本開示の好ましい様々な実施形態を示す図面を参照すると、図1は、未硬化状態の複合積層材400を製造するための本開示の製造システム100の一例の側面図である。図2は、製造システム100の上面図である。製造システム100は、固定の積層ステーション150及び可動の積層面120を有する。積層ステーション150は、各々がレイアップ材料228を吐出するように構成された複数の積層ヘッド152を有する。複数の積層ヘッド152は、積層面120が積層ステーション150を少なくとも1回通過する間に、積層面120及び積層面120に配置されたレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228を順に配置するように構成されている。図は、積層ヘッド152が互いに同一の構成を有するものとして示しているが、積層ステーション150は、1つ以上の異なる種類の積層ヘッド152を含んでいてもよい。
積層ヘッド152は、並べて(end-to-end relation to each other)配置されて(図6)、一連の積層ヘッド152を少なくとも一組形成している。積層ヘッド152は、所望のプライ積層配列410(例えば図8~9)に従って複合積層材400を一括して積層形成するために、積層面120が積層ヘッド152の下方を通過する際に、レイアップ材料228(図9)の複数のプライ402(図9)をまとめて吐出する。この点に関し、一連の積層ヘッド中の積層ヘッド152の各々には、複合積層材400のプライ積層配列410に対応する材料構成406(図8)を有するレイアップ材料228が、其々割り当てられている。プライ積層配列410は、以下に詳述するように、積層ステーション150内の積層ヘッド152の相対位置によって決まる。加えて、製造システム100は、1つ以上のトリミングステーション310に配置された、複合積層材400をトリミングするための1つ以上のトリミング装置312を有する。後述するように、複合積層材400のトリミングは、複合積層材400の積層と同時に行うことができる。
本開示の製造システム100における、複数の並んだ積層ヘッド152によって、移動する積層面120に複合積層材400を一括して積層する手法は、積層面上を積層ヘッド152が複数回通過する、従来の1プライずつの積層方法よりも、速い製造速度を達成できるという利点がある。加えて、複合積層材400の積層と同時に複合積層材400をトリミングすることにより、別工程として別の場所で複合積層材400のトリミングを行う従来の手法を採用した場合よりも、さらに製造速度を速めることができる。
図1~図4を参照すると、製造システム100は、例えば、工場の床などの面に支持されるベース部材102を含む。ベース部材102は、例えば、積層ステーション150の一端にある積層面ホームポジション134、及び、積層ステーション150の他端にある積層面後方ポジション136を含む。積層面120は、例えば、ベース部材102に支持される。例えば、積層面120は、少なくとも1つの積層マンドレル122の外面であってもよく(例えば図1~図4)、ベース部材102の長さに沿って延びる縦レール140に沿って移動可能又は摺動可能である。積層マンドレル122は、例えば、駆動モータに接続されたスクリュードライバなどのリニア並進機構(図示せず)によって移動可能である。これに代えて、1つ以上の積層マンドレル122を、積層面ホームポジション134、積層ステーション150、及び、積層面後方ポジション136の間で、手作業で移動させてもよい。さらなる実施形態において、レール上に位置しない自動運転車(図示せず)を用いて、あるいは、1つ以上のロボット装置(図示せず)を用いて、1つ以上の積層マンドレル122を、積層面ホームポジション134、積層ステーション150、及び、積層面後方ポジション136の間で、移動させてもよい。
図1~図4は、1つの積層マンドレル122が積層ステーション150を通過する状態を示しているが、製造システム100の一実施形態において、一連の並んだ積層マンドレル122を、連続的に積層ステーション150を通過させて、当該一連の積層マンドレル122の各々に複合積層材400が個別にレイアップされるように、積層ヘッド152によってレイアップ材料228を連続的に吐出することもできる。一連の積層マンドレル122は、互いに(例えば数インチまでの)間隔をあけて並べて配置してもよい。あるいは、一連の積層マンドレル122を、互いに接触するように並べて配置してもよい。あるいは、製造システム100の一実施形態において、互い接触するように並んだ一連の積層マンドレル122に、連続する複合積層材400をレイアップし、当該複合積層材400を1つ以上のトリミング装置312を用いて横断方向に切断することにより、当該複合積層材400を、図59~62に示すとともに後述する一連の並んだ長手方向セグメント401に分割してもよい。
製造システム100は、積層面120を積層ステーション150に対してアラインメント及び/又は指標化(indexing)するための手段を含んでいてもよい。例えば、積層ステーション150内において積層ヘッド152に対する1つ以上の積層マンドレル122の横方向のアラインメント状態を維持する上述の縦レール140に加えて、製造システム100は、積層マンドレル122が積層ステーション150に進入して通過する度に、積層ヘッド152に対する積層マンドレル122の縦方向の位置を指標化する手段を含んでいてもよい。積層マンドレル122の縦方向の位置の指標化を行うこのような手段により、積層ヘッド152は、積層マンドレル122上の所定位置に対して、レイアップ材料228の吐出を個別に開始及び停止することができる。製造システム100が積層ベルト124(図5)を有する実施例では、積層ヘッド152に対する積層ベルト124の縦方向の位置の指標化を行うための同様の手段により、積層ヘッド152は、積層ベルト124上の所定位置に対して、レイアップ材料228の吐出を個別に開始及び停止することができる。このような位置指標化手段には、例えば、積層ステーション150に搭載され且つ1つ以上のターゲット(図示せず)を検出及び記録するように構成された光学系(例えば、図示しないレーザ装置)が含まれ、ターゲットは、例えば、積層ステーション150を通過する積層面120(例えば1つ以上の積層マンドレル122、積層ベルト124)に設けることができる。なお、製造システム100は、積層面120の積層ステーション150に対する位置の指標化をするための様々なシステム構成のうちの任意の1つ以上を含むことができる。
図5を参照すると、同図は、積層面120が1つ以上の連続するループ状の積層ベルト124の外面(例えば上面)で構成されている積層ステーション150の一例の側面図である。図示の例では、複数の積層ベルト124が、並んで配置されるとともに、1つ以上のベース部材102によって支持されている。各積層ベルト124は、例えば、ゴム、プラスチック、ヒンジ付き金属網などの屈曲自在な材料、あるいは、並べて接続した一連の短い剛性板によって形成することができる。ただし、積層ベルト124は、他の様々な構成のうちの任意の1つとすることができる。各積層ベルト124は、互いに平行に配置された一連の内部ベルトローラ126によって支持することができ、これらのローラは、例えば、複合積層材400を支持する積層ベルト124の少なくとも外面が過度に撓まないように積層ベルト124を支持する構成とされたものである。ベルトローラ126の1つ以上は、積層ベルト124を動かすため、例えば、駆動モータ(図示せず)によって回転可能に駆動される。
積層面120の構成に関わらず、積層面120は、積層面ホームポジション134(図1~図2)から積層ステーション150を通過して積層面後方ポジション136まで、第1進行方向128に沿って移動可能である。また、積層面120は、積層面後方ポジション136(図1~図2)から積層ステーション150を通過して積層面ホームポジション134まで、第2進行方向130(図示せず)に沿っても移動可能である。積層面120の移動は、積層ヘッド152の吐出方向204(図6)に、概ね沿って行われる。図5において、製造システム100は、積層ステーション150の両端の各々に配置された少なくとも1つのトリミング装置312を有するものとして示されており、トリミング装置は、図5に示す第1進行方向128に沿って積層ベルト124と共に移動する複合積層材400のトリミング、及び/又は、積層ベルト124の移動方向を反転させた際に第2進行方向130に沿って移動する複合積層材400のトリミングを可能にするものである。
製造システム100は、例えば、積層面ホームポジション134に隣接する積層面ステージングポジション132(図1~図2)及び積層面除去(off-loading)ポジション138(例えば図44、図48、図54)を含む。以下に詳述するように、積層面ステージングポジション132は、積層面120(例えば第2積層マンドレル)を保持する場所を提供し、この間、別の積層面120(例えば第1積層マンドレル)を、積層面ホームポジション134に位置させることができる。積層面除去ポジション138は、完成した(例えばレイアップ及びトリミングされた)複合積層材400を支持する積層面120(例えば1つ以上の積層マンドレル)を保持する場所を提供することができ、この間に、デバルク(de-bulking)、成形、及び/又は硬化などのさらなる処理のために、当該複合積層材400を別の場所に移動させることができる。
図3~6及び図14を参照して簡単に説明すると、積層ヘッド152は、支持フレーム104に支持することができる。図示の例では、積層ヘッド152の各々が、専用の支持フレーム104に支持されている。各支持フレーム104は、例えば、略水平向きの横桁108を含んでおり、当該横桁の両端は、其々、ベース部材102から上方に延びる一対の略垂直向きの支柱106に連結されている。各横桁108は、例えば、リニア作動機構(例えばサーボモータによって回転駆動される図示しないスクリュードライバ)を含み、これは、以下に詳述するように、積層ヘッド152を横桁108に沿って水平方向に並進移動させることにより、積層ヘッド152を残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように横方向に移動させて、当該横移動積層ヘッド152の保守作業を可能にするように構成されたものである。各支持フレーム104の支柱106は、例えば、リニア作動機構(図示せず)を含む。各支持フレーム104の支柱106のリニア作動機構は、後述するように、積層面120に対して積層ヘッド152を垂直方向に位置合わせするための手段として、横桁108を垂直方向に並進移動させるよう、連携動作することができる。
加えて、各支持フレーム104は、例えば、垂直軸174(図14)を中心として積層ヘッド152を回転させるための回転作動機構(例えば図示しないサーボモータ)を含み、この回転は、積層ヘッド152の第1サイド158(例えば図6及び図14)を、材料配置位置206(例えば図6及び図14)から材料再装着位置208(図6)に回転移動させるため、及び/又は、積層ヘッド152の第2サイド160(例えば図6及び図14)を材料配置位置206に回転移動させるためのものである。第1サイド158を材料再装着位置208に回転移動させることにより、第1サイド158にアクセスして、使用済み材料ロール224(図16)の交換などの第1サイド158のヘッド部品220の保守を行ったり、ヘッド部品220の整備を行ったりすることが可能となる。第2サイド160を材料配置位置206に回転移動させることにより、第1サイド158の保守の前又は後に、積層ヘッド152がレイアップ材料228を吐出することが可能となる。
積層ヘッド152は、図1~図6に示すように、複数の支持フレーム104によって支持されるものとして説明しているが、積層ヘッド152は、様々な代替の構成のいずれによって支持してもよい。このような代替の構成は、限定するものではないが、片持ち梁(図示せず)、ロボット装置(図示せず)、又は、積層ヘッド152が積層ヘッド152の下方を移動する積層面120にレイアップ材料228を配置する間、積層ヘッド152を並べて保持するための他の様々な構成及び/又は機構のうちの任意の1つを含む。
図3~図6を参照すると、一連の積層ヘッド152は、直線形状の複合積層材400を形成するために、例えば直線状に配置されている。ただし、図示しない実施形態において、製造システム100は、弧状などの非直線形状の複合積層材400を形成するためなどの、非直線状に配置された一連の積層ヘッド152を含んでもよい。積層面120は、積層ヘッド152の配置(例えば直線状又は非直線状)に対して相補的な経路に沿って移動するように構成することができる。図示しない他の例において、積層ヘッド152は、例えば、積層ステーション150の長さ及び幅を画定する、積層ヘッド152の二次元アレイ状に配置される。この場合、積層ヘッド152は、二組以上の、並べて配置された一連の積層ヘッド152として配置してもよい。例えば、積層ヘッド152は、一組目の一連の積層ヘッド(図示せず)と、一組目の一連の積層ヘッドに並べて配置された二組目の一連の積層ヘッド(図示せず)として、配置してもよい。
