filamentos de trama 222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f hacia abajo para crear el patrón de entrelazamiento como se muestra en la FIG. 8B. En este ejemplo, tres filamentos de trama 222d, 222e, 222f convergen en la parte inferior del cabezal de urdimbre 402d, lo que puede crear una región localizada con resistencia y rigidez en el plano mejoradas, pero puede tener peor resistencia al impacto y resistencia al corte y rigidez. Los patrones de ligamento formados donde uno o más cabezales de urdimbre 402 se mueven hacia arriba una pluralidad de escalones y uno o dos cabezales de urdimbre 402 permanecen en una posición neutral en el momento de la inserción de la trama pueden dar como resultado estructuras compuestas tejidas con resistencia al impacto mejorada debido al entrelazamiento capa a capa.

[0061] Debe apreciarse que los patrones de ligamento ilustrados por las FIG. 7A-8B pueden integrarse secuencialmente en una sola pieza de material compuesto tejido 230. Debe apreciarse además que los patrones de ligamento particulares ilustrados por las FIG. 7A-8B son meramente ilustrativos y puede lograrse cualquier número o variedad de patrones de ligamento diferentes e integrarse en un material compuesto 230 en cualquier secuencia cambiando las posiciones verticales de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 entre inserciones posteriores de uno o más filamentos de trama 222. El número de posibles patrones de ligamento se puede expandir aún más mediante la adición de más filamentos de urdimbre 212, cabezales de urdimbre 212 y/o dispositivos de inserción de trama 702, 704 a la máquina 100.

[0062] Para facilitar la explicación de los conceptos descritos en esta invención, las FIG. 7A-8B ilustran realizaciones ilustrativas de una máquina tejedora de material compuesto continuo 100 que tiene cuatro cabezales de urdimbre 402, sin embargo, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 no está limitada y puede incluir cualquier número de cabezales de urdimbre 402. Por ejemplo, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede tener diez o más cabezales de urdimbre 402.

[0063] La FIG. 9A es una vista lateral representativa de una máquina de ligamento de material compuesto continuo 900 que tiene un bastidor de urdimbre alternativo que comprende una pluralidad de conjuntos de lizos 902, según una realización ilustrativa. A diferencia del cabezal de urdimbre 402, que puede ajustar verticalmente las posiciones colectivas de una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 asociados con el cabezal de urdimbre 402, el conjunto de lizos 902 incluye una pluralidad de lizos 904 que permiten que cada filamento de urdimbre 212 individual asociado con el conjunto de lizos 902 sea ajustado verticalmente de manera individual por uno de los lizos 904 del conjunto de lizos 902. Cada conjunto de lizos 902 incluye una pluralidad de lizos 904a, 904b, 904c, 904d. Cada uno de la pluralidad de lizos 904 tiene un ojal 910 para acoplar un filamento de urdimbre 212 que puede ajustarse verticalmente mediante el lizo 904 y una ranura 912 destinada a permitir que otros filamentos de urdimbre 212 que pueden no ajustarse verticalmente mediante el lizo 904 pasen a través. El filamento de urdimbre 212 cuyo lizo 904 dado está configurado para controlarse individualmente puede pasar a través del ojal 910 del lizo 904, mientras que cada filamento de urdimbre 212 que va a ser controlado por un lizo 904 diferente del conjunto de lizos 902 puede pasar a través de una ranura 912 del lizo 904 o puede pasar por debajo de la parte inferior del lizo 904 como se muestra en las FIG. 9A y 9B. Cada lizo 904 es capaz de un movimiento vertical independiente, similar al movimiento descrito anteriormente con respecto a los cabezales de urdimbre 402 de las FIG. 4A y 4B. Cuando un lizo 904 particular se mueve, la altura de la parte del filamento de urdimbre 212 sostenido por el ojal 910 se ajustará para seguir el movimiento del lizo 904.

[0064] Similar a los cabezales de urdimbre 402 mostrados en las FIG. 4A y 4B, la pluralidad de conjuntos de lizos 902 están alineados adyacentes entre sí en un primer plano vertical. Como se muestra en la FIG. 9A, los lizos 904 individuales de un conjunto de lizos 902 pueden alinearse adyacentes entre sí en un segundo plano vertical que es aproximadamente perpendicular al primer plano vertical. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 9A, un primer lizo 904a es adyacente a un segundo lizo 904b, que es adicionalmente adyacente a un tercer lizo 904c, que es adicionalmente adyacente a un cuarto lizo 904d. Por consiguiente, la pluralidad de lizos 904 de un conjunto de lizos 902 puede colocarse uno tras otro como se muestra en la FIG. 9A. Cada uno de la pluralidad de conjuntos de lizos 902 puede accionarse de una manera similar a los cabezales de urdimbre 402, tal como, por ejemplo, accionar un tornillo de avance con un motor, un solenoide, un accionador neumático o hidráulico, o cualquier otro procedimiento de este tipo para proporcionar un movimiento vertical. También similar a los cabezales de urdimbre 402, el movimiento vertical de cada lizo puede estar limitado por la placa de base 121 y la placa superior 122, interruptores limitadores, sensores basados en haces o codificadores en los motores que impulsan el movimiento de los conjuntos de lizos.

