JP2018519197A - 複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

レイアップ工程において、複合材料の複数の連続するプライを工具上にレイアップして、部品のプリフォームを製造することを含む複合材料の製造方法であって、レイアップ工程の期間中、複合材料のそれぞれの前記プライは、少なくとも４５℃の閾値温度で加熱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レイアップ工程において、複合材料の各プライの一部が少なくとも４５℃の閾値温度に加熱される、複合材料の製造方法に関する。

複合材料は、特定の材料特性の組み合わせを必要とする部品にますます使用されている。特に、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）のような複合材料は、高い剛性と軽量性のために、航空宇宙産業および他の産業の部品に一般的に使用されている。複合材は、典型的には補強材料（例えば炭素繊維）およびマトリックス材料（例えばエポキシ樹脂）を含む。

自動繊維配置（ＡＦＰ）および自動テープ配置（ＡＴＬ）を含む、複合材を自動的にレイアップする方法はいくつか知られている。ＡＦＰにおいて、複合材料のいくつかの個々の繊維を集めてトウを形成し、トウを工具の上に置き、定期的に切断して複合材料のコースを形成する。個々の繊維またはトウの代わりに狭い幅のテープを使用することができる。ＡＴＬにおいて、幅の広いテープがコース（層）上の工具に直接適用される。

典型的には、一旦複合材料がレイアップされてプリフォームを生成すると、プリフォームは典型的には（必要に応じて）所望の形状に形成され、複合材料が硬化して部品を形成する。

複合材料の個々の部分の間のスペースは、製造プロセス中のプリフォームの形状およびサイズに影響を及ぼすことが知られている。例えば、（ＡＦＰにおいて）個々のトウとトウのコースの間に隙間や重なりがある場合、空間が形成される。さらに、堆積した複合材料の粗さおよび輪郭に起因する空間が存在する。

複合材料のプリフォームが温度および圧力下で硬化すると、複合材料中の樹脂（またはマトリックス材料）は粘性が低くなり、プリフォームが固化するにつれて、上述の空間はなくなる。このような空間内の空気（または他の気体）は、硬化中にプリフォームから移動する。

したがって、硬化前に、プリフォームは、典型的には、硬化した部品の体積と比較して余分な体積を有する。余分な体積は、プリフォームバルク、または単に「バルク」と呼ばれる。このバルクは、典型的には硬化の間に除去されるが、バルクをプリフォームで最小化することが望ましい。例えば、バルクのための硬化において、プリフォームを型に挿入することは不可能であろう。この問題は、航空宇宙産業のコンポーネントの一例である高付加価値の高度製造など、許容範囲の低いアプリケーションに特に関係する。

現行の製造プロセスは、典型的には過剰バルクをもたらし、これは矯正デバルクプロセスが採用されることを必要とする。プリフォームを圧力負荷（すなわち、真空バッグおよび／または圧力容器を使用する）にさらし、プリフォームを加熱することに依存する多くのデバルクプロセスが知られている。しかし、そのようなプロセスは、典型的には時間がかかり、エラーを起こしやすく、手作業であり、それに対応して高価である。

したがって、複合材料のためのプリフォームを製造する改良された方法を提供することが望ましい。

本発明の第１の態様によれば、複合材料を製造する方法が提供され、この製造方法は、複合材料の複数の連続するプライを積層して、レイアップ工程において部品のプリフォームを製造するステップを含み、複合材料の各プライの一部は、レイアップ工程の期間中、少なくとも４５℃の閾値温度に加熱される。複合材の各プライの一部は、加熱装置を用いて加熱することができる。

閾値温度は、少なくとも５０℃、または少なくとも５５℃であってもよい。

少なくとも閾値温度に加熱された各プライの一部は、部品の平均厚さに対してより大きな厚さを有する部品の一部に対応しうる。例えば、その一部は、ファンブレードの根元部分に対応しうる。また、プリフォームの実質的に全部または全部の各プライの温度が少なくともレイアップ工程の期間、閾値温度以上であるように加熱装置を制御することができる（換言すれば、プリフォーム全体を構成してもよい）。