図5~図6を参照すると、本明細書に開示の製造システム100の実施形態のいずれかにおいて、積層面120(例えば積層マンドレル122、積層ベルト124)は、製造システム100に設けられた真空圧力源146(図5)に(例えば、図示しない内部流体コンジットを介して)流体的に接続された複数の開口144(図6)を含んでもよい。真空圧力源146は、少なくとも、積層面120あるいは先に積層面120に配置されたレイアップ材料228の上にレイアップ材料228を配置する間、積層面120の外面に設けられた開口144を介して、複合積層材400を動かないように当該外面に固定するための手段として、真空圧を生成することができる。いくつかの例において、積層面120上にレイアップ材料228を吐出する前に、剥離プライ(例えばフッ化エチレンプロピレン)などの加工層(図示せず)を、積層面120に配置してもよい。剥離プライは、複合積層材400の最外面が汚れることを防止し、これにより、レイアップが完了し剥離プライが除去された後の複合積層材400の接着性を維持することができる。剥離プライは、真空圧により、積層面120に固定することができる。レイアップ材料228は、その粘着性により、レイアッププロセス中にレイアップ材料228が積層面120に対して(例えば側方に)シフトするのが防止される程度に、剥離プライに接着する。
図1~図6において、積層ヘッド152は、互いに等間隔で配置された状態が示されている。しかしながら、図示しない実施形態において、積層ヘッド152は、互いに等間隔の配置でなくてもよい。また、図1~図6において、積層ヘッド152は互いに近接して配置されるものとして示されているが、代替の実施形態において、積層ヘッド152間に間隙(均一な間隙及び/又は不均一な間隙)が設けられ、これにより、隣接する積層ヘッド152と接触することなく、且つ、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように移動(例えば水平方向に並進移動又は垂直方向に並進移動)させなくとも、垂直軸174を中心として各積層ヘッド152を枢動させることができるように、積層ヘッド152を配置してもよい。後述するように、積層ヘッド152の第1サイド158を積層ヘッド152との整列状態から外れるように回転させて、第1サイド158のヘッド部品220の保守を行うべく、第1サイド158を材料再装着位置208に移動させるために、垂直軸174を中心として積層ヘッド152を枢動させてもよい。
再び簡単に図1~図4を参照すると、上述したように、製造システム100は、複合積層材400をトリミングするための1つ以上のトリミング装置312を含む。例えば、1つ以上のトリミング装置312が、積層ステーション150の両端のうちの少なくとも1つに近接して、配置される。図1~図2の例では、製造システム100は、積層面ホームポジション134と積層ステーション150との間のトリミングステーション310、及び/又は、積層ステーション150と積層面後方ポジション136との間のトリミングステーション310を含む。図示の例において、各トリミングステーション310は、複合積層材400をトリミングするための4個のトリミング装置312を含む。ただし、トリミングステーション310は、単一のトリミング装置312を含め、任意の数のトリミング装置312を含むことができる。一実施形態において、以下に詳述するように、トリミング装置312は、例えば、積層ステーション150から積層面後方ポジション136までの積層面120の移動中(例えば図42参照)、及び/又は、積層ステーション150から積層面ホームポジション134までの積層面120の移動中(例えば図47参照)において、複合積層材400の両側縁414のうちの少なくとも一方をトリミングするように構成される。トリミング装置312は、複合積層材400の長さに沿う任意の位置で、複合積層材400の側縁をトリミングするように構成することができる。例えば、トリミング装置312は、複合積層材400をトリミングすることにより、複合積層材400の両端のうちの一方又は両方に張り出し部412(例えば図44)を形成するように構成することができる。ただし、積層ステーション150におけるトリミング装置312のうちの1つ以上は、複合積層材400の側縁414以外の部分をトリミングするように構成してもよい。例えば、トリミング装置312のうちの1つ以上は、複合積層材400の両端のうちの一方又は両方をトリミングしたり、両側縁414の間の複合積層材400の任意の位置に、幾何学的特徴(例えば穴)を形成したりするように、構成してもよい。トリミング装置312を、コントローラ110によって制御することにより、積層面120の移動(例えば速度及び位置)に連携して複合積層材400をトリミングすることができる。
図6~図7を参照すると、各積層ヘッド152は、材料ロール224を支持する少なくとも1つの材料供給ドラム222を含む。図示の例では、積層ヘッド152は、裏打ち層230によって裏打ちされたレイアップ材料228を吐出するように構成されている。裏打ち層230は、材料ロール224上で隣接するレイアップ材料228の巻き部分(wraps)が、互いにくっつくのを防ぐ材料によって形成される。例えば、裏打ち層230は、シリコーンコーティング紙であってもよいし、あるいは、裏打ち層230は、ポリエチレンフィルムなどの薄いプラスチックフィルムであってもよい。裏打ち層230を有するレイアップ材料228を吐出するように構成された積層ヘッド152の場合、ヘッド部品220は、例えば、材料供給ドラム222、材料吐出機構260、及び、裏打ち層回収ドラム300を含む。積層ヘッド152は、積層ヘッド152からレイアップ材料228を吐出する間、ヘッド部品220内で(例えば任意で裏打ち層230によって裏打ちされている)レイアップ材料228を方向づけ又は誘導したり、レイアップ材料228及び/又は裏打ち層230の張力を維持したりするための、1つ以上の再方向付けローラ234を追加で含んでいてもよい。
レイアップ材料228は、事前含浸テープなどの、繊維強化ポリマー母材の連続ストリップとして提供することができる。レイアップ材料228は、様々な厚み及び幅のうちの任意のものとすることができる。例えば、レイアップ材料228は、厚みが0.007インチ以上で幅が9~12インチのプリプレグテープとして提供される。ただし、レイアップ材料228は、0.007インチを超える厚み、及び/又は、9インチ未満又は12インチを超える幅であってもよい。積層ステーション150は、スリットテープで形成された材料ロール224を支持する1つ以上の積層ヘッド152を含んでいてもよく、スリットテープは、積層ステーション150内の他の積層ヘッド152で支持されているプリプレグテープよりも幅が狭いものである。プリプレグテープ内の繊維は、単一方向のものであってもよいし、繊維を織物として構成してもよい。プリプレグテープのポリマー母材は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である。繊維は、炭素繊維であってもよいし、ガラス、ホウ素、アラミド、セラミック又はその他の非金属材料又は金属材料などの代替の材料によって形成されてもよい。プリプレグテープは、必須の機能である落雷保護機能を複合積層材400に付与するために、炭素繊維、金属繊維又はメッシュを備えていてもよい。
いくつかの例において、材料供給ドラム222は、非複合材料の材料ロール224を支持するように構成されていてもよい。例えば、積層ヘッド152のうちの1つ以上の材料ロール224は、金属箔又は金属メッシュなどのレイアップ材料228によって形成されており、これが積層ヘッド152によって吐出されて、複合積層材400のプライ402のうちの1つを形成する。さらなる例において、積層ヘッド152のうちの1つ以上の材料ロール224は、複合積層材400の加工層として提供されるレイアップ材料228を含む。このような加工層は、剥離フィルム、粘着付与層、吸気(breather)層、排気(bleeder)層、剥離層、あるいは、他の様々な層、フィルム、又は接着剤のうちの任意の1つを含み、複合積層材400のレイアップの前又は最中にレイアップされることにより、複合積層材400のレイアップ及びトリミングの最中又は後に複合積層材400のレイアップ、デバルク、成形、及び/又は硬化を容易化することができるものである。一例において、積層ヘッド152のうちの1つ以上の材料ロール224は、複合積層材の衝撃靭性を向上させたり、水分進入を抑制したり、複合積層材の他の特性を改善したりするよう設計された材料によって、形成することができる。裏打ち層230が無いレイアップ材料228(例えば、熱可塑性樹脂、金属箔、非粘着性フィルムなどの加工層)が装着された積層ヘッド152では、上述した裏打ち層回収ドラム300及びこれに関連する裏打ち層分離用ハードウェア(例えば裏打ち層分離装置264)は、当該積層ヘッド152から省いてもよいし、このような材料の吐出中は、裏打ち層回収ドラム300及びこれに関連する裏打ち層分離用ハードウェアを使用しないか、あるいは停止状態とすればよい。
さらに、図6~図7を参照すると、例えば、材料ロール224が、裏打ち層230によって裏打ちされたレイアップ材料228で形成された裏打ち処理材料226で構成されている場合、材料吐出機構260は、材料供給ドラム222から当該裏打ち処理材料226を受け取り、裏打ち層230からレイアップ材料228を分離させ、吐出方向204に沿って積層面120にレイアップ材料228を吐出するように構成される。材料吐出機構260は、例えば、裏打ち層230からレイアップ材料228を分離させるための裏打ち層分離装置264、裏打ち層230を傷付けずにレイアップ材料228を切断するためのカッターアセンブリ240、及び、レイアップ材料228が積層ヘッド152から吐出される際に、レイアップ材料228を積層面120又は先に配置されたレイアップ材料228に押し付けて圧縮するための圧縮ローラ及び/又は圧縮シューなどの1つ以上の圧縮装置288を含む。
裏打ち層回収ドラム300は、レイアップ材料228から分離させた後の裏打ち層230を巻き取るように構成されている。図6~図7の例では、各積層ヘッド152は、第1進行方向128又は第1進行方向128とは反対の第2進行方向130などの単一の進行方向に沿って移動する積層面120に、レイアップ材料228を吐出するように構成されている。ただし、後述するように、積層ヘッド152のうちの1つ以上は、第1進行方向128に沿って移動する積層面120及び第2進行方向130に沿って移動する積層面の両方に、積層ヘッド152がレイアップ材料228を吐出することができる、双方向レイアップ機能を有していてもよい。
本開示において、積層面120の移動、各積層ヘッド152のヘッド部品220の動作、及び、積層ステーション150内の各積層ヘッド152の動き(例えば横方向の並進移動、垂直方向の並進移動、及び/又は、垂直軸174を中心とした回転)を含む製造システム100の動作は、例えば複合積層材400を製造するために事前にプログラムされたコンピュータ可読プログラム命令(例えば数値制御プログラム)を実行するコントローラ110(図1)によって、制御することができる。
各積層ヘッド152は、例えば、コントローラ110によって制御されるカッターアセンブリ240を含み、当該カッターアセンブリは、積層ヘッド152によって配置されるレイアップ材料228のプライ402における指定された各開始位置(図示せず)に積層ヘッド152が近付いた際、及び、プライ402における指定された各終了位置(図示せず)に積層ヘッド152が近付いた際に、レイアップ材料228を切断するように構成することができる。コントローラ110は、積層面120上の同じ開始位置、あるいは、積層面120上の異なる開始位置のいずれかにおいて、レイアップ材料228の配置を開始するように、積層ヘッド152及びそのカッターアセンブリ240を制御することができる。これに代えて又はこれに加えて、コントローラ110は、以下に述べるように、積層面120上の同じ停止位置、あるいは、積層面120上の異なる停止位置のいずれかにおいて、レイアップ材料228の配置を停止するように、積層ヘッド152及びそのカッターアセンブリ240を制御することができる。また、後述するように、コントローラ110は、複合積層材400内にプライ追加部、プライ途切れ部、及び/又は、部分プライを形成するために、積層面120に沿う任意の位置で、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上からのレイアップ材料228の配置を個別に開始、停止、及び/又は再開するように、積層ヘッド152を制御してもよい。