[0065] La FIG. 9B muestra una vista en despiece de un conjunto de lizos 902'. Como se muestra en el conjunto de lizos 902' en despiece, un primer lizo 910a tiene un ojal 910 para recibir un primer filamento de urdimbre 212a que puede ser controlado verticalmente de manera individual por el primer lizo 910a. El conjunto de lizos 902' en despiece muestra además que un segundo lizo 910b tiene un ojal 910 para recibir un segundo filamento de urdimbre 212b que puede ser controlado verticalmente de manera individual por el segundo lizo 910b y una ranura 912 destinada a recibir el primer filamento de urdimbre 212a. Un tercer lizo 910c del conjunto de lizos 902 tiene un ojal 910 para recibir un tercer filamento de urdimbre 212c que puede controlarse verticalmente de forma individual por el tercer lizo 910c, y una ranura 912 destinada a recibir el primer filamento de urdimbre 212a y el segundo filamento de urdimbre 212b. Un cuarto lizo 904d del conjunto de lizos 902 tiene un ojal 910 para recibir un cuarto filamento de urdimbre 212d que puede controlarse verticalmente de forma individual por el cuarto lizo 910d, y una ranura 912 destinada a recibir el primer filamento de urdimbre 212a, el segundo filamento de urdimbre 212b y el tercer filamento de urdimbre 212c. La FIG. 9C muestra una vista frontal del conjunto de lizos 902" en el que cada lizo 904a, 904b, 904c, 904d está colocado en una configuración uno tras otro como se muestra en la FIG. 9A. Cuando está alineado en una configuración uno tras otro, el primer filamento de urdimbre 212a puede pasar a través de las ranuras 912 del cuarto, tercer y segundo lizos 904d, 904c, 904b antes de pasar a través del ojal 910 del primer lizo 904a y luego extenderse hacia el conjunto de rodillos 116. De manera similar, el segundo filamento de urdimbre 212a puede pasar a través de las ranuras 912 del cuarto y tercer lizos 904d, 904c antes de pasar a través del ojal 910 del segundo lizo 904d y luego extenderse hacia el conjunto de rodillos 116 debajo del primer lizo 904a. El tercer filamento de urdimbre 212c puede pasar a través de la ranura 912 del cuarto lizo 904d antes de pasar a través del ojal 910 del tercer lizo 904c y luego extenderse hacia el conjunto de rodillos 116 debajo del primer y segundo lizos 904a, 904b. Además, el cuarto filamento de urdimbre 212d solo puede pasar a través del ojal 910 del cuarto lizo 904d y luego extenderse hacia el conjunto de rodillos 116 debajo del primer, segundo y tercer lizos 904a, 904b, 904c. Por consiguiente, el primer filamento de urdimbre 212a es controlable verticalmente de forma individual por el primer lizo 904a, el segundo filamento de controlable verticalmente

forma individual

por el segundo lizo 904b, el tercer filamento de controlable verticalmente de forma individual por el tercer lizo 904c, y el cuarto filamento de controlable verticalmente de forma individual por el cuarto lizo 904d. Como se puede observar en la FIG. 9A, debido a que algunos filamentos de urdimbre 212b, 212c, 212d se pueden colocar debajo de algunos lizos 904a, 904b, 904c

(por ejemplo, el filamento de urdimbre 212d se extiende debajo de los lizos 904a, 904b, 904c antes de entrar en el conjunto de rodillos 116), la medida en que un lizo 904 dado se puede mover verticalmente hacia abajo se puede limitar en función de las posiciones de los lizos 904 adyacentes al mismo para evitar que la parte inferior de un lizo

904 entre en contacto con un filamento de urdimbre 212 debajo del mismo, a menos que los lizos adyacentes también se muevan. Por ejemplo, para que el segundo lizo 904b mostrado en la FIG. 9A se mueva hacia abajo dos escalones, el tercer y cuarto lizos 904c, 904d también tendrían que moverse hacia abajo al menos dos escalones para adaptar el movimiento del segundo lizo 904b. En algunas realizaciones, los lizos 904 pueden estar configurados para moverse solo en una dirección hacia abajo desde la posición neutra, pero pueden estar configurados para moverse en una dirección hacia arriba con el fin de regresar a una posición neutra o a una posición que está uno o más escalones por debajo de la posición neutra. Una posición neutra puede considerarse como una posición en la que la pluralidad de lizos 904 se colocan de manera que cada ojal 910 de un lizo se coloca un escalón por debajo del ojal 910 del lizo en frente del mismo, como se muestra en las FIG. 9A y 9C. Según algunas realizaciones, los elementos calentadores pueden incluirse en el conjunto de lizos 902, pero otros elementos calentadores (por ejemplo, elementos de calentamiento por infrarrojos o microondas) pueden colocarse en el área entre la pluralidad de conjuntos de lizos 902 y el primer par de rodillos 120 destinados a calentar los filamentos por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero de matriz.