加熱装置は、少なくともレイアップ工程における所定のデバルク期間、それぞれのプライの温度が、少なくとも閾値温度になるように作動される。

デバルク期間は、少なくとも１０秒、少なくとも３０秒、少なくとも１分、少なくとも２分、少なくとも５分、少なくとも１０分またはそれ以上であり得る。この期間は、アプリケータローラの少なくとも１回、少なくとも２回、または少なくとも３回またはそれ以上の通過に必要な期間に相当する。この期間は、少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つまたはそれ以上の連続した材料のプライがそれぞれのプライの上にレイアップされるのに必要な期間に対応することができる。

複合材料の適用から、５分未満、２分未満、１分未満、３０秒未満、１０秒未満、５秒未満、または２秒未満の加熱期間内に、各プライのそれぞれの部分の温度が閾値温度に達するように加熱装置を作動させることができる。換言すれば、加熱装置は、各プライのデバルク期間が複合材の適用直後に起こるように操作されてもよい。従って、各プライのそれぞれの部分は、レイアップ工程が進行中の間、工具上の場で閾値温度に達し、レイアップ工程が進行中の間、デバルク期間が始まる。したがって、複合材料をデバルクするためにレイアップ工程が終了するのを待つ必要はない。

加熱装置は、レイアップ工程の間、それぞれのプライの温度が６０℃以下になるように操作することができる。

加熱装置は、工具からプリフォームへの熱伝達によって、レイアップ工程の間にプリフォームを加熱するように制御することができる。加熱装置は、工具の反対側のプリフォームの面からの熱伝達によって、レイアップ工程の間にプリフォームを加熱するように制御されてもよい。例えば、プリフォームが実質的に工具の頂上に（すなわち上に）レイアップされる場合、工具の上からの熱伝達によって、レイアップ工程の間にプリフォームを加熱するように加熱装置を制御することができる。

加熱装置は、工具からプリフォームへの熱伝達により、レイアップ工程中にプリフォームを加熱するように構成された第１ヒータと、プリフォームの工具の反対側の面からの熱伝達により、レイアップ工程中にプリフォームを加熱するように構成された第２ヒータと、を有する。加熱装置は、レイアップ工程中であって、プリフォームの厚さが閾値未満であるか、またはプライの数が閾値未満である第１加熱段階においてプリフォームを加熱するように作動されるとともに、第１加熱段階に続き、プリフォームの厚さが閾値以上であるか、またはプライの数が閾値以上である第２加熱段階において、プリフォームを加熱するように作動される。第１加熱段階では、第１ヒータおよび第２ヒータの一方のみが作動し、第２加熱段階では少なくとも第２ヒータが作動してもよい。

第２加熱段階では、第１ヒータは作動しなくてもよい。第１加熱段階では、第１ヒータのみが作動してもよい。第２加熱段階では、第１ヒータおよび第２ヒータの両方が作動してもよい。

さらなる実施形態では、プリフォームの温度をレイアップ工程の間に監視でき、レイアップ工程の間に加熱装置を動作させて、第１ヒータのみが動作する第１の加熱段階において、モニターされている温度が例えば４５℃の閾値（閾値温度と同じである）になるまでプリフォームを加熱する。そして、少なくとも第２ヒータが作動して、モニターされている温度が４５℃以上を維持するように第２ヒータが制御される第２加熱段階において、プリフォームを加熱するために、レイアップ工程において、加熱装置は作動される。

この方法は、レイアップ工程中にプリフォームの温度をモニターするステップをさらに含むことができる。プリフォームの温度は、パイロメータを用いてモニターすることができる。加熱装置は、レイアップ工程の間に、プリフォームの温度をモニターすることに基づいて、部分的に制御されてもよい。