次に、図8~図10を参照すると、図8には、積層ステーション150(図10)内の10個の積層ヘッド152(図10)のうちの其々によって吐出されるレイアップ材料228の材料構成406の一例の表が示されている。各積層ヘッド152には、複合積層材400の所望のプライ積層配列410に対応する材料構成406を有するレイアップ材料228の材料ロール224が装着されている。上述したように、複合積層材400のプライ積層配列410は、積層ステーション150内の積層ヘッド152の相対位置によって決まる。複合積層材400のプライ積層配列は、例えば、複合積層材400の最終用途に基づいて決定される。より具体的には、複合積層材400は、(例えば硬化後の)最終的な複合積層材400が使用中に受けることになる所定の設計負荷の組に基づいて、所与のプライ積層配列で設計することができる。これについて、積層ヘッド152の順序は、例えば、複合積層材400の最終用途に応じて決定してもよい。
例えば、図8において、ヘッド番号1と指定された積層ヘッド152には、0/90度織りプリプレグテープで構成された材料構成406を有するレイアップ材料228が装着されている。ヘッド番号2には、0度単一方向テープで構成された材料構成406を有するレイアップ材料228が装着されている。ヘッド番号3には、0度単一方向(UD)プリプレグテープで構成された材料構成406を有するレイアップ材料228が装着されている。図9は、複合積層材400の断面図であり、当該複合積層材のプライ積層配列410は、積層面120が積層ステーション150内を1回通過する間に、図8にリストアップした10個の積層ヘッド152のすべてによって吐出されたレイアップ材料228が、順に配置されて得られたものである。図9において、図9の複合積層材400のプライ1は、ヘッド番号1によって配置されたものであり、複合積層材400のプライ2は、ヘッド番号2によって配置されたものであり、複合積層材400のプライ3は、ヘッド番号3によって配置されたものであり、以下、同様である。
図9において、積層面120が積層ステーション150内を(例えば第1進行方向128又は第2進行方向130に沿って)1回通過した結果、複合積層材400は、合計10個のプライ402を有している。ただし、積層面120が積層ステーション150内を複数回通過することによって、複合積層材400を形成することもできる。図示しない一例において、例えば、積層面120が第1進行方向128に沿って積層面ホームポジション134から積層面後方ポジション136まで移動する際に、10個の積層ヘッド152によって10個のプライ402を配置し、積層面120が第2進行方向130に沿って積層面後方ポジション136から積層面ホームポジション134まで移動する際に、レイアップ材料228の追加の10個のプライ402を最初の10個のプライ402とは逆の順序で配置することによって、合計20個のプライ402を有する複合積層材400を得ることができる。
図9では、10個の積層ヘッド152の其々によって吐出されるレイアップ材料228は、同じ材料幅408を有する。ただし、後述するように、積層ヘッド152のうちの1つ以上によって吐出されるレイアップ材料228は、異なる材料幅408を有していてもよい。いくつかの例において、各積層ヘッド152に装着されるレイアップ材料228の材料幅408は、複合積層材400の両側縁のうちの一方又は両方が、複合積層材400の表面に対して直角でない傾斜角(bevel angle)416(例えば図12~図13)で形成されるように選択することができる。傾斜角416になるように材料幅408を選択することは、傾斜角416で側縁414をトリミングする必要が無くなるという利点を有する。
本開示において、積層ヘッド152(図1~図2)同士が、積層面120(図1~図2)上の同じ開始位置でレイアップ材料228(図1~図2)の配置を開始し、且つ/又は、積層面120上の同じ停止位置でレイアップ材料228の配置を停止することにより、完成時には、複合積層材400(図1~図2)の全長にわたって積層厚みが一定となるように、コントローラ110(図1)が積層ヘッド152(図1~図2)を制御するよう、製造システム100(図1~図2)を構成してもよい。これに代えて、積層ヘッド152同士が、積層面120上の異なる位置でレイアップ材料228の配置を開始し、且つ/又は、積層面120上の異なる位置でレイアップ材料228の配置を停止することにより、完成時の複合積層材400の積層厚みが長手方向に沿って異なるように、コントローラ110が積層ヘッドを制御してもよい。加えて、積層ステーション150内の積層ヘッド152のうちの任意の1つを、複合積層材400のレイアップ中に、積層面120に沿う任意の位置で、レイアップ材料228の配置を開始、停止、及び/又は再開するように、コントローラ110によって制御してもよい。
積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152がレイアップ材料228の配置を続けている間に、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上が、コントローラ110によって制御されて、積層面120に沿う任意の位置でレイアップ材料228の配置を停止してもよい。いくつかの例において、積層面120に沿う一箇所でレイアップ材料228の配置を停止するように命令されていた積層ヘッド152が、積層面120に沿う別の箇所でレイアップ材料228の配置を再開することにより、後述するように、複合積層材400のプライ402のうちの1つに、長手方向に延びる間隙404(図11)又はプライ途切れ部を形成することもできる。もちろん、積層ステーション150内の複数の積層ヘッド152が、複合積層材400のレイアップ中に、1つ以上の箇所で停止及び再開されることにより、複合積層材400の複数のプライ402に1つ以上の間隙404を形成することもできる。
図10~図11を参照すると、同図には、積層面120にレイアップ材料228を配置している一連の積層ヘッド152の概略図が示されている。図10は、積層面120が第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通過中の第1時刻において、一連の10個の積層ヘッド152のうちのヘッド番号1~5が、積層面120にレイアップ材料228を配置している状態を示している。図11は、第2時刻における当該一連の10個の積層ヘッド152を示しており、第1進行方向128に沿って移動中の積層面120に対して、ヘッド番号1~7がレイアップ材料228を配置している。図11に示すように、ヘッド番号2がレイアップ材料228の配置を停止してから再開した結果、複合積層材400は、プライ2に間隙404を含んでいる。間隙404の両側では、少なくとも図11では連続しているプライ1とプライ3との間に、プライ2の部分が残っている。積層面120が積層ステーション150を通過する際に、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上が、1つ以上の時刻において、独立してレイアップ材料228の配置を開始、停止、及び/又は再開するよう、製造システム100を構成することができる。加えて、積層ヘッド152は、積層ステーション150内のトータルの個数よりも少ない積層ヘッド152が、積層面120上の同じ位置でレイアップ材料228の配置を開始するように、動作させることができる。例えば、ヘッド番号1~10の合計10個の積層ヘッド152を有する積層ステーション150の場合、移動している積層面120に対して、最初は、ヘッド番号2~10のみがレイアップ材料228を吐出し、その後の別の時刻に、ヘッド番号1が起動されてレイアップ材料228の吐出を開始し、この間、ヘッド番号2~10はレイアップ材料228の配置を継続する。
図12~図13を参照すると、同図には、互いに材料幅408の異なるレイアップ材料228で形成された複合積層材400の例の断面図が示されている。いくつかの例において、異なる材料幅408は、プリプレグテープを事前に切っておき(pre-slitting)、これを材料ロール224(図10~図11)に巻き付けて、積層ヘッド152(図10~図11)に装着することによって、実現することができる。図12は、10個の積層ヘッド152(例えば図8のヘッド番号1~10)の各々によって吐出されたレイアップ材料228が、互いに異なる材料幅408を有しており、この結果、両側縁414の各々が、傾斜角416で形成されている、複合積層材400の一例の断面図である。各積層ヘッド152における材料ロール224のレイアップ材料228の材料幅408は、複合積層材400の両側縁414が所定の傾斜角416で形成されるように、選択することができる。
図12では、材料幅408は、各側縁414の傾斜角416が約20度となるものである。ただし、レイアップ材料228の材料幅408は、様々な傾斜角416のうちの任意の傾斜角となるように、選択することができる。図13は、図12の複合積層材400を製造するために用いられるものと同じ積層ステーション150で用いられる、トータルの個数よりも少ない積層ヘッド152から、レイアップ材料228を吐出することによって製造される複合積層材400(例えば図12の複合積層材400)の断面図である。図13において、複合積層材400の断面は、ヘッド番号1、3、5、7、及び、10から吐出されて、プライ1、2、3、4、及び5によって構成される断面を形成しているレイアップ材料228を含む。ヘッド番号1の出力は、プライ1であり、ヘッド番号3の出力は、プライ2であり、ヘッド番号5の出力はプライ3であり、ヘッド番号7の出力はプライ4であり、ヘッド番号10の出力は、プライ5である。図12のプライ数を減らすことによって、図12の断面の傾斜角416に比べて傾斜角416が小さく(例えば約9度に)なっている。
図12~図13を参照すると、プライ402の中心線(図示せず)が横方向において互いに揃う又は一致するように、各断面のレイアップ材料228を配置することができ、その結果、複合積層材400の横断面が、積層垂直軸(図示せず)に対して対称となっている。ただし、図示しない実施形態において、積層ヘッド152は、プライ402のうちの少なくとも1つの中心線が他のプライ402の中心線から横方向にずれるように、レイアップ材料228を配置してもよく、その結果、複合積層材400の横断面は、積層垂直軸に対して非対称となる。
図14を参照すると、同図には、支持フレーム104によって積層マンドレル122の上に支持された積層ヘッド152の一例が示されている。図示の例では、積層ヘッド152は、第1サイド158及び第2サイド160を含む、横方向に対向する側部を含み、これらの各々が、上述したヘッド部品220を有している。例えば、積層ヘッド152は、第1サイド158に取り付けられた第1積層アセンブリ200を含む。第1積層アセンブリ200は、上述したように、材料供給ドラム222、裏打ち層回収ドラム300、及び、裏打ち層分離アセンブリ262を含む。積層ヘッド152は、第2サイド160に取り付けられた第2積層アセンブリ202も含み、当該アセンブリは、例えば、第1積層アセンブリ200のものと同様に配置された材料供給ドラム222、裏打ち層回収ドラム300、及び、裏打ち層分離アセンブリ262を含む。ただし、図示しない実施形態において、第2積層アセンブリ202のヘッド部品220は、第1積層アセンブリ200のヘッド部品220とは異なる配置又は異なる構成であってもよい。
本開示では、第1サイド158が、積層ステーション150内の他の積層ヘッド152の吐出方向204(図7)に沿う材料配置位置206に移動できるように、積層ヘッド152を構成することができる。積層ヘッド152の第1サイド158が材料配置位置206にある際に、第1積層アセンブリ200は、積層面120又は先に配置されたレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228(図7)を配置することができる。第1サイド158が材料配置位置206にある際には、第2サイド160は材料再装着位置208にあり、これにより、積層ヘッド152の第2サイド160の保守を行うことができる。上述したように、積層ヘッド152の保守は、例えば、材料ロール224を交換すること、ヘッド部品220の整備を行うこと、又は他の作業を含む。第1サイド158を材料配置位置206に移動させることに代えて、積層ヘッド152の第2サイド160を材料配置位置206に移動させることもでき、第2サイド160が積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152と位置合わせされ、第2積層アセンブリ202が、積層面120又は先に配置されたレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228を配置することができる。第2サイド160が材料配置位置206にある際には、第1サイド158は材料再装着位置208にあり、これにより、第1サイド158の保守を行うことができる。