[0066] Las FIG. 10-12B muestran una vista en corte representativa de una máquina tejedora de material compuesto continuo 900, vista desde la perspectiva del conjunto de rodillos 116 mirando hacia el bastidor de urdimbre 110, según las realizaciones ilustrativas. Como se muestra en la FIG. 10, la máquina tejedora de material compuesto continuo 900 puede incluir una pila de dispositivos de inserción de trama 220 similar a la descrita anteriormente con respecto a la FIG. 6 y una pluralidad de conjuntos de lizos 902a, 902b, 902c, 902d, como se describe anteriormente con respecto a las FIG. 9A-9C. La FIG. 10 muestra una configuración en la que cada conjunto de lizos 902a, 902b, 902c, 902d está en una posición neutra de manera que los filamentos de urdimbre que se extienden fuera de cada ojal 910 de la pluralidad de conjuntos de lizos 902a, 902b, 902c, 902d forman una urdimbre colocada para recibir los filamentos de trama 222 sin entrelazamiento, de manera similar a la realización que se muestra en la FIG. 6.

[0067] Las FIG. 11A-11B ilustran el proceso de formación de un patrón de ligamento entrelazado mediante una máquina tejedora de material compuesto continuo 900. Como se muestra en la FIG. 11A, tres de los conjuntos de lizos 902a, 902c, 902d de una máquina tejedora de material compuesto continuo 900 están en una posición neutra, pero un conjunto de lizos 902b está en una posición que está un "escalón" hacia abajo. Cuando se hace referencia a los conjuntos de lizos 902, un "escalón" puede referirse al movimiento hacia abajo del conjunto de lizos 902 de manera que el ojal 910 del lizo 904 fuerza el filamento de urdimbre 212 contenido dentro del ojal 910 por debajo del siguiente dispositivo de inserción de trama 702, 704 de la pila de dispositivos de inserción de trama 220 adyacente. Por ejemplo, un escalón hacia abajo puede indicar que el ojal 910 de un lizo 904 se ha movido verticalmente más allá del plano en el que el siguiente dispositivo de inserción de trama 704 está configurado para insertar un filamento de trama 222.

Como se muestra en la FIG. 11A, el cuarto lizo 902b del segundo conjunto de lizos 904d se ha movido hacia abajo un escalón antes de la inserción de una pluralidad de filamentos de trama 222a, 222b, 222c, 222d por la pila de dispositivos de inserción de trama 220. Obsérvese que debido a que los tres filamentos de urdimbre superiores 212a, 212b, 212c pasan a través de la ranura 912 del cuarto lizo 904d, sus posiciones verticales permanecen inalteradas por el movimiento del cuarto lizo 904d, que solo afecta a la posición vertical del filamento de urdimbre 212d acoplado por el ojal 910 del cuarto lizo 904d. Después de que los filamentos de trama 222 se hayan insertado en la urdimbre, el cuarto lizo 904d del segundo conjunto de lizos se mueve hacia arriba un escalón, regresando a la posición neutra, formando un tejido entrelazado como se muestra en la FIG. 11B. Las FIG. 12A-12B muestran otra realización de un patrón de ligamento entrelazado formado por una máquina tejedora de material compuesto continuo 900. Como se muestra en la FIG. 12A, un primer conjunto de lizos 902a está en una posición neutra, el cuarto lizo 904d del segundo conjunto de lizos 902b está hacia abajo un escalón, el cuarto lizo 904d del tercer conjunto de lizos 902c está hacia abajo dos escalones, y el cuarto lizo 904d del cuarto conjunto de lizos 902d está hacia abajo tres escalones en el momento de la inserción de la pluralidad de filamentos de trama 222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f por la pila de dispositivos de inserción de trama 220. Después de la retracción, los cuartos lizos 904d de los conjuntos de lizos segundo, tercero y cuarto 902b, 902c, 902d regresan a la posición neutra, se forma un patrón de entrelazamiento como se muestra en la FIG. 12b. Aunque las figuras solo muestran ejemplos en los que el cuarto lizo 904d de los conjuntos de lizos 902 se mueve hacia abajo uno o más escalones, debe entenderse que el primer, segundo y tercer lizos 904a, 904b, 904c de un conjunto de lizos 902 pueden moverse verticalmente hacia abajo de forma independiente para crear dinámicamente una variedad de patrones de ligamento entrelazados intrincados a medida que la urdimbre es empujada hacia adelante y comprimida de manera continua por el conjunto de rodillos 116. Por ejemplo, si el cuarto lizo 904d de un conjunto de lizos 902 baja tres escalones, entonces el tercer lizo 904c puede moverse hacia abajo uno, dos o tres escalones. Dicho de otro modo, si un lizo 904 particular de un conjunto de lizos 902 se mueve hacia abajo una serie de escalones, entonces se puede permitir que el lizo 904 adyacente colocado delante del lizo 904 particular se mueva hacia abajo el mismo número de escalones o menos.