加熱装置は、工具に結合され、工具を加熱するように構成されたヒータ要素を含むことができる。ヒータ要素は、第１ヒータの一部を形成することができる。

加熱装置は、非接触ヒータを含むことができる。非接触ヒータは、対流ヒータまたは赤外線（ＩＲ）ヒータなどの非接触ヒータであってもよい。

非接触ヒータは、第２ヒータの一部を形成することができる。非接触ヒータは、プリフォームの温度に基づいて選択的に作動および／または制御することができる。非接触ヒータは、プリフォームの表面温度のようなプリフォームの温度をモニターすることに基づいて、選択的に作動および／または制御することができる。

アプリケータヘッドを使用して複合材料のプライをレイアップすることができ、アプリケータヘッドは、レイアップ工程中に非接触ヒータに対して移動することができる。非接触ヒータは、レイアップ工程において、非接触ヒータに対するアプリケータヘッドの接近に基づいて、移動するように制御されてもよい。

非接触ヒータは、アプリケータヘッドが非接触ヒータの閾値近接内にあるときを判定するように構成された近接センサに結合されてもよく、非接触ヒータは、近接センサの出力に基づいて移動するように制御される。

この方法は、アプリケータヘッドの所定の経路に基づいて非接触ヒータの動きを制御するステップをさらに含むことができる。

この方法は、プリフォームの側面を加熱することを含むことができる。側面は、プライのエッジによって定義されてもよい。加熱装置は、工具の側面に結合することができるプリフォームの側面を加熱するためのヒータ要素を備えていてもよいし、プリフォームに隣接する位置に移動可能であってもよい。

本発明の第２の態様によれば、複合材料のプリフォームを製造する方法が提供され、この方法は、レイアップ工程において複合材料の複数の連続したプライを工具に積み重ねて、アプリケータヘッドが工具の上を移動して連続的にプリフォームを製造するステップと、非接触ヒータを備えた加熱装置を用いて前記プリフォームを加熱するステップと、アプリケータヘッドが非接触ヒータに対して動くことを特徴とする。

本発明の第３の態様によれば、複合材料をレイアップする装置が提供され、当該装置は、複合部品用のプリフォームを形成するためにレイアップ工程で複合材料の複数のプライを受け取る工具と、複合材料のプライをレイアップするためのアプリケータヘッドと、工具上のプリフォームを加熱するための加熱装置と、を備え、加熱装置は非接触ヒータを備え、アプリケータヘッドは、非接触ヒータに対して移動可能である。

本発明の第４の態様によれば、複合材料をレイアップする装置が提供され、当該装置は、複合材料用のプリフォームを形成するためにレイアップ工程で複合材料の複数の連続したプライを受け取る工具と、工具上のプリフォームを加熱するための加熱装置と、レイアップ工程の期間中に複合材料の各プライの一部が少なくとも４５℃の閾値温度に加熱されるように加熱装置を制御するように構成されたコントローラと、を含む。

当該装置は、レイアップ工程中にプリフォームの温度に関する信号を生成するように構成された温度センサをさらに備えてもよい。コントローラは、温度センサの出力に基づいて加熱装置を制御するように構成されてもよい。

コントローラは、プリフォームを形成する複合材料の各プライの一部の温度が、少なくともレイアップ工程の期間、閾値温度以上となるよう、加熱装置を制御するように構成されてもよい。温度センサはパイロメータであってもよい。

装置は、アプリケータヘッドが非接触ヒータの閾値近接内にあるときを決定するように構成された近接センサをさらに備え、装置は、近接センサの出力に基づいて非接触ヒータを移動させるように構成される。

非接触ヒータは、工具の上方および／またはその周囲に懸架されていてもよい。非接触ヒータは、工具およびプリフォームから離間されていてもよい。

加熱装置は、非接触ヒータを備えてもよく、アプリケータヘッドは、非接触ヒータに対して移動可能であってもよい。

非接触ヒータは、非接触ヒータへのアプリケータヘッドの近接に基づいてレイアップ工程中に移動するように構成することができる。

加熱装置は、使用時に工具からプリフォームに熱伝達されるように、工具を加熱するように構成されたヒータ要素を含むことができる。

コントローラは、アプリケータヘッドの所定の経路に基づいて、非接触ヒータの動きを制御するように構成することができる。非接触ヒータは、枢動可能な支持アームに取り付けられてもよい。