さらに図14を参照すると、積層ステーション150内の積層ヘッド152のうちの1つ以上は、垂直軸174を中心として、独立して180度回転するように構成することができる。垂直軸174を中心として積層ヘッド152を回転させる前に、例えば、積層面120の上に配置された状態を維持している残りの積層ヘッド152との整列状態から当該積層ヘッド152が外れるまで、積層ヘッド152を並進移動させる。図14の例では、積層ヘッド152は、例えば横桁108に設けられたリニア作動機構(図示せず)によって、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように、横桁108に沿って水平方向に並進移動される状態が示されている。積層ヘッド152を残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように移動させることにより、残りの積層ヘッド152と接触せずに積層ヘッド152を回転させるための空間が得られる。垂直軸174を中心として積層ヘッド152を180度回転させることにより、例えば、第1サイド158又は第2サイド160が材料配置位置206に配置され、第1サイド158又は第2サイド160の残りの一方が、材料再装着位置208に配置される。本開示では、積層ヘッド152のうちの1つの側部(すなわち、第1サイド158又は第2サイド160のいずれか)が、材料再装着位置208にある際には、当該側部は、積層面120(例えば積層マンドレル)とは反対側を向いている、且つ/又は、当該側部は、積層面120とは位置合わせされていない状態である。
図15を参照すると、同図には、1つ以上のトリミング装置312を支持するための構成の一例が示されている。この構成は、積層ヘッド152を支持するための上述の支持フレーム104と同様に構成された支持フレーム104を含む。例えば、1つ以上のトリミング装置312用の支持フレーム104は、略水平向きの横桁108を含んでおり、当該横桁の両端は、其々、ベース部材102から上方に延びる一対の略垂直向きの支柱106に連結されている。トリミング装置312は、複合積層材400のトリミング中あるいは製造システムの他の動作中に、リニア作動機構(図示せず)によって、横桁108に沿って横方向に並進移動させることができる。トリミング装置312の横方向の並進移動により、上述した張り出し部412(例えば図44)のような、様々な幾何学形状のうちの任意の1つを、複合積層材400内にカット又はトリミングすることが容易になる。
さらなる実施形態において、トリミング装置312の垂直高さは、例えば支柱106の各々に含まれるリニア作動機構(図示せず)によって、横桁108を垂直方向に並進移動させることによって、調節することができる。トリミング装置312の垂直高さを調節することにより、様々な積層厚みのトリミングに対応することが可能となり、例えば、複合積層材400の長さに沿って積層厚みが変化する複合積層材のトリミングが可能となる。いくつかの例において、トリミング装置312のうちの1つ以上を、多軸接続要素(例えば5軸枢動要素‐図示せず)によって、横桁108又は他の構造体に接続することにより、トリミング装置312が、複合積層材400をトリミングしながら、枢動することによりトリミング装置312の向きを変更できるようにしてもよい。図15に示した支持フレーム104に代えて、トリミング装置312のうちの1つ以上を、片持ち梁構成(図示せず)、ロボット装置(図示せず)、又は様々な他の構造体又は機構のうちの任意の1つによって支持してもよい。
図15において、トリミング装置312のうちの1つ以上は、超音波ナイフ、レーザー装置、機械式カッターブレード、又は他の様々な種類のトリミング装置312のうちの任意の1つによって、構成することができる。上述したように、トリミング装置312は、複合積層材400の側縁414の一方又は両方をトリミングするように構成することができる。これに代えて又は加えて、1つ以上のトリミング装置312は、複合積層材400の内部領域を加工するために、複合積層材400の端部などの、複合積層材400の他の箇所をトリミング又はカットしてもよい。以下に説明する図42、図47、図52、及び、図57に示した実施形態では、トリミング装置312のうちの1つ以上は、複合積層材400の積層と同時に複合積層材400をトリミングすることができる。例えば、積層マンドレル122が積層ステーション150を通過する際に、複合積層材400の上流部分がレイアップされている間に、積層ステーション150を出る複合積層材400の下流部分をトリミングすることができる。複合積層材400のトリミングは、トリミング装置312のうちの1つ以上が、側縁414の一方又は両方などにおいて、複合積層材400に対して垂直カットを形成することを含む。垂直カットは、例えば、一番上の積層面120に対して直角に形成される。これに代えて又は加えて、1つ以上のトリミング装置312は、複合積層材400の側縁414の一方又は両方において、傾斜カットを形成してもよい。傾斜カットは、一番上の積層面120に対して直角でない向きであり、複合積層材400の側縁414の一方又は両方に形成することができる。
図16~図19を参照すると、積層ステーション150の一部の上面図が示されており、積層ヘッド152のうちの1つを、垂直軸174(図14)を中心として180度回転させる前に、当該積層ヘッド152を、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるよう横方向に並進移動させるプロセスを示している。上述するとともに図14に示したように、積層ステーション150の積層ヘッド152のうちの1つ以上は、各々が、レイアップ材料228(図7)を吐出するように構成された第1サイド158及び第2サイド160を有する。図16は、積層ヘッド152のうちの1つを、当該積層ヘッド152の第1サイド158の使用済み材料ロール224を交換できるようにするために、一連の積層ヘッド152の整列状態から外れるように横方向に並進移動させている状態を示している。図17は、積層ヘッド152の第1サイド158が位置していた場所に積層ヘッド152の第2サイド160が回転移動するように、垂直軸174を中心として積層ヘッド152を180度回転させている状態を示している。
上述したように、積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように横方向に並進移動させることにより、当該積層ヘッド152を回転させるための空間が得られる。図18は、積層ヘッド152を横方向に並進移動させて一連の積層ヘッド152との整列状態に戻すことにより、第2サイド160を材料配置位置206に位置させている状態を示している。図19は、材料再装着位置208にある積層ヘッド152の第1サイド158に、交換用の材料ロール224を設置している状態を示している。交換用材料ロール224は、第1サイド158から使用済みの材料ロール224を取り外した後に、設置することができる。積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように素早く並進移動させて積層ヘッド152を回転させ、次に、レイアップ材料228を吐出する位置に、積層ヘッド152の第2サイド160を素早く移動させることにより、複合積層材400のレイアップの中断時間を最小限に抑え、これにより、製造システム100の処理能力を最大にすることができるという利点がある。
次に、図20~図21を参照すると、積層ヘッド152のうちの1つ以上を、一連の積層ヘッド152との整列状態から外れるように垂直方向に並進移動させることができるように構成された製造システム100の一例の端面図が示されている。図14に示した上述の構成と同様に、図20に示した積層ヘッド152は、各々がレイアップ材料228を吐出するように構成された第1サイド158及び第2サイド160を有する。積層ヘッド152は、横桁108によって支持されており、当該横桁は、ベース部材102から上方に延びる支柱106に其々設けられた一対のリニア作動機構(図示せず)の連携動作などによって、垂直方向に並進移動可能である。図21は、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように独立して上方に並進移動させられて、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152と接触せずに当該積層ヘッド152を回転させるための空間が得られた後の、積層ヘッド152を示している。図21では、例えば、積層ヘッド152の第1サイド158が位置していた場所に、積層ヘッド152の第2サイド160が回転移動するように、垂直軸174(図14)を中心として積層ヘッド152を180度回転させた後、積層ヘッド152を下方に並進移動させて、残りの積層ヘッド152との整列状態に戻す。積層ヘッド152の第1サイド158が材料再装着位置208(図20)にある状態で、積層ヘッド152の第1サイド158にある使用済み材料ロール224を、交換用材料ロール224と交換することができる。上述したように、積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように素早く上方に並進移動させた後、積層ヘッド152を回転させて、積層ヘッド152の第2サイド160を、レイアップ材料228を吐出するための材料配置位置206(図20)まで下方に並進移動させることができるため、複合積層材400のレイアップ中における製造システム100の中断時間を最小限に抑えることができるという利点がある。
次に、図22~図25を参照すると、図22には、一連の積層ヘッド152が水平シャフト176に取り付けられている製造システム100の一例の上面図が示されている。図23は、図22の製造システム100の側面図である。図24は、水平シャフト176に支持されている積層ヘッド152のうちの1つを示す、製造システム100の断面図である。図25は、水平シャフト176を支持するように構成された一対の対向するシャフト支持部材178のうちの1つを示す断面図であり、水平シャフトは、対向するシャフト支持部材178の間に延びている。シャフト支持部材178の各々は、リニア作動機構を含んでおり、リニア作動機構が互いに協働して水平シャフト176を垂直方向に並進移動させることにより、積層ヘッド152のうちの1つ以上を水平シャフト176の上方へと回転させる前又は後に、積層ヘッド152を垂直方向に並進移動させることができる。
図24に示すように、積層ヘッド152の各々の取り付けフレーム154を、水平シャフト176に回転可能に接続することができる。上述したように、積層ステーション150内の積層ヘッド152のうちの1つ以上は、各々がレイアップ材料228(図7)を吐出するように構成された第1サイド158及び第2サイド160を有する。図22~28の例では、各積層ヘッド152の第2サイド160におけるヘッド部品220の配置は、当該積層ヘッド152の第1サイド158におけるヘッド部品220の配置とは逆になっている。積層ヘッド152の各々は、例えば、積層ヘッド152の第1サイド158が位置していた場所に積層ヘッド152の第2サイド160が回転移動することにより、第2サイド160がレイアップ材料228を吐出可能となるよう、水平シャフト176を中心として、独立して少なくとも180度回転することができる。積層ヘッド152を水平シャフト176の上方へと回転させることにより、第1サイド158を材料再装着位置208に移動させることができ、第1サイド158の使用済み材料ロール224を交換用材料ロール224と交換したり、第1サイド158の整備を行ったりすることができる。積層ヘッド152が垂直軸174を中心として独立して180度回転可能な例(例えば、図16~図19)で述べたように、水平シャフト176を中心として1つ以上の積層ヘッド152を回転させることができることにより、積層ヘッド152の使用済み側を、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように素早く回転移動させるとともに、積層ヘッド152における未使用の材料ロール224を有する側を材料配置位置206まで素早く回転移動させることができ、これにより、複合積層材400のレイアップ中における中断時間を最小限に抑えることができ、製造システム100の処理能力を最大にすることができる。
図26~図28を参照すると、図22~図23の積層ステーション150の端面図が示されており、これらは、水平シャフト176を中心として積層ヘッド152を回転させるプロセスを示すものである。積層ヘッド152の第1サイド158は、使用済み材料ロール224を有している。図26は、水平シャフト176及び一連の積層ヘッド152が上方に並進移動されて、水平シャフト176を中心とした回転の際の積層マンドレル122用の空間が確保される状態を示している。図27は、積層ヘッド152の第1サイド158が位置していた場所に、積層ヘッド152の第2サイド160を回転移動させるための、積層ヘッド152のうちの1つの回転を示している。図28は、積層ヘッド152の第2サイド160が、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152のうちの1つ以上と共にレイアップ材料228を吐出できるように、水平シャフト176及び一連の積層ヘッド152が下方に並進移動されている状態を示している。