[0068] La FIG. 13 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento 1300 para la formación continua de un material compuesto tejido utilizando una máquina tejedora de material compuesto continuo 100. La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 tiene una pluralidad de filamentos de urdimbre suspendidos entre un conjunto de rodillos 116 y un bastidor de urdimbre 110 que comprende una pluralidad de cabezales de urdimbre 402. Cada cabezal de urdimbre 402 comprende una pluralidad de canales para filamento 502 colocados en diferentes ubicaciones verticales a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre 402 (como se muestra en la FIG. 5A). Cada canal para filamento 502 está configurado para acoplarse a un filamento de urdimbre 212, y cada cabezal de urdimbre 402 es capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre 212 asociados con el cabezal de urdimbre 402 respectivo con respecto al conjunto de rodillos 116.

[0069] En el bloque 1310, el procedimiento incluye colocar verticalmente un primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 en una primera posición vertical y un segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 en una segunda posición vertical de modo que la altura vertical de cada filamento de urdimbre 212 en un canal para filamento 502 de un cabezal de urdimbre 402 del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 es superior a un filamento de urdimbre 212 en un canal para filamento 502 correspondiente de un cabezal de urdimbre 402 del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402.

[0070] En el bloque 1320, el procedimiento incluye insertar (por ejemplo, mediante la pila de dispositivos de inserción de trama 220) uno o más filamentos de trama 222 en una urdimbre 300 que se coloca entre el conjunto de rodillos 116 y el bastidor de urdimbre 110, de tal manera que cada filamento de trama 222 se inserta entre un filamento de urdimbre 212 asociado con el primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 y un filamento de urdimbre 212 asociado con el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402. Un filamento de trama 222 puede insertarse en la urdimbre 300 de manera que una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 asociados con el primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 se coloquen por encima del filamento de trama 222 y una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 asociados con el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 se coloquen por debajo del filamento de trama 222. La pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede insertar simultáneamente múltiples filamentos de trama 222 a diferentes alturas de la urdimbre 300. Cada filamento de trama 222 que se inserta simultáneamente en la urdimbre 300 puede tener un subgrupo diferente de filamentos de urdimbre 212 colocados por encima del filamento de trama 222 y un subgrupo diferente colocado por debajo del filamento de trama 222. De esta manera, basándose en las posiciones verticales de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 y el número y las posiciones verticales de los filamentos de trama insertados 222, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede colocar filamentos de trama 222 en la urdimbre 300 de modo que se pueda lograr una geometría interna predeterminada personalizada del ligamento.

[0071] En el bloque 1330, el procedimiento incluye fijar los uno o más filamentos de trama 222 entre dos o más filamentos de urdimbre 212 para formar un tejido compuesto recolocando verticalmente el primer subgrupo de la pluralidad de los cabezales de urdimbre 402 en una tercera posición vertical y el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 en una cuarta posición vertical de modo que la altura vertical de cada filamento de urdimbre 212 en un canal para filamento 502 de un cabezal de urdimbre 402 del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402 es inferior a un filamento de urdimbre 212 en el canal para filamento 502 correspondiente de un cabezal de urdimbre 402 del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre 402. Como alternativa, en algunas realizaciones, la tercera y la cuarta posiciones verticales pueden tener la misma altura vertical, de tal manera que los cabezales de urdimbre 402 asociados con el primer y el segundo subgrupos de filamentos de urdimbre 212 regresan, por ejemplo, a una posición neutra. En una posición neutra, los canales para filamento 502 de cada uno de los cabezales de urdimbre 402 pueden estar alineados verticalmente de manera que formen filas.

[0072] En el bloque 1340, el procedimiento puede incluir consolidar el ligamento compuesto activando el conjunto de rodillos 116 para empujar el ligamento compuesto a través de un par de rodillos opuestos (por ejemplo, el primer par de rodillos 120) que están configurados para calentar y comprimir el ligamento compuesto. La máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede formar de manera continua un ligamento compuesto repitiendo los bloques 1310, 1320, 1330 y 1340 en secuencia. Las posiciones verticales de los subgrupos de cabezales de urdimbre 402 pueden cambiar durante cada iteración de este proceso en curso con el fin de crear un ligamento compuesto de una geometría interna especificada. Por ejemplo, el controlador 260 puede contener instrucciones que especifican una secuencia particular de movimientos de los cabezales de urdimbre 402 junto con una secuencia particular de inserciones de filamentos de trama 222 para crear un material compuesto tejido 230 que tiene una geometría interna especificada que puede utilizar entrelazamiento. En algunas realizaciones, el conjunto de rodillos 116 puede activarse para ráfagas cortas después de cada inserción posterior de uno o más filamentos de trama 222 en la urdimbre 300 para consolidar la parte del ligamento compuesto que incluye los filamentos de trama 222 recién insertados. En algunas realizaciones, los cabezales de urdimbre 402 pueden regresar a una posición neutra después de que se realice una inserción de uno o más filamentos de trama 222 y antes de la activación del conjunto de rodillos 116.