本発明を以下の図面を参照して説明する。
複合材料のレイアップ装置を示す図である。 本発明に係るレイアップ工程を示す図である。 粘着力および基板温度のプロットを示す図である。 バルクおよび工具温度のプロットを示す。

図１は、複合材料の複数のプライをレイアップして複合部品のプリフォーム１２を形成する、複合材料のレイアップ装置１０を示す。装置１０は、レイアップ面１６を有する工具１４と、工具１４上を横断して複合材料を工具上に適用するように構成されたアプリケータヘッド１８と、を有する。

アプリケータヘッド１８は、例えば、構台またはロボットアームのような他の支持構造によって、工具１４上に懸架される。アプリケータヘッド１８および工具１４は、複数の自由度を介して互いに相対移動するように構成されている。この実施形態では、工具１４は静止したままであり、アプリケータヘッド１８は３つの並進自由度で工具に対して移動するように構成され、また３つの軸を中心に旋回するように構成されている（したがって６自由度を有する）。他の実施形態では、工具１４およびアプリケータヘッド１８、または工具１４のみが移動するように構成されてもよい。

装置１０は、工具１４の表面（すなわち、レイアップ面１６に対向する工具１４の下面）に取り付けられた複数の加熱要素を有する第１ヒータ２２と、第２ヒータ２６と、を含む。

第１ヒータ２２は、レイアップ工程中の使用状態において、第１ヒータ２２から工具１４に、また工具１４からプリフォーム１２に熱が伝達されるように、工具１４を加熱するように構成される。第１ヒータ２２は、有線または無線リンクを介してコントローラ４０に結合されている。コントローラ４０は、以下で詳細に説明するように、加熱装置２０を制御するように構成されている。

第２ヒータ２６は、支持構造３０に結合されたヒータ支持アーム２８の近くの工具１４上に懸架されている。この実施形態では、支持構造３０は、支持アーム２８を支持するように構成された工具に隣接する自立支柱である。しかし、他の実施形態では、支持構造３０は、工具１４に直接結合されてもよく、または工具１４と一体化されてもよく、またはオーバーヘッド構台などから延在してもよい。第２ヒータ２６は、非接触ヒータであり、この実施形態では、放射ヒータ、特に赤外線を工具１４に向けるように構成された赤外線ヒータであり、プリフォーム１２はその下方に連続的に形成される。第２ヒータ２６は、アプリケータヘッド１８が第２ヒータ２６の閾値近傍にあるときを検出するように構成された近接センサ３２をさらに備える。この実施形態では、近接センサ３２は赤外線センサであるが、他の実施形態では、適切なタイプのセンサであってもよい。第２ヒータ２６は、有線または無線リンクを介してコントローラ４０に結合される。第２ヒータ２６は、工具１４に向かって放射エネルギーを反射するミラーをさらに備えてもよく、第２ヒータ２６のコントローラによって関節運動されて制御され、放射エネルギーを適切に方向付けることができる。

ヒータ支持アーム２８は、支持構造３０との接合部で関節接合されており、支持構造３０に対して垂直な軸周りで、支持アーム２８、ひいては第２ヒータ２６を回転させるアクチュエータ３４がある。アクチュエータ３４は、コントローラ４０にも結合されている。

装置１０は、工具および／またはプリフォームの温度をモニターするために工具１４に結合された第１温度セットセンサ３６（第１温度センサ）と、工具および／またはプリフォームの温度を遠隔でモニターするために工具１４の上に懸架された第２温度セットセンサ３８（第２温度センサ）と、を有する。この実施形態では、第１温度セットセンサ３６が第１ヒータ２２から離間するように、第１温度セットセンサ３６は、工具１４のレイアップ面１６内の凹部内に埋め込まれた２つの温度センサ３６を含む。温度センサ３６は、第１ヒータ２２によって加熱された工具１４の温度を直接モニターするように構成されている。