図29を参照すると、同図には、第1サイド158及び第2サイド160を有する取り付けフレーム154を有する積層ヘッド152の一例が示されている。積層ヘッド152は、第1サイド158に取り外し可能に接続されたヘッドモジュール170、及び、第2サイド160に取り外し可能に接続されたヘッドモジュール170をさらに含む。各ヘッドモジュール170は、フレーム接続要素172を含み、当該接続要素に、上述したヘッド部品220が取り付けられている。各フレーム接続要素172により、各ヘッドモジュール170を取り外し可能に取り付けフレーム154に接続することが可能となり、これにより、後述するように(例えば図30~図33)、ヘッド部品220の保守、材料ロール224の交換、又は、ヘッドモジュール170の交換を行うために、ヘッドモジュール170を取り外すことが可能となる。図29の例では、フレーム接続要素172は、ヘッド部品220が取り付けられるプレートとして構成されている。ただし、フレーム接続要素172は、ヘッド部品220が取り付けられる構造体として機能可能な様々な代替の構造構成のうちの任意の1つとして、提供することができる。図示していないが、各ヘッドモジュール170のフレーム接続要素172は、取り付けフレーム154及び/又はフレーム接続要素172に組み込まれた1つ以上の締結機構(図示せず)を用いて、取り付けフレーム154に取り外し可能に接続することができ、この締結機構は、例えば、コントローラ110の命令を受けて起動される。この点に関し、フレーム接続要素172を取り付けフレーム154に取り外し可能に接続する締結機構は、電気機械式、空気圧式、及び/又は、油圧式を含む様々な手段のうちの任意の1つによって、起動することができる。
図29において、各ヘッドモジュール170は、取り付けフレーム154に対して垂直方向に移動可能となるように構成することができる。例えば、各フレーム接続要素172は、1つ以上の垂直部材180を含み、当該垂直部材は、取り付けフレーム154に含まれている対応する数の垂直溝182内で、垂直方向に摺動可能となるように構成されている。ただし、各ヘッドモジュール170のフレーム接続要素172は、取り付けフレーム154に対する各ヘッドモジュール170の垂直移動を可能にする様々な構成のうちの、任意の1つで構成することができる。いくつかの例において、取り付けフレーム154の一方側のヘッドモジュール170を、当該ヘッドモジュール170の保守を行えるように、上方位置184にロックする一方で、取り付けフレーム154の反対側のヘッドモジュール170は、レイアップ材料228を吐出できるように、垂直方向に移動させることができる。図29の例では、第2サイド160のヘッドモジュール170は、材料再装着位置208にあり、上方位置184にロックされている一方、第1サイド158のヘッドモジュール170は、材料配置位置206にあり、レイアップ材料228の吐出の開始及び停止に対応して、垂直方向に移動可能である。ただし、第1サイド158のヘッドモジュール170を上方位置184にロックする一方、第2サイド160のヘッドモジュール170を、レイアップ材料228を吐出するために垂直方向に移動させることもできる。
いくつかの例において、ヘッドモジュール170が材料再装着位置208にあり、上方位置184にロックされている際は、ヘッド部品220の移動(例えば回転)を防止するために当該ヘッドモジュール170を停止状態としたり、例えば技術者によるヘッドモジュール170の保守又は交換ができるように、当該ヘッドモジュールの移動及び/又はレイアップ材料228の吐出を防止したりしてもよい。上述したように、積層ヘッド152は、例えば、垂直軸174を中心として180度回転可能であることにより、第1サイド158又は第2サイド160のヘッドモジュール170を材料配置位置206に配置する一方で、第1サイド158又は第2サイド160の残りの一方のヘッドモジュール170を、材料再装着位置208に配置することができる。いくつかの例において、各積層ヘッド152は、回転可能な電気接触機構(図示せず)を含んでいてもよく、この機構は、材料再装着位置208に回転移動されているヘッドモジュール170のヘッド部品220を、自動で電気的に非接続状態とする(例えば、電力又は制御信号の送信を遮断する)とともに、材料配置位置206に回転移動されている側のヘッドモジュール170を、自動で電気的に接続する(例えば、電力及び/又は制御信号を送る)ように構成される。積層ヘッド152を回転させて、第1サイド158又は第2サイド160を、材料再装着位置208又は材料配置位置206に選択的に位置させることは、複合積層材のレイアップを中断することなく、積層ステーション150内の積層ヘッド152に対する保守(例えば、材料ロール224の交換、ヘッド部品220の修理及び/又は交換、ヘッドモジュール170の交換など)が行えるという技術的効果を有する。この点に関し、積層ヘッド152の第1サイド158及び第2サイド160を、材料配置位置206と材料再装着位置208との間で選択的に回転させることが可能なことにより、製造システム100の中断時間を最小限に抑えることができ、結果として、製造システムの処理能力を最大にすることができる。
図30~図33を参照すると、積層ヘッド152の各々が、図29を参照して上述した構成と同様の取り付けフレーム154に取り付けられたヘッドモジュール170を有する、積層ステーション150の一部の上面図が示されている。図30~図33は、積層ヘッド152のうちの1つを、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるよう横方向に並進移動させて、当該横方向に並進移動した積層ヘッド152のヘッドモジュール170を交換できるようにするプロセスを示している。ただし、図示しない例において、積層ステーション150は、一連の積層ヘッド152が互いに十分に離間しており、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように積層ヘッド152を並進移動させなくても、各積層ヘッド152が垂直軸174を中心として180度回転するための空間を有するような構成としてもよい。
さらに図30~図33を参照すると、ヘッドモジュール170は、様々な理由で交換することができる。例えば、材料ロール224を使い終わった際にヘッドモジュール170を交換してもよいし、ヘッド部品220の整備が必要であるか、あるいは別の構成のヘッド部品220が必要である場合に、ヘッドモジュール170を交換してもよい。図30は、1つの積層ヘッド152を、一連の積層ヘッド152との整列状態から外れて横方向に並進移動させている状態を示している。図31は、ヘッドモジュール170が一連の積層ヘッド152とは反対側を向くように、垂直軸174(図14)を中心として当該積層ヘッド152を180度回転させている状態を示している。図32は、使用済みの材料ロール224を有するヘッドモジュール170が、新しい材料ロール224を有するヘッドモジュール170と交換されている状態を示している。図33は、積層ヘッド152を並進移動させて、一連の積層ヘッド152との整列状態に戻している状態を示している。ヘッドモジュール170の交換は、手動で行ってもよいし、後述するとともに図34~図39に示す再装着システム450と同様に構成された再装着システム450によって、自動で行ってもよい。
図16~図19及び図20~図21の例に関して上述したように、図30~図33において、材料ロール224を使い終わった後に、積層ヘッド152を素早く回転させてヘッドモジュール170を交換できることにより、製造システム100の中断時間を最小限に抑えることができ、これにより、処理能力を最大にすることができる。また、ヘッドモジュール170を積層ヘッド152の取り付けフレーム154の第1サイド158及び/又は第2サイド160に取り外し可能に接続するフレーム接続要素172(図29)の上述の構成により、製造システム100のダウンタイムを最小限に抑え且つ最低限のハードウェアコストで、様々なタイプのヘッドモジュール170を、積層ヘッド152のうちの任意のものに、素早く取り付けることができる。例えば、裏打ち処理材料226を吐出するように構成されたヘッド部品220を有するヘッドモジュール170を、金属メッシュ又は非粘着性加工層などの裏打ち処理用でないレイアップ材料228を吐出するように構成されたヘッド部品220を有するヘッドモジュール170と、素早く交換することができる(例えば図30~図33)。この点に関し、積層ヘッド152が回転する(例えば、図16~図19、図20~図21、図22~図28、図29~図33)あるいは交換される(図34~図39)本明細書に開示の実施形態のいずれも、材料補充、材料交換、及び/又は、積層ヘッドの整備に関して、全体的なハードウェアコストを最小限に抑えつつ、最大の融通性をもたらす。
製造システム100(例えば図40)のいくつかの例において、1つ以上の交換用ヘッドモジュール170を、積層ステーション150の近傍に保管することにより、例えば材料ロールを使い終わった際などに、ヘッドモジュール170を素早く交換することができる。いくつかの例において、交換用ヘッドモジュール170は、レイアップされる複合積層材400のプライ積層配列に基づいて、比較的需要が高いレイアップ材料228を吐出する積層ヘッド152の交換用として保管してもよい。これに対し、プライ積層配列に基づいて比較的需要が低いレイアップ材料228を吐出する積層ヘッド152の交換用としては、交換用ヘッドモジュール170を保管しなくともよい。ただし、場合によっては、高需要のレイアップ材料228を吐出する積層ヘッド152とほぼ同時に使い終わることが予想される低需要のレイアップ材料228を吐出する交換用ヘッドモジュール170を、製造システム100に保管しておくことが、望ましい場合もある。これについて、ヘッドモジュール170の交換のために製造システム100を中止させる回数を最小限に抑える手段として、使い終わりに近付いている低需要のレイアップ材料228を吐出しているヘッドモジュール170を、高需要のレイアップ材料228を吐出しているヘッドモジュール170と同時に交換してもよく、これにより、製造システムの中断時間を最小限にできるという利点がある。また、このような構成によれば、複合積層材のプライ積層配列に基づくレイアップ材料の需要の程度にかかわらず、各積層ヘッド152用に交換用ヘッドモジュール170を保管するように製造システム100を構成した場合に発生するであろうハードウェアコストを、最小限に抑えることができる。
図34~図35を参照すると、自動による(手作業を含まない)積層ヘッド152の交換を行うために、製造システム100に設けることができる再装着システム450の一例が示されている。一例において、再装着システム450は、積層ヘッド152の材料ロール224を使い終わった際や、積層ヘッド152の整備が必要な際に、積層ヘッド152を交換するために、コントローラ110によって起動される。図34は、製造システム100の側面図であり、例えば少なくとも積層ステーション150の長さに沿って延びる再装着システム450を示している。図35は、図34の製造システム100の上面図である。図示の例では、各積層ヘッド152は、積層ヘッド152の一方側(例えば第1サイド158)には、積層面120にレイアップ材料228(図7)を配置するためのヘッド部品220があるが、積層ヘッド152の反対側(例えば第2サイド160)には、ヘッド部品220が無い構成とされている。再装着システム450は、例えば、ヘッド搬送機構452を含み、この機構は、略垂直に配置された構造要素(例えば垂直向きのプレート)として示されており、リニア搬送機構(図示せず)によって、積層ステーション150の長手方向に沿って延びる1つ以上の水平レール457に沿って移動可能である。例えば、水平レール457は、再装着システム450の再装着ステーション460と保持ステーション462との間に延びている。再装着ステーション460は、例えば、交換用の積層ヘッド466を支持するように構成される。保持ステーション462は、例えば、取り外された積層ヘッド468を支持するように構成される。
図34~図37の例において、再装着システム450は、再装着ステーション460と保持ステーション462との間に延びる、垂直方向に離間した一対の水平レール457を含んでいる。ヘッド搬送機構452は、水平レール457に沿って移動し、積層ステーション150から積層ヘッド152のうちの1つを取り外し、取り外した積層ヘッド468を保持ステーション462(図34)に移送し、再装着ステーション460(図34)から交換用積層ヘッド466を取得し、交換用積層ヘッド466を、取り外した積層ヘッド468に代えて積層ステーション150に設置し、取り外した積層ヘッド468を、保守のために、保持ステーション462から再装着ステーション460に移送するように構成されている。上述したように、取り外した積層ヘッド468の保守を行うことは、例えば、取り外した積層ヘッド468の使用済み材料ロール224を交換することを伴い、さらに、取り外した積層ヘッド468の整備を行うことを伴う。積層ヘッド152の自動交換は、比較的迅速に行うことができ、これにより、製造システム100の中断時間が低減し、結果として複合積層材400の製造速度を上げることができ、有利である。