[0073] En algunas realizaciones, el procedimiento 1300 puede incluir opcionalmente una etapa de crear la urdimbre 300 entre el conjunto de rodillos 116 y el bastidor de urdimbre 110 introduciendo un extremo libre de cada uno de una pluralidad de filamentos de urdimbre 212 procedentes de una pluralidad de carretes de filamentos 210 a través de un canal de filamentos único 502 de una de una pluralidad de cabezales de urdimbre 402 del bastidor de urdimbre 110 y luego introduciendo adicionalmente el extremo libre de cada uno de la pluralidad de filamentos de urdimbre 212 a través de un par de rodillos opuestos del conjunto de rodillos 116 (por ejemplo, primer par de rodillos 120).

[0074] Aunque el procedimiento 1300 se describe con respecto a una máquina tejedora de material compuesto continuo 100 que utiliza un bastidor de urdimbre 110 que tiene una pluralidad de cabezales de urdimbre 402, también se puede llevar a cabo un procedimiento similar para una máquina tejedora de material compuesto continuo 900 que utiliza una pluralidad de conjuntos de lizos 902 y que tiene una configuración como se describió anteriormente con respecto a las FIG. 9A-9C. Por ejemplo, los lizos 904 de un primer subgrupo de la pluralidad de conjuntos de lizos 902 pueden colocarse verticalmente en una primera configuración vertical y un segundo subgrupo de los lizos 904 de un segundo subgrupo de la pluralidad de conjuntos de lizos 902 puede colocarse en una segunda configuración vertical para formar una urdimbre 300. La pila de dispositivos de inserción de trama 220 puede insertar uno o más filamentos de trama 222 en la urdimbre 300 a diferentes alturas verticales de manera que cada filamento de trama insertado 222 tiene un subconjunto diferente de filamentos de urdimbre 212 colocados por encima y por debajo del mismo. Algunos o todos los lizos 904 del primer y del segundo subgrupos de la pluralidad de conjuntos de lizos 902 pueden cambiar a una configuración vertical diferente para fijar los uno o más filamentos de trama 222 dentro del ligamento. Por ejemplo, la totalidad de los lizos 904 puede regresar a una posición neutra. Después de que los uno o más filamentos de trama 222 se fijen dentro del ligamento, se puede activar un par o rodillos (por ejemplo, el primer par o rodillos 120) para arrastrar la parte del ligamento que contiene los uno o más filamentos de trama 222 y el conjunto de rodillos 116 puede consolidar el ligamento compuesto 230 como se describió anteriormente. Este proceso puede repetirse mediante la máquina tejedora de material compuesto continuo 900 para formar de manera continua un ligamento compuesto que tiene una geometría interna controlable.

[0075] Según algunas realizaciones, después de que se haya formado un material compuesto tejido 230 mediante la máquina tejedora de material compuesto continuo 100, el material compuesto tejido 230 puede preformarse, recortarse y/o conformarse en estructuras tridimensionales utilizando moldeo por inyección tradicional o moldeo termoplástico de fibra larga. Por ejemplo, después de salir del conjunto de rodillos 116, el material compuesto tejido 230 puede recortarse utilizando, por ejemplo, un chorro de agua, un láser, una prensa de cizallamiento o cualquier otro dispositivo adecuado del procedimiento de recorte. Por consiguiente, en algunas realizaciones, una máquina de ligamento compuesto 100 puede incluir un dispositivo de recorte configurado para recortar el material compuesto tejido 230 después de que salga del conjunto de rodillos 116. Un dispositivo de recorte puede ser, por ejemplo, un chorro de agua de control numérico informático (CNC, por sus siglas en inglés).

[0076] El material compuesto recortado puede entonces calentarse y estamparse/prensarse en una conformación de preforma. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una máquina tejedora de material compuesto 100 puede incluir una prensa estampadora que puede prensar el material compuesto recortado en una forma preformada. En algunas realizaciones, la máquina tejedora de material compuesto 100 puede incluir un brazo robótico para recoger el material compuesto recortado y colocarlo en la prensa estampadora. El calentamiento se puede realizar utilizando, por ejemplo, un horno, calentamiento por inducción o cualquier otro procedimiento de calentamiento adecuado. La preforma puede entonces colocarse en un molde de compresión o molde de inyección y sobremoldearse (por ejemplo, inyección, DLFT, LFT, etc.). En algunas realizaciones, la máquina tejedora de material compuesto 100 puede incluir una máquina de moldeo por inyección para moldear por inyección o sobremoldear la preforma. En algunas realizaciones, la máquina tejedora de material compuesto 100 puede incluir un brazo robótico que está configurado para recoger la forma preformada de la prensa estampadora y colocarla en la máquina de moldeo por inyección. El proceso de sobremoldeo puede permitir la texturización de la preforma y la creación de características sobresalientes no estructurales. La preforma puede sobremoldearse múltiples veces para añadir diferentes materiales a la preforma o añadir materiales a diferentes lados o partes de la preforma. Después del proceso de sobremoldeo, la parte puede retirarse del molde y recortarse y acabarse. Por ejemplo, la parte puede tener bordes recortados, orificios perforados en la misma, puede ser lijada o cualquier otro proceso de acabado típico puede aplicarse a la parte. En algunas realizaciones, la máquina tejedora de material compuesto 100 puede incluir un brazo robótico configurado para recoger la preforma sobremoldeada y colocarla en un dispositivo que está configurado para recortar y terminar la parte. Se puede formar una variedad de formas utilizando este proceso, incluyendo, por ejemplo, aunque sin limitación, soportes y paneles (tales como paneles de carrocería de vehículo) con contorno plano o curvilíneo.