第２温度センサ３８は、支持構造３０上に取り付けられた検知アーム３９から吊り下げられている。第２温度センサ３８は、プリフォーム１２が工具１４上に配置されているときの（すなわちアプリケータヘッド１８によって次第に形成される）、工具１４またはプリフォーム１２の温度を遠隔でモニターするように構成されたパイロメータである。

第１センサ３６および第２センサ３８は、有線または無線リンクを介してコントローラ４０に結合される。他の実施形態では、少なくとも１つの温度センサをアプリケータヘッドに取り付けることができる。

次に、図２を参照して、装置１０を使用して、プリフォームをレイアップする方法の一例を説明する。

レイアップ工程が始まる前の準備段階において、コントローラ４０は、第１ヒータ２２を作動状態に設定し、第２ヒータ２６を停止状態に設定し、加熱装置を開始する（工程１０２）。コントローラ４０は、第１ヒータ２２のヒータマット２４を加熱して、第１温度センサ３６は、任意の適切な制御アルゴリズム（例えばＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御）を用いて、４５℃の工具温度に戻す。

レイアップ工程の第１段階（工程１０４）は、アプリケータヘッド１８に工具１４を横断させて複合材料の連続プライをレイアップさせることによって開始される。この実施形態では、アプリケータヘッド１８は、複合材料を適切に粘着性にするために、当該技術分野で知られているように、複合材料を工具１４に塗布する前に約３０℃の温度に加熱する。工具１４に適用すると、熱が工具から複合材料に伝達され、複合材料の温度が４５℃に上昇する。

コントローラ４０は、レイアップ工程の第１段階（工程１０４）中に、フィードバックおよびヒータ制御ループ（工程１０６）を連続的に実施する。フィードバックおよびヒータ制御ループ（工程１０６）では、レイアップ工程において工具１４に適用される複合材料の温度はパイロメータ３８（または第２の温度センサ）を用いてモニターされ、次のプライがレイアップされる前に複合材料の各プライが４５℃に達するように、適切な制御アルゴリズム（例えばＰＩＤ制御）によってヒータマット２４に供給される電力が調整される。この実施形態では、パイロメータ３８は、各プライの実質的に全範囲にわたって温度をモニターするように構成されているが、他の実施形態では、パイロメータは、ポイント読み取り値のみをとるように構成されてもよく、これは、プライに対する温度読み取り値の代表値と考えることもできる。代わりに、各パイロメータは、スキャン動作における各プライの指定された部分または実質的に全範囲にわたってポイント読み取り値を取るように制御可能に指示されてもよい。さらに、他の実施形態では、アプリケータヘッド１８に取り付けられたパイロメータがあり、ヘッドがプライを横切る周波数で各点の読み取りを行うことができる。

ある実施形態では、コントローラ４０は、パイロメータ３８によってモニターされるプライ上の温度勾配を補償するために、工具上に異なる加熱を提供するように構成されてもよい。

レイアップ工程の第１段階は、追加のプライを配置することによって継続される。コントローラは、レイアップ工程をモニターして、プリフォームが閾値厚さまたは閾値数のプライに到達したかを決定する（工程１０８）。この例示的な実施形態では、プリフォームは、厚い根元領域、およびより薄いブレード領域を有する複合ファンブレードに関するものである。レイアップ工程の間に、より厚い根元領域を構築するために、ブレード領域よりも根元領域に多くのプライが適用される。図１に示すプライの断面は根元領域に対応する。

コントローラ４０は、アプリケータヘッド１８に提供されるヘッド経路を解釈し、プリフォームが構築されるときにプリフォームの様々な領域の厚さを決定するように構成される。この例示的な実施形態では、完成したプリフォームの根元領域の最大厚さは約９０ｍｍであり、完成したプリフォームのブレード領域の最大厚さは約４０ｍｍである。コントローラ４０に閾値厚さ４５ｍｍを設定し、コントローラ４０は、アプリケータヘッド１８に続くヘッド経路を解釈して複合材料をレイアップすることによって、根元領域のプリフォームの厚さがいつこの厚さに達するかを決定する。