図36は、交換用積層ヘッド466を支持するために再装着ステーション460に設けられたヘッドホルダー463の一例を示している。製造システム100は、取り外された積層ヘッド468を支持するために保持ステーション462に設けられたヘッドホルダー463も含んでいる。図36の例では、ヘッドホルダー463は、再装着システム450から横方向外側に延びる片持ち梁を含む。各ヘッドホルダー463は、例えば各積層ヘッド152に設けられたヘッド接続要素156(図37)に取り外し可能に接続するように構成された、再装着器接続要素464を含みうる。各再装着器接続要素464は、磁気接続及び/又は機械式接続を含む様々な手段のうちの1つを用いて、取り外し可能にヘッド接続要素156に接続することができる。ヘッドホルダー463の再装着器接続要素464は、例えば、コントローラ110の命令により起動して、積層ヘッド152のヘッド接続要素156に対する着脱を行う。
図37~図39において、ヘッド搬送機構452は、ヘッド搬送機構452から横方向外側に延びるヘッド係合梁454(例えば図37)を含んでいてもよい。ヘッド係合梁454は、リニア作動機構(図示せず)によって、ヘッド搬送機構452上で垂直方向に移動可能とすることができる。例えば、図34に示すように、ヘッド搬送機構452は、1つ以上の垂直レール458(図34)を含み、当該垂直レールに沿ってヘッド係合梁454を垂直方向に並進移動させることができる。積層ヘッド152の各々は、ヘッド支持梁456に取り外し可能に支持されている。ヘッド支持梁456は、例えば、積層ステーション150の長手方向に沿って延びており、一連の積層ヘッド152を互いに整列状態で積層面120の上方で支持するように構成されている。図示の例では、ヘッド支持梁456は、アセンブリを含み、当該アセンブリでは、後述するように、ヘッド搬送機構452が積層ヘッド152のうちの1つのヘッド接続要素156と係合して当該積層ヘッド152を上方に並進移動させる際に、各積層ヘッド152をヘッド支持梁456から独立して取り外すことが可能である。
図37~図39をさらに参照すると、ヘッド搬送機構452のヘッド係合梁454は、例えば、リニア作動機構(図示せず)によってヘッド係合梁454から横方向に伸張可能な再装着器係合要素470(図38~図39)をさらに含む。図38に示すように、再装着器係合要素470の自由端は、例えば、一連の積層ヘッド152内の積層ヘッド152の1つのヘッド接続要素156と係合するように構成されている。積層ヘッド152のうちの1つのヘッド接続要素156が再装着器係合要素470に係合すると、ヘッド係合梁454が垂直方向上方に並進移動して(図39)、取り外された積層ヘッド468(図34~図35)を、保持ステーション462(図34~図35)におけるヘッドホルダー463の再装着器接続要素464(図34~図35)の高さまで持ち上げる。
図34に示すとともに上述したように、ヘッド搬送機構452は、取り外された積層ヘッド468を保持ステーション462(図34~図35)まで移送するように構成されており、そうすると、ヘッドホルダー463の再装着器接続要素464が、コントローラ110によって起動されて、取り外された積層ヘッド468のヘッド接続要素156と接続し、取り外された積層ヘッド468をヘッド搬送機構452からヘッドホルダー463に搬送する。空になったヘッド搬送機構452は、次に、保持ステーション462から再装着ステーション460に並進移動し、すると、ヘッドホルダー463の再装着器接続要素464が、コントローラ110によって起動されて、交換用積層ヘッド466をヘッド搬送機構452に引き渡す。ヘッド搬送機構452は、再装着ステーション460から、一連の積層ヘッド152における、取り外された積層ヘッド468が以前にあった位置に、交換用積層ヘッド466を移送することができる。次に、ヘッド係合梁454が、垂直方向下方に並進移動することにより、交換用積層ヘッド466がヘッド支持梁456と係合してこれにより支持されるまで、交換用積層ヘッド466を積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152と同じ高さまで降下させ、これにより、交換用積層ヘッド466を一連の積層ヘッド152と整列状態を構成するよう配置する。再装着器係合要素470は、次に、横方向に引き下がる。
次に、図40を参照すると、再装着システム450と、ヘッドモジュール170として構成された一連の積層ヘッド152とを有する製造システム100の例が示されている。これらのヘッドモジュール170は、例えば、1つの共通の取り付けフレーム154に取り付けられている。ヘッドモジュール170の各々は、図29に示すとともに上述したヘッドモジュール170の構成と同様に構成することができる。例えば、図40の各ヘッドモジュール170は、フレーム接続要素172(例えばプレート)を有しており、このフレーム接続要素に、ヘッド部品220(例えば、材料供給ドラム222、裏打ち層回収ドラム300、材料吐出機構260など)が取り付けられている。各ヘッドモジュール170のフレーム接続要素172は、例えば、フレーム接続要素172の上に取り付けられた、図37に示したヘッド接続要素156と同様のヘッド接続要素156を含む。図40において、フレーム接続要素172は、一方側(例えば取り付けフレーム154の第1サイド158)に取り外し可能に取り付けられるように構成されており、取り付けフレーム154の反対側(例えば第2サイド160)には、フレーム接続要素172及びヘッド部品220が無い。
図40において、図40の取り付けフレーム154は、例えば、図37~図39に示すとともに上述したヘッド支持梁456と同様に構成される。例えば、図40の取り付けフレーム154は、複合積層材400をレイアップするための積層面120の上方に、一連のヘッドモジュール170を互いに整列させて支持している。各ヘッドモジュール170は、取り付けフレーム154から独立して取り外すことが可能である。上述したように、ヘッド搬送機構452は、例えば、ヘッド接続要素156と係合してヘッドモジュール170を上方に並進移動させることにより、ヘッドモジュール170のうちの1つを、取り付けフレーム154から取り外すように構成されている。ヘッド搬送機構452は、例えば、取り外したヘッドモジュール170を保持ステーション462(例えば図34)に移送し、再装着ステーション460(例えば図34)のヘッドホルダー463から交換用ヘッドモジュール170を取得し、この交換用ヘッドモジュール170を、取り外したヘッドモジュールがあった位置に設置し、取り外したヘッドモジュール170の材料ロール224の交換や、取り外したヘッドモジュール170のヘッド部品220の整備などの保守を行うために、取り外したヘッドモジュール170を、保持ステーション462から再装着ステーション460に移送する。
次に、図41~図44を参照すると、製造システム100の一例の一連の上面図が示されており、当該製造システムは、積層面120が積層ステーション150を通過して第1進行方向128に沿って並進移動する間に、複合積層材400がレイアップされ、これと同時に複合積層材400がトリミングされ、その後、積層面120及び複合積層材400が、反対方向に、第2進行方向130に沿って積層ステーション150を通過して並進移動により戻されるものである。例えば、図41は、積層マンドレル122が積層面ステージングポジション132から積層面ホームポジション134まで横方向に移動した後の、積層面ホームポジション134内の積層マンドレル122の初期位置を示している。図42は、複合積層材400が積層ヘッド152によってレイアップされつつ、第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通過している積層マンドレル122を示している。一例において、積層ヘッド152は、例えば、1つの進行方向(例えば第1進行方向128)に沿って移動している積層面120に対してのみレイアップ材料228を配置し、第1進行方向128とは反対の第2進行方向130に沿って移動している時の積層面120には、積層ヘッド152は、レイアップ材料228を配置することができない。
これに代えて、図示しない実施形態において、積層ヘッド152は、例えば、第2進行方向130に沿って移動している積層面120に対してのみレイアップ材料228を配置し、第1進行方向128に沿って移動している積層面120には、積層ヘッド152がレイアップ材料228を配置することができない構成としてもよい。図42では、積層マンドレル122が、積層ステーション150を出て、積層ステーション150と積層面後方ポジション136との間に位置するトリミングステーション310を通過する際に、複合積層材400がトリミング装置312によってトリミングされている状態が示されており、複合積層材400の積層とトリミングとが同時に行われる様子が示されている。図43は、積層マンドレル122が積層面後方ポジション136内に位置し、トリミングされた状態の複合積層材400を支持している状態を示している。
図44は、第2進行方向130に沿って、積層ステーション150を通過して積層面ホームポジション134まで並進移動により戻った後の積層マンドレル122を示している。いくつかの例において、積層マンドレル122が積層ステーション150を通過して第2進行方向130に沿って移動する際に、積層ヘッド152が複合積層材400に追加のレイアップ材料228を配置してもよい。この場合、後述するように、積層ヘッド152のうちの1つ以上が、双方向レイアップ機能を有する必要がある。図44において、積層マンドレル122は、例えば、コンベヤーシステム(図示せず)又はロボットシステム(図示せず)によって、積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に、横方向に搬送される。積層マンドレル122が積層面除去ポジション138にある状態では、二次的なトリミング、デバルク、成形、及び/又は硬化などの複合積層材400のさらなる処理を行うために、複合積層材400を有する積層マンドレル122を、別の製造現場又は場所に移動させることができる。あるいは、複合積層材400を積層マンドレル122から移動あるいは除去し、積層マンドレル122を積層面ステージングポジション132に戻すこともできる。いくつかの例において、除去の前に、複合積層材400の後処理に用いられる材料又は部品を、複合積層材400に事前配備してもよい。例えば、剥離プライ、剥離フィルム、ブリーザー布、バギングフィルム、ブラダ(bladders)、エッジ密封材、真空フィッティング(vacuum fittings)、あて板(caul plate)、アール状フィラー、及び、様々な後処理工程のうちの任意の1つにおいて使用される様々な他の材料及び/又は部品のうちの任意の1つ以上を、複合積層材400に事前配備してもよい。
図45~図48を参照すると、例えば単一の吐出方向204(図7)に沿ってレイアップ材料228を吐出することにのみ限定された構成の積層ヘッド152を有する製造システム100の一例の、一連の上面図が示されている。ただし、図示しない実施形態において、積層ヘッド(図示せず)は、互いに逆向きの方向のいずれにもレイアップ材料228を吐出するようにヘッド部品220が構成されている、双方向レイアップ機能を有していてもよい。図45~図48では、積層マンドレル122は、積層ヘッド152のいずれもレイアップ材料228を配置しない状態で、第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通過して並進移動し、その後、並進移動により第2進行方向130に沿って積層ステーション150を通過して戻る際に複合積層材400がレイアップされる。積層ステーション150を出て積層面ホームポジション134に向かって移動する間に、複合積層材400がトリミングされる様子も示されている。図45は、最初に積層面ホームポジション134に位置している積層マンドレル122を示している。図46は、積層ヘッド152のいずれもレイアップ材料228を配置していない状態で、積層ステーション150を通過した後に、積層面後方ポジション136に位置している積層マンドレル122を示している。
図47は、積層マンドレル122が第2進行方向130に沿って移動し、この間に、積層ヘッド152がレイアップ材料228を配置することにより複合積層材400をレイアップし、積層マンドレル122が積層ステーション150を出て積層面ホームポジション134に向かって移動する際に、当該複合積層材が、トリミングステーション310によってトリミングされている状態を示している。図48は、積層面ホームポジション134から横方向に移動させられた後の、積層面除去ポジション138に位置する積層マンドレル122を示している。図45~図48の製造システム100の例によれば、積層マンドレル122の配備及び除去を同じ場所(例えば積層面ホームポジション134)で行うことができ、これは、製造システム100の一端(例えば積層面ホームポジション134)で積層マンドレル122が製造システム100に配備され、製造システム100の他端で製造システム100から積層マンドレル122が除去される構成と比べて、製造システム100の稼働に必要とされる工場の床面積を削減できるという利点がある。