[0077] Por ejemplo, se podría formar una puerta de coche de dos piezas preformando el material compuesto tejido en la forma de la superficie externa del panel de puerta. En este ejemplo, una primera pieza puede crearse mediante una primera inyección de sobremoldeo que puede permitir la formación de una superficie de flujo de aire liso y una segunda inyección de sobremoldeo que forma la superficie interna de la puerta (por ejemplo, formando canales para cableado, ventana, manija, etc.). Una vez que los componentes internos de la puerta (por ejemplo, cableado, ventana, manija, etc.) se instalan en los canales de la primera pieza, se puede unir una segunda pieza a la primera pieza para contener los componentes internos. La segunda pieza también puede contener una preforma tejida, si es necesario para la rigidez estructural. Aunque el ejemplo anterior ilustra una aplicación industrial particular de una preforma creada a partir de un material compuesto tejido 230 fabricado por una máquina tejedora de material compuesto continuo 100, los expertos en la materia apreciarán que tales preformas pueden tener una variedad de diferentes aplicaciones industriales.

[0078] En algunas realizaciones, el proceso de recorte, estampado, moldeo por inyección/sobremoldeo, y recorte y acabado de un material compuesto tejido 230 descrito anteriormente podría realizarse de manera continua utilizando troquelado para el recorte preliminar, elaboración y sobremoldeo. El troquelado puede realizarse a partir de un material continuo durante la operación de prensado. Después de este proceso, el recorte final se puede realizar como se describió anteriormente. En algunas realizaciones, la máquina tejedora de material compuesto continuo 100 puede no tener rodillos enfriados (por ejemplo, el segundo par de rodillos 130 puede omitirse) puesto que el material compuesto puede necesitar permanecer por encima de Tm antes de la etapa de preformación.

[0079] La FIG. 14 muestra una vista lateral representativa de una realización de una máquina tejedora de material compuesto continuo 100 que está configurada para aplicar una película de polímero 1402 a la superficie superior y/o inferior del tejido compuesto antes de que entre en el conjunto de rodillos 116. La película de polímero 1402 puede ser una película de polímero puro, una estera de fibra infundida con polímero o una combinación de las dos. Los rollos de película de polímero 1402 en los rodillos de película de polímero 1404 pueden colocarse por encima y/o por debajo del primer par de rodillos 120. El conjunto de rodillos 116 (por ejemplo, a través del primer par de rodillos 120) puede extraer la película de polímero 1402 de los rodillos de película de polímero 1404 de una manera similar a cómo el conjunto de rodillos extrae los filamentos de urdimbre 212 de los carretes de filamento 210, como se describió anteriormente. La película de polímero 1402 puede laminar la superficie superior y/o inferior del tejido compuesto a medida que se consolida mediante el conjunto de rodillos 116. Después de ser consolidado por el conjunto de rodillos 116, el proceso de consolidación puede dar como resultado un material compuesto tejido 230 consolidado que es un panel plano acabado que se puede utilizar tal cual o se puede utilizar en el proceso de sobremoldeo descrito anteriormente.

[0080] El diseño y la funcionalidad descritos en esta solicitud pretenden ser de naturaleza ilustrativa y no pretenden limitar la presente descripción de ninguna manera. Los expertos en la materia apreciarán que las enseñanzas de la descripción pueden implementarse en una variedad de formas adecuadas, incluidas las formas descritas en esta invención y formas adicionales conocidas por los expertos en la materia. Por ejemplo, un experto en la materia reconocerá que las instrucciones ejecutables se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio, de tal manera que cuando se ejecutan por uno o más procesadores, hacen que los uno o más procesadores implementen el procedimiento descrito anteriormente.

[0081] Aunque ciertas realizaciones de esta descripción se han descrito en relación con lo que actualmente se considera que son las realizaciones más prácticas y diversas, debe entenderse que esta descripción no debe limitarse a las realizaciones descritas, sino que, por el contrario, pretende cubrir diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque en esta invención se emplean términos específicos, se utilizan solo en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