コントローラ４０は、一度、根元領域の厚さが閾値厚さに達したと判断すると、コントローラ４０は、間接的に（すなわち、赤外線を用いて）工具１４に適用された複合材料を加熱するように、第２ヒータ２６を起動する（工程１１０）。この実施形態では、第２ヒータ２６は、プリフォームの根元領域の真上に取り付けられているが、他の実施形態では、熱の要求に応じて異なる位置に移動するように構成されてもよく、それに応じてコントローラ４０によって決定された方向の加熱出力（すなわち、赤外線の方向）を決定する。

レイアップ工程の第２段階では、アプリケータヘッド１８は、複合材料の連続するプライを工具に適用し続け、プリフォームを徐々に形成する（工程１１２）。コントローラ４０は、パイロメータ３８が工具に適用された複合材料の温度をモニターし、第１および第２ヒータの熱出力を調整して、次のプライが適用される前に、連続するプライが４５℃の温度に達するようにさらなるフィードバックおよびヒータ制御ループを行う（工程１１４）。

本出願人は、上下からの加熱がプリフォームを通る温度勾配を減少させ、したがって熱源に隣接するプライが過度に加熱されるのを防止することを見出した。

他の実施形態では、コントローラ４０は、プリフォームの上面の少なくとも一部の温度が所定の第２段階の閾値以下（例えば４５℃）であると判断された場合に、レイアップ工程の第２段階を開始することができる。

レイアップ工程の第１段階では、すべての加熱が工具からプリフォームに伝わった。したがって、新しい各プライが少なくとも４５℃に好適に加熱されている間、その下にあるプライも少なくとも４５℃の温度にあると推測することができる。したがって、コントローラ４０は、最初に４５℃に達した時からレイアップ工程の第１段階の終了までの時間を評価することによって、各プライの少なくとも一部が４５℃以上の温度にある時間を決定することができる。

この実施形態では、コントローラ４０は、工具１４のレイアップ面１６に埋め込まれた第１温度センサが４５℃の温度に戻るように、第１ヒータ２２を作動させ続ける。したがって、最も上部に位置するプライが少なくとも４５℃の温度に達すると、間に設けられるプライは少なくとも中央部において少なくとも４５℃の温度にあると判断することができ、各プライの少なくとも一部が４５℃を超える時間は、それに応じて評価することができる。この実施形態では、プリフォームの側面は絶縁されておらず、したがって、各プライのプリフォーム側に向かう部分は、周囲環境に対して熱を失い、４５℃未満になる可能性がある。他の実施形態では、プリフォームのエッジを加熱するため、または熱損失をそれぞれ防止するために、ヒータおよび／または断熱材を設けることができる。

上述したように、この実施形態では、ヒータ２６はプリフォームの根元部分の上に配置される。ヒータ２６には、アプリケータヘッド１８が所定の近接閾値（本実施形態では５０ｍｍ）以内にあるときを判定するモーションセンサ３２が設けられている。アプリケータヘッド１８が所定の近接閾値以内にあると判定されると、モーションセンサ３２はコントローラ４０と通信し、アクチュエータ３４はヒータ２６が取り付けられた支持アーム２８を回転させて、ヒータ２６をその動作位置から移動させる（図１参照）。退避位置では、第２ヒータ２６によって供給されるプリフォームへの熱入力が一時的に除去される。コントローラ４０は、周期的に第２ヒータ２６を動作位置に戻すように構成されている。コントローラ４０はまた、アプリケータヘッド１８が閾値近接内にあるとモーションセンサ３２が判断した場合に、第２ヒータ２６を動作位置に戻すことを中断するように構成される。