図41~図44、図45~図48、及び、図51~図54に示した製造システム100は、積層ステーション150の両端の各々にトリミングステーション310を有するが、製造システム100は、積層ステーション150の両端のうちの1つの近傍に位置する1つのトリミングステーション310のみを有していてもよい。例えば、製造システム100は、積層ステーション150の両端のうち、複合積層材400が積層ステーション150を出る側の端部から見て下流側に、単一のトリミングステーション310を備えており、複合積層材400のレイアップと同時にトリミングが行われる構成であってもよい。しかしながら、積層ステーション150の両側の各々にトリミングステーション310を設けることにより、第1進行方向及び/又は第2進行方向に沿って移動する積層面120に複合積層材400をレイアップができるように製造システム100を稼働することができ、これによれば、製造施設内の利用可能な床面積及び/又は生産フローの方向に基づいて、製造施設内に製造システム100を設置する際に、位置及び/又は向きに関して融通性を持たせることができる。
図49を参照すると、積層面ステージングポジション132、積層面ホームポジション134、及び、積層面除去ポジション138の間で、積層マンドレル122を面内方向において横方向に移動させるように構成された製造システム100の一例の端面図が示されている。例えば、製造システム100は、コンベヤーシステム(図示せず)又はレールシステム(図示せず)及びリニア作動機構(図示せず)を含み、これらは、第1複合積層材400aをレイアップ及びトリミングするために第1積層マンドレル122aを積層ステーション150を通過させて並進移動させる前に、積層面ステージングポジション132から積層面ホームポジション134に、第1積層マンドレル122aを面内移動させるためのものである。例えば、製造システム100(例えばコンベヤーシステム、レールシステム‐図示せず)は、第1積層マンドレル122a/第1複合積層材400aが積層面ホームポジション134に戻った後に、第1積層マンドレル122a/第1複合積層材400aを、図49に示すように、積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に面内移動させるように構成されており、第2積層マンドレル122bが、積層面ホームポジション134に移動させられた後、第2複合積層材400bをレイアップするために積層ステーション150を通過して並進移動し、この間に、第1複合積層材400aが第1積層マンドレル122aから除去され、第1積層マンドレル122aは、積層面ステージングポジション132へと面内並進移動させられる。第1積層マンドレル122a及び第2積層マンドレル122bに複合積層材400を交互にレイアップする上述のプロセスは、任意の回数繰り返すことができる。
図50を参照すると、積層面ホームポジション134及び積層面除去ポジション138は有するものの、積層面ステージングポジション132の無い製造システム100の実施形態の一例の端面図が示されている。図50の製造システム100は、例えば、上述したコンベヤーシステム(図示せず)、レールシステム(図示せず)、自動運転車(図示せず)を含む様々な機構のうちの1つ以上を用いて、且つ/又は、オーバーヘッドガントリー(図示せず)、ロボット装置(図示せず)、又は他の機構を用いて、面内移動と面外移動(out-of-plane movement:例えば垂直移動)とを組み合わせて積層マンドレル122を移動させるように構成されている。例えば、第1積層マンドレル122aが積層ステーション150を通過して、第1複合積層材400aがレイアップ及びトリミングされ、第1積層マンドレル122aが積層面ホームポジション134に戻った後、図50に示すように、第1積層マンドレル122a/第1複合積層材400aが、積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に面内方向において横方向に移動させられ、第1複合積層材400aが、第1積層マンドレル122aから除去され、その間に、第2積層マンドレル122bが、積層面ホームポジション134に移動させられて、第2複合積層材400bをレイアップするために、第2積層マンドレル122bが積層ステーション150を通過し、その後、第2積層マンドレル122b/第2複合積層材400bは、積層面ホームポジション134に戻る。第2積層マンドレル122b/第2複合積層材400bは、面内方向において、積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に横方向に移動させられ、その間に、第1積層マンドレル122aは、積層面除去ポジション138から持ち上げられて、積層面ホームポジション134に降ろされる。2つの異なる積層マンドレル122に複合積層材400を交互にレイアップする上述のプロセスは、任意の回数繰り返すことができる。
図49及び図50に示した構成の技術的効果は、積層面ホームポジション134と、積層面ステージングポジション132と、積層面除去ポジション138との間で(図49)、あるいは、積層面ホームポジション134と積層面除去ポジション138との間で(図50)、複数の積層マンドレル122を巡回させることにより、複合積層材400をレイアップする速度を上げることができることである。図49の構成と図50の構成のいずれを選択するかは、例えば、製造システム100が設置される生産施設の構造に基づいて判断すればよく、床面積の制限や垂直方向のスペースの制約などの様々な要素を考慮して判断すればよい。図示しない実施形態において、製造システム100は、複合積層材400をレイアップするための積層マンドレル122を1つだけ含んでいてもよく、この場合、例えば、当該積層マンドレル122/複合積層材400を積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138まで移動させて複合積層材を除去した後、別の複合積層材400をレイアップするために積層ステーション150内をもう一度通過させるべく、積層材が除去された後の積層マンドレル122を積層面ホームポジション134に戻す。
本明細書に開示の実施形態の任意の1つにおいて、少なくとも2つの積層マンドレル122(例えば、第1積層マンドレル122a及び第2積層マンドレル122b)が、積層面ホームポジション134及びこれと隣接する位置(例えば積層面ステージングポジション132及び/又は積層面除去ポジション138)などの2つ以上の位置の間でシフトされるように、製造システム100を稼働させることができる。少なくとも2つの積層マンドレル122を用いて、上述したように製造システム100を稼働させることにより、製造システム100では、一方の積層マンドレル122を、製造システム100を通過させて(例えば積層ステーション150を通過させて)新たな複合積層材400をレイアップし、この間に、残りの一方の積層マンドレル122から、完成したばかりの複合積層材400を取り除いて(例えば積み降ろして)、これを二次的なトリミング、デバルク、成形、及び/又は硬化などのさらなる処理を行うために別の場所(図示せず)に移送することができる。
次に、図51~図54を参照すると、ループ法により複合積層材400をレイアップする製造システム100の一例の一連の上面図が示されており、当該ループ法では、積層マンドレル122は、第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通って並進移動し、積層面ホームポジション134に戻る際には、積層ステーション150を迂回する。例えば、図51は、積層面ステージングポジション132から積層面ホームポジション134まで横方向に移動した後の、積層マンドレル122の初期位置を示している。図52は、第1進行方向128に沿って、積層ステーション150及びトリミングステーション310を通過して、積層面後方ポジション136に向かって移動している積層マンドレル122を示している。図53は、積層マンドレル122が積層面後方ポジション136に位置し、トリミングされた状態の複合積層材400を支持している状態を示している。図54は、積層ステーション150を迂回した後、積層面マンドレル122のホームポジションに戻っている積層マンドレル122を示している。図示しないが、製造システム100は、例えば、積層マンドレル122を、積層面後方ポジション136から、積層ステーション150を迂回して積層面除去ポジション138に搬送するための、上述したような1つ以上のコンベヤーシステム、ロボット装置、又は他の機構を含む。上述したように、製造システム100は、積層ステーション150の両端のうちの1つの近傍に、1つのトリミングステーション310のみを有していてもよい。例えば、製造システム100は、積層ステーション150からの複合積層材400の出口の下流側に、トリミングステーション310を1つだけ有していてもよい。
次に、図55~図58を参照すると、別のループ法により複合積層材400をレイアップする製造システム100の一例の一連の上面図が示されており、当該ループ法では、積層マンドレル122は、最初に第1進行方向128に沿って移動する際に積層ステーション150を迂回し、積層マンドレル122が第2進行方向130に沿って積層ステーション150を通って移動する際に、複合積層材400がレイアップ及びトリミングされる。図55は、積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に移動した後の、積層マンドレル122の初期位置を示している。図51~図54を参照して上述したように、製造システム100は、例えば、積層マンドレル122を、積層面除去ポジション138から、積層ステーション150を迂回して積層面後方ポジション136に搬送するためのコンベヤーシステム(図示せず)及び/又はロボット装置(図示せず)などの1つ以上の機構を含む。
図56は、積層ステーション150を迂回した後、積層面後方ポジション136に位置している積層マンドレル122を示している。図57は、積層マンドレル122が、第2進行方向130に沿って、積層ステーション150及びトリミングステーション310を通って積層面ホームポジション134に向かって移動する間に、複合積層材400の積層とトリミングとが同時に行われる様子を示している。図58は、積層マンドレル122が積層面ホームポジション134に位置し、トリミングされた状態の複合積層材400を支持している状態を示している。図51~図54及び図55~図58に示した、複合積層材400の上述したループ法によるレイアップによれば、積層マンドレル122が積層ステーション150を通って並進移動する頻度が増すことにより、複合積層材400の製造速度を比較的速くすることができるという利点がある。
上述したように、積層ヘッド152のうちの1つ以上は、第1進行方向128に沿って移動する積層面120及び第2進行方向130に沿って移動する積層面の両方に、積層ヘッド152がレイアップ材料228を吐出することができる、双方向レイアップ機能を有していてもよい。双方向レイアップ機能によれば、積層マンドレル122のうちの1つ以上が、積層ステーション150を第1進行方向128に沿って通過する際と第2進行方向130に沿って通過する際との両方において、積層ヘッド152がレイアップ材料228を吐出することができ、これによれば、一方向に沿って移動する(例えば第1進行方向128のみ又は第2進行方向130のみ)1つ以上の積層マンドレル122のみに、レイアップ材料228を吐出する構成の積層ヘッド152を積層ステーション150が含む場合と比べて、より短時間で、より積層厚みの大きい複合積層材400をレイアップすることができるという利点がある。このような例の積層ヘッド152は、上述した製造システム100の実施形態のうちのいずれにおいても、実施することができる。また、いくつかの例において、新しい材料ロール224を材料供給ドラム222に設置する度に必要となる、裏打ち処理材料226(例えば裏打ち層230によって裏打ちされたレイアップ材料228)を積層ヘッド152にかけ通す作業を、自動で(手作業を含まずに)行うことができる自動通し機能を、積層ヘッド152が有していてもよい。本明細書に開示の製造システム100の任意の1つにおいて、双方向レイアップ機能は有しないが自動通し機能を有する積層ヘッド152を用いてもよい。同様に、本明細書に開示の製造システム100の任意の1つにおいて、自動通し機能は有しないが、双方向レイアップ機能を有する積層ヘッド152を用いてもよい。