[0082] Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir ciertas realizaciones de la tecnología y también para permitir que cualquier experto en la materia ponga en práctica ciertas realizaciones de esta tecnología, incluyendo fabricar y utilizar cualquier aparato o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de ciertas realizaciones de la tecnología se define en las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la materia. Otros ejemplos de este tipo pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una máquina (100) para formar de manera continua un material compuesto tejido (230) que comprende: uno o más carretes (210) destinados a distribuir uno o más filamentos de urdimbre (212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g, 212h);

un conjunto de rodillos (116) configurado para recibir un ligamento compuesto que comprende uno o más filamentos de urdimbre (212) y uno o más filamentos de trama (222);

un bastidor de urdimbre (110) que comprende una pluralidad de cabezales de urdimbre (111, 112, 402, 402a, 402b, 402c, 402d) destinados a recibir uno o más filamentos de urdimbre (212) de uno o más carretes (210), donde, vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre (110), la pluralidad de cabezales de urdimbre (111, 112, 402, 402a, 402b, 402c, 402d) están alineados adyacentes entre sí en un plano vertical, comprendiendo cada cabezal de urdimbre (112):

una pluralidad de canales para filamento (502) colocados en diferentes ubicaciones verticales a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre (112), cada canal para filamento (502) configurado para acoplarse a un filamento de urdimbre (212) suspendido entre un carrete (210) de los uno o más carretes y el conjunto de rodillos (116); y

capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre (212) que se extienden desde el cabezal de urdimbre (112) hacia el conjunto de rodillos (116); y

una pila de dispositivos de inserción de trama (220) que comprende una pluralidad de dispositivos de inserción de trama (702, 702a, 702b, 702c, 704, 704a) destinados a insertar uno o más filamentos de trama (222) entre uno o más filamentos de urdimbre (212) para formar el ligamento compuesto.

2. La máquina (100) de la reivindicación 1, que comprende además una zona calentada (240) destinada a calentar uno o más filamentos de urdimbre (212) y uno o más filamentos de trama (222) para fusionarlos y/o un sensor de temperatura (506) dentro de la zona calentada (240) para supervisar la temperatura de los filamentos (212, 222).

3. La máquina (100) de la reivindicación 1 o 2, donde el conjunto de rodillos (116) está configurado para consolidar el ligamento compuesto.

4. La máquina (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el conjunto de rodillos (116) comprende un primer par de rodillos (120) destinado a proporcionar una compresión del ligamento compuesto y un segundo par de rodillos (130) destinado a proporcionar una compresión adicional del ligamento compuesto, y donde la zona calentada (240) es creada mediante una barra de soldadura por ultrasonidos.

5. La máquina (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde uno o más de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) están configurados para moverse verticalmente a fin de ajustar la altura de los filamentos de urdimbre (212) asociados con los uno o más cabezales de urdimbre (402) respectivos después de que uno o más filamentos de trama (222) se hayan insertado entre uno o más filamentos de urdimbre (212), comprendiendo la máquina (100) opcionalmente además un controlador (260) que está configurado para controlar una secuencia de movimientos verticales de uno o más cabezales de urdimbre (402) y de inserciones de uno o más filamentos de trama (222) entre uno o más filamentos de urdimbre (212) a fin de crear un ligamento compuesto que tiene un patrón predeterminado.

6. La máquina (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde uno o más de la pluralidad de dispositivos de inserción de trama (702, 704) de la pila de dispositivos de inserción de trama (220) están configurados para insertar uno o más filamentos de trama (222) entre uno o más filamentos de urdimbre (212) de modo que cada filamento de trama (222) insertado está orientado aproximadamente de manera perpendicular a los uno o más filamentos de urdimbre (212).

7. La máquina (100) de la reivindicación 6, donde la pila de dispositivos de inserción de trama (220) está configurada para insertar simultáneamente un primer filamento de trama (222) entre un primer par de filamentos de urdimbre (212) y un segundo filamento de trama (222) entre un segundo par de filamentos de urdimbre (212), y donde opcionalmente uno o más dispositivos de inserción de trama (702, 704) comprenden un dispositivo de inserción de trama por espadín, un dispositivo de inserción de trama por chorro de aire y/o un dispositivo de inserción de trama inercial.

8. Una máquina (100) para formar de manera continua un material compuesto tejido (230) que comprende: uno o más carretes (210) destinados a distribuir uno o más filamentos de urdimbre (212);

un bastidor de urdimbre (110) que comprende una pluralidad de conjuntos de lizos (902a, 902b, 902c, 902d) accionables individualmente destinados a recibir uno o más filamentos de urdimbre (212) de uno o más carretes (210), donde, vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre (110), la pluralidad de conjuntos de lizos (902a, 902b, 902c, 902d) están alineados adyacentes entre sí en un primer plano vertical, comprendiendo cada conjunto de lizos (902):

un primer lizo (904a) que comprende un primer ojal (910) para acoplarse a un primer filamento de urdimbre (212a) suspendido entre un carrete (210) de los uno o más carretes (210) y el conjunto de rodillos (116), siendo el primer lizo (904a) capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura del primer ojal (910); y

un segundo lizo (904b) que tiene una ranura (912) para recibir el primer filamento de urdimbre (212a) y un segundo ojal (910) destinado a acoplarse a un segundo filamento de urdimbre (212b) suspendido entre un carrete (210) de los uno o más carretes (210) y el conjunto de rodillos (116), siendo el segundo lizo (904b) capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura del segundo ojal (910); y

una pila de dispositivos de inserción de trama (220) que comprende una pluralidad de dispositivos de inserción de trama (702, 704) destinados a insertar uno o más filamentos de trama (222) entre uno o más filamentos de urdimbre (212) para formar el ligamento compuesto.