したがって、第２ヒータ２６は、根元領域への間接的（すなわち、放射／非接触である）加熱を提供するためのプリフォームの根元領域の上の定位置に設置することができるが、必要に応じて、アプリケータヘッド１８の経路から自動的に移動させることができる。他の実施形態では、コントローラ４０は、アプリケータヘッド１８のヘッド経路の分析および第２ヒータ２６の位置との任意の競合に基づいて、アプリケータヘッド１８の経路から第２ヒータ２６を移動させるように構成されてもよい。

別の実施形態では、第１ヒータ２２が停止され、第２ヒータ２６を作動したままの状態であるレイアップ工程の第３段階が存在してもよい。このような第３段階では、プリフォームへの熱入力は、第２ヒータ２６のみによって供給される。コントローラ４０は、第１温度センサ３６を用いて工具１４の表面における温度をモニターし続けることができ、その結果、第２温度センサ３８（パイロメータ）によって記録された温度との組み合わせによって、プリフォームを通る温度勾配が決定されてもよい。これに基づいて、コントローラ４０は、各プライが少なくとも４５℃の温度のままでいる時間を決定することができる。このような第３段階を有するレイアップ工程は、レイアップ工程の全持続時間が、各プライの温度を４５℃以上に維持することが望ましい最小の所定のデバルク期間（例えば５分のデバルク期間）よりも長い場合に有用である。アプリケータローラによってプリフォームに加えられる圧力に依存して硬化を開始するため、プライの温度を長すぎる期間、例えば１時間より長く、５時間より長く、１０時間より長く、２０時間より長く、または５０時間より長く、４５℃以上に維持することは好ましくない。さらに、プリフォームからの樹脂の過剰なブリード（または移動）を招く可能性があるため、プライを圧縮するのに必要な時間よりも長く（例えば、５分より長く、１０分より長く、３０分より長く、または１時間より長く）、プライの温度を４５℃より高く維持することは好ましくない。

本出願人は、プリフォームの各プライの温度を４５℃の閾値温度以上に維持すると、レイアップ工程中のプリフォームのバルクが減少し、これによってプリフォーム（および対応する硬化部品）の形状における欠陥を最小限に抑え、不適合活動（すなわち、レイアップ工程が完了した後のデバルク活動）の要求を減らすことができることが分かった。

特に図３に示すように、本出願人は、例として複合材料の粘着性（またはＮ／ｍｍ２で測定した接着強度）が３０℃を超えて上昇し、４０℃から６０℃において低下し、６０℃を超える温度では、粘着性が許容レベルを超えて低下する（例えば、０．０５Ｎ／ｍｍ２）ことがわかった。

さらに、図４に示すように、本出願人は、プリフォームバルク（％で測定）が基板温度の上昇と共に減少することを見出した。バルクは約１０％以下であることが好ましく、図の例では４５℃以上の基板温度に相当する。

さらに、本出願人は堆積品質を研究しており、堆積品質は、一般的に、３０℃〜６０℃の基板温度の範囲で、許容できると結論づけている。本出願人は、レイアップされた材料、橋渡しまたは滑らせたレイアップされた材料、基板（すなわち工具または前のプライ）よりむしろ、ローラーに付着した材料、またはアプリケータヘッドに詰まった材料の面外の特徴のような要因を評価して堆積品質をモニターしている。

したがって、良好な粘着性および良好な堆積品質を維持しながら十分なデバルクを提供するために、少なくとも４５℃、好ましくは６０℃未満の閾値温度でレイアップ中にプリフォームに熱を供給することが望ましい。

複合材料に熱を供給するレイアップ装置が知られているが、この熱は粘着性を改善するためにのみ供給され、長期間というよりはむしろ、材料が粘着するのに十分な時間だけ複合材料に一時的に提供される。このように、既存のレイアップ装置は、典型的には、複合材料を予熱するだけであるか、またはアプリケータヘッドに取り付けられたヒータで複合材料を約３５℃まで、典型的にはより低い温度（例えば２５℃）まで加熱するだけである。さらに、図３に示すように、３５℃での粘着性がピークになる。

したがって、レイアップ中に少なくとも４５℃の閾値温度に加熱することを提供する本発明は、バルクの減少をもたらし、良好な粘着性を依然として可能にする。

前述の説明では、方法のステップは、カッコ内の参照番号を使用して識別されているが、工具１４などの物理的およびシミュレートされた物品は、カッコなしの参照番号を使用して識別されている。

Claims (12)

1. レイアップ工程において、複合材料の複数の連続するプライを工具上にレイアップして、部品のプリフォームを製造することを含む複合材料の製造方法であって、
   前記レイアップ工程の期間中、前記複合材料のそれぞれの前記プライは、少なくとも４５℃の閾値温度で加熱され、
   前記レイアップ工程において、前記工具から前記プリフォームへの熱伝達、および前記プリフォームの前記工具の反対側の面からの熱伝達によって前記プリフォームを加熱するように、加熱装置は制御され、
   前記加熱装置は、
   前記レイアップ工程において、前記工具から前記プリフォームへの熱伝達によって、前記プリフォームを加熱するように構成された第１ヒータと、
   前記レイアップ工程において、前記プリフォームの前記工具の反対側の面からの熱伝達によって前記プリフォームを加熱するように構成された第２ヒータと、を有し、
   前記加熱装置は、
   前記レイアップ工程中であって、前記プリフォームの厚さが閾値未満であるか、または前記プライの数が閾値未満である第１加熱段階において、前記プリフォームを加熱するように作動され、
   前記第１加熱段階に続き、前記プリフォームの厚さが前記閾値以上であるか、または前記プライの数が前記閾値以上である第２加熱段階において、前記プリフォームを加熱するように作動され、
   前記第１加熱段階において、前記第１ヒータおよび前記第２ヒータの一方のみが作動し、
   前記第２加熱段階において、少なくとも前記第２ヒータが作動する、複合材料の製造方法。
2. 前記複合材料のそれぞれの前記プライは、前記加熱装置によって加熱され、
   前記加熱装置は、少なくとも前記レイアップ工程における所定のデバルク期間、それぞれの前記プライの温度が、少なくとも閾値温度になるように作動される、請求項１に記載の複合材料の製造方法。
3. 前記加熱装置は、前記レイアップ工程の間、それぞれの前記プライの温度が６０℃以下になるように作動される、請求項１または２に記載の複合材料の製造方法。
4. 前記レイアップ工程において、前記プリフォームの温度をモニターするステップをさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
5. 前記プリフォームの温度を、パイロメータを用いてモニターする、請求項４に記載の複合材料の製造方法。
6. 前記加熱装置は、前記レイアップ工程において、少なくとも前記プリフォームの温度をモニターすることに基づいて制御される、請求項４または５に記載の複合材料の製造方法。
7. 前記加熱装置は、前記工具に結合され前記工具を加熱するように構成されたヒータ要素を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
8. 前記加熱装置は、非接触ヒータを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
9. 前記複合材料の前記プライは、アプリケータヘッドを使用してレイアップされ、
   前記アプリケータヘッドは、前記レイアップ工程において、前記非接触ヒータに対して移動する、請求項８に記載の複合材料の製造方法。
10. 前記非接触ヒータは、前記レイアップ工程において、前記非接触ヒータに対する前記アプリケータヘッドの接近に基づいて、移動するように制御される、請求項９に記載の複合材料の製造方法。
11. 前記非接触ヒータは、前記アプリケータヘッドが前記非接触ヒータの閾値近接内にあるときを判定するように構成された近接センサに結合され、
    前記非接触ヒータは、前記近接センサの出力に基づいて移動するように制御される、請求項１０に記載の複合材料の製造方法。
12. 前記アプリケータヘッドの所定の経路に基づいて、前記非接触ヒータの動きを制御するステップをさらに有する、請求項１０または１１に記載の複合材料の製造方法。