9. La máquina (100) de la reivindicación 8, donde el primer lizo (904a) de cada conjunto de lizos (902) se coloca adyacente al segundo lizo (904b) del conjunto de lizos (902) respectivo en un segundo plano vertical que es aproximadamente perpendicular al primer plano vertical.

10. La máquina (100) de la reivindicación 9, donde el primer ojal (910) del primer lizo (904a) de un conjunto de lizos (902) de la pluralidad de conjuntos de lizos (902a, 902b, 902c, 902d) se alinea con la ranura (912) del segundo lizo (904b) del conjunto de lizos (902) cuando el conjunto de lizos (902) está en una posición neutra.

11. La máquina (100) de la reivindicación 10, donde cada conjunto de lizos (902) de la pluralidad de conjuntos de lizos (902a, 902b, 902c, 902d) comprende además un tercer lizo (904c) que tiene una ranura (912) para recibir el primer filamento de urdimbre (212a) y el segundo filamento de urdimbre (212b), y un tercer ojal (910) destinado a acoplarse a un tercer filamento de urdimbre (212c) suspendido entre un carrete (210) de los uno o más carretes (210) y el conjunto de rodillos (116), siendo el tercer lizo (904c) capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura del tercer ojal (910), y comprendiendo la máquina (100) opcionalmente además un controlador (260) que está configurado para controlar una secuencia de movimientos verticales de uno o más de los primer, segundo y/o tercer lizos (904a, 904b, 904c) de uno o más de la pluralidad de conjuntos de lizos (902, 902b, 902c, 902d) y de inserciones de uno o más filamentos de trama (222) entre uno o más filamentos de urdimbre (212) a fin de crear un ligamento compuesto que tiene un patrón predeterminado.

12. Un procedimiento para formar de manera continua un material compuesto tejido utilizando una máquina (100) según la reivindicación 1 que tiene una pluralidad de filamentos de urdimbre (212) suspendidos entre un conjunto de rodillos (116) y un bastidor de urdimbre (110) que comprende una pluralidad de cabezales de urdimbre (402) alineados adyacentes entre sí en un plano vertical vistos en vistas frontal y posterior del bastidor de urdimbre (110), donde cada cabezal de urdimbre (402) comprende una pluralidad de canales para filamento (502) colocados en diferentes ubicaciones verticales a lo largo de la altura del cabezal de urdimbre (402), cada canal de filamento (502) configurado para acoplarse a un filamento de urdimbre (212), y siendo cada cabezal de urdimbre (402) capaz de un movimiento vertical independiente para ajustar la altura de los filamentos de urdimbre (212) asociados con el cabezal de urdimbre (402) respectivo con respecto al conjunto de rodillos (116), comprendiendo el método:

colocar verticalmente un primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) en una primera posición vertical y un segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) en una segunda posición vertical de modo que la altura vertical de cada filamento de urdimbre (212) en un canal para filamento (502) de un cabezal de urdimbre (402) del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) es superior a un filamento de urdimbre (212) en un canal para filamento (502) correspondiente de un cabezal de urdimbre (402) del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402);

insertar filamentos de trama (222) en una urdimbre (300) entre el conjunto de rodillos (116) y el bastidor de urdimbre (110), de tal manera que cada filamento de trama (222) se inserta entre un filamento de urdimbre (212) asociado con el primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) y un filamento de urdimbre (212) asociado con el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402); y

fijar los filamentos de trama (222) entre dos o más filamentos de urdimbre (212) para formar un ligamento compuesto recolocando verticalmente el primer subgrupo de la pluralidad de los cabezales de urdimbre (402) en una tercera posición vertical y el segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) en una cuarta posición vertical de modo que la altura vertical de cada filamento de urdimbre (212) en un canal para filamento (502) de un cabezal de urdimbre (402) del primer subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402) es inferior a un filamento de urdimbre (212) en el canal para filamento (502) correspondiente de un cabezal de urdimbre (402) del segundo subgrupo de la pluralidad de cabezales de urdimbre (402).

13. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además crear la urdimbre (300) entre el conjunto de rodillos (116) y el bastidor de urdimbre (110) al:

introducir un extremo libre de cada uno de una pluralidad de filamentos de urdimbre (212) que proceden de una pluralidad de carretes de filamento (210) a través de un canal para filamento (502) único de uno de una pluralidad de cabezales de urdimbre (402) del bastidor de urdimbre (110); e

introducir el extremo libre de cada uno de la pluralidad de filamentos de urdimbre (212) a través de un par de rodillos opuestos (120).

14. El procedimiento de la reivindicación 12 o 13, que comprende además consolidar el ligamento compuesto activando el conjunto de rodillos (116) para tirar del ligamento compuesto a través de un par de rodillos opuestos (120) que están configurados para calentar y comprimir el ligamento compuesto.

15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 12-14, que comprende además calentar uno o más filamentos de urdimbre (212) y uno o más filamentos de trama (222) en una zona calentada (240) de la máquina (100) para fusionarlos y/o supervisar la temperatura de los filamentos (212, 222) por medio de un sensor de temperatura (506) de la máquina (100).