図59~図62を参照すると、積層ヘッド152が積層面120にレイアップ材料228を連続的に吐出するように構成された製造システム100の一例が示されている。製造システム100は、複合積層材400を横断方向に定期的に切断することにより複合積層材400を並んだ長手方向セグメント401に分割するように構成された、1つ以上のトリミング装置312を含む。図59~図62において、積層面120は、並んだ一連の積層マンドレル122を含む。一連の並んだ積層マンドレル122は、任意の構成として、隣接する積層マンドレル122の各対が、機械的リンク機構(図示せず)などによって連結又は接続されていてもよい。上述したように、積層マンドレル122は、互いにわずかに離間していてもよいし、互いに当接していてもよい。製造システム100は、並んだ積層マンドレル122に、複合積層材400を連続的にレイアップするように構成されている。1つ以上のトリミング装置312は、積層ステーション150から出る複合積層材400に横断カット314を形成することにより、連続する複合積層材400を、一連の並んだ長手方向セグメント401に分割するように構成されている。図59は、複合積層材400をレイアップするプロセスの最初の段階における製造システム100の上面図であり、ベース部材102に沿って、積層面ホームポジション134から積層ステーション150内に移動している積層マンドレル122を示している。積層ステーション150に入りつつある各積層マンドレル122に接触して並ぶように、追加の積層マンドレル122を、ベース部材102に載置することができる。
例えば、図60に示すように、追加の積層マンドレル122を、互いに接触して並ぶようにベース部材102に順に載置し、これらを、積層ステーション150を通って連続的に移動させることができる。図60には、積層ステーション150を出る積層マンドレル122に支持されている複合積層材400の一部も示されている。さらに、複合積層材400の長手方向に対して横断方向に沿って移動することにより、複合積層材400に横断カット314を形成し、複合積層材400を、並んだ長手方向セグメント401に分割するように構成されたトリミング装置312も示されている。図60は、一対の積層マンドレル122が互いに接する箇所で、複合積層材400に横断カット314を形成するトリミング装置312を示しているが、複合積層材400の任意の位置に横断カット314を形成することにより、個々の積層マンドレル122の長さに関わらず、複合積層材400を任意の長さの長手方向セグメント401に分割することができる。図61は、積層マンドレル122のうちの積層面後方ポジション136に位置する積層マンドレルを示すとともに、当該積層マンドレル122の上にある長手方向セグメント401を示す、製造システム100の上面図である。また、ベース部材102から除去された後の積層マンドレル122も、二点鎖線で示している。加えて、積層マンドレル122から除去された後の複合積層材400の長手方向セグメント401も、二点鎖線で示している。図62は、積層ステーション150を通過している一連の並んだ積層マンドレル122を示すとともに、積層マンドレル122への複合積層材400の連続的なレイアップを示す、製造システム100の側面図である。
図59~図62において、各長手方向セグメント401が積層面後方ポジション136に到着する際に、長手方向セグメント401を順に積層面120から除去することができる。一例において、各長手方向セグメント401は、積層面後方ポジション136に配置されたピックアンドプレースマシン(pick-and-place machine)などのセグメント除去機構(図示せず)によって、除去することができる。あるいは、各長手方向セグメント401を積層マンドレル122から持ち上げるとともに、後処理を行うための別の場所に任意で移送するように構成された1つ以上のロボット装置又は様々な他の手段のうちの任意の1つを用いて、長手方向セグメント401を除去してもよい。さらなる一例において、1人以上の技術者によって、長手方向セグメント401を手作業で除去してもよい。積層マンドレル122に支持された1つ以上の長手方向セグメント401を除去した後、コンベヤーシステム(図示せず)、ロボット装置(図示せず)、自動運転車(図示せず)、手作業による移送、又は他の機構の利用によって、積層マンドレル122を積層面ホームポジション134に戻し、製造システム100の最後尾の積層マンドレル122の後ろに並べてベース部材102に再び載置することができる。
図示しない実施形態において、1つ以上のトリミング装置312は、積層面120が製造システム100に沿って複合積層材400を移動させている間に、横断カット314を形成して複合積層材400を分割するように構成してもよい。これに代えて、トリミング装置312が複合積層材400を横切って移動して横断カット314を形成できるように、積層面120の移動を一時的に停止してもよい。図示しないが、製造システム100は、複合積層材400が長手方向セグメント401に分割される前、分割中、又は分割後に、複合積層材400の側縁をトリミングするように構成された追加のトリミング装置312を含んでいてもよい。
複合積層材400のレイアップ中、及び/又は、複合積層材の切断及び/又はトリミング中は、任意の構成として積層マンドレル122の外面に形成された複数の開口144(図6)に流体的に接続された真空圧力源146(図62)によって生成される真空圧を用いて、複合積層材400を積層マンドレル122に固定することができる。上述したように、積層ヘッド152によってレイアップ材料228を吐出する前に、剥離プライ(図示せず)を積層マンドレル122に配置してもよい。真空圧により、剥離プライが積層マンドレル122に固定され、レイアップ材料228は、積層マンドレル122への吐出中及び/又は複合積層材400の切断又はトリミング中にレイアップ材料228がずれるのを防止するために、剥離プライに接着する程度の粘着性を有するものとすればよい。これに代えて、剥離プライは用いずに、積層マンドレルに吐出されるレイアップ材料の第1層に真空圧を直接付与してもよい。
図63~図66を参照すると、複合積層材400の連続積層用に構成された製造システム100のさらなる例が示されている。当該製造システム100は、並んで静止状態にあるように配置されて積層ステーション150を構成する一連の積層ヘッド152を有する。この一連の積層ヘッド中の各積層ヘッド152は、吐出方向204(図7)に沿ってレイアップ材料228を吐出するように構成されている。製造システム100は、積層ステーション150の下で、吐出方向204に概ね沿った方向に移動可能な外面を有する積層ベルト124を含む。積層ヘッド152は、積層ベルト124の外面が積層ステーション150を通過する際に、積層ベルト124の外面又は先に配置されたレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228を順に配置することにより、所望のプライ積層配列で配置された複合材プライの積層体を有する複合積層材400を形成するように構成されており、プライ積層配列は、積層ステーション150内の積層ヘッド152の相対位置によって決まる。
製造システム100は、積層ステーション150の下流側に位置するとともに、複合積層材400に横断カット314を定期的に形成することにより、複合積層材400を長手方向セグメント401に分割するように構成された1つ以上のトリミング装置312をさらに含む。図63は、移動中の積層ベルト124にレイアップ材料228を吐出する前の製造システム100の上面図である。いくつかの例において、積層ステーション150内の積層ヘッド152のうちの1つは、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152がレイアップ材料228を吐出する前に、積層ベルト124の外面に剥離プライの保護層を吐出するように構成されていてもよい。積層マンドレル122の上述した任意の構成と同様に、積層ベルト124は、積層ベルト124の外面と、積層ヘッド152によって吐出されたレイアップ材料228との間に真空力を形成するために、真空圧力源146(図66)に流体的に接続された複数の開口144(図6)を含んでもよい。真空力により剥離プライが積層ベルト124に固定され、レイアップ材料228が、剥離プライに接着することにより、複合積層材400のレイアップ、トリミング、及び/又は切断中に、積層ベルト124に対して複合積層材400がずれることが防止される。
図64は、積層ステーション150内における複合積層材400の連続的なレイアップ、及び、積層ステーション150を出た後の複合積層材400の一部を示す、製造システム100の上面図である。また、複合積層材400に横断カット314を形成して、複合積層材400を並んだ長手方向セグメント401に分割するトリミング装置312も示されている。図59~図62に示した製造システム100の実施形態に関して上述したように、図63~図66の製造システム100の1つ以上のトリミング装置312は、積層ベルト124の移動が一時的に停止されている間に複合積層材400を横断方向に切断し、その後、積層ベルト124の移動が再開されるように構成することができる。これに代えて、上述したように、1つ以上のトリミング装置312は、積層ベルトが移動し続けている間に横断カット314を形成するように構成することもできる。製造システム100は、横断カット314を形成することに加えて、複合積層材400の側縁又は他の部分のトリミングなどの複合積層材400のトリミングを行うように構成された、1つ以上のトリミング装置312を含んでもよい。
図65は、トリミング装置312によって複合積層材400に形成され、複合積層材400を長手方向セグメント401に分割する横断カット314の位置を示す、製造システム100の上面図である。また、積層ベルト124から除去された後の長手方向セグメント401も、二点鎖線で示している。各長手方向セグメント401は、ロボット装置(図示せず)、コンベヤーシステム(図示せず)、手作業、または他の様々な手段のうちの任意の1つによって、除去することができる。図66は、積層ベルト124への複合積層材400の連続的なレイアップを示す、製造システム100の側面図である。
図59~図66の積層ステーション150は、レイアップ材料228の吐出中にユニットとして垂直方向に移動可能な積層ヘッド152によって構成されているが、製造システム100の実施形態のうちのいずれも、図29~図33に示すとともに上述したものと同様の、垂直移動可能及び/又は取り外し可能なヘッドモジュール170として構成された積層ヘッド152を含むことができる。これに代えて又は加えて、図59~図66の製造システム100の構成のうちのいずれも、上述且つ/又は図14、図16~図21に図示した、積層ヘッド152のうちの1つ以上を回転させる機能を有していてもよく、これによれば、積層ヘッド152、ヘッドモジュール170の迅速な交換、及び/又は材料ロール224の迅速な交換や、複合積層材400の積層を中断せずに積層ヘッド152又はヘッドモジュール170を整備することが可能となる。移動中の一連の並んだ積層マンドレル122又は積層ベルト124に複合積層材400を連続してレイアップできることは、製造システム100の処理能力を最大にできるという利点がある。
図67を参照すると、複合積層材400を製造する方法500に含まれる動作のフローチャートが示されている。工程502は、並んで静止状態にあるように配置されて、積層ステーション150(例えば図1~図6)を構成する複数の積層ヘッド152から、吐出方向204に沿ってレイアップ材料228を吐出することを含む。上述したように、各積層ヘッド152は、裏打ち処理材料226の材料ロール224を支持するように構成された少なくとも1つの材料供給ドラム222と、材料供給ドラム222から裏打ち処理材料226を受け取って、レイアップ材料228から裏打ち層230を分離させるように構成された少なくとも1つの材料吐出機構260と、レイアップ材料228から分離された後の裏打ち層230を巻き取るように構成された少なくとも1つの裏打ち層回収ドラム300とを含むヘッド部品220を有する。積層ステーション150内の1つ以上の積層ヘッド152(例えば図1~図7)は、例えば、単一の進行方向(例えば第1進行方向128又は第2進行方向130のいずれか)に沿って移動する積層面120に、レイアップ材料228を吐出するように構成されている。あるいは、積層ステーション150内の1つ以上の積層ヘッド152は、後述するように、第1進行方向128に沿って移動する積層面120及び第2進行方向130に沿って移動する積層面の両方にレイアップ材料228を吐出することができる、双方向レイアップ機能を有していてもよい。
方法500の工程504は、積層ステーション150の下で、積層ヘッド152の吐出方向204(図7)に沿った方向に、積層面120を移動させることを含む。積層面120を、積層面ホームポジション134と積層面後方ポジション136との間で、移動させる。上述したように、積層面120は、図に示したような直線方向に沿って移動させることができる。あるいは、図示しない実施形態において、積層面120は、弧状などの非直線方向に沿って移動させてもよい。積層ヘッド152は、其々、直線形状(例えばまっすぐな形状)又は非直線形状(例えば弧状)を有する複合積層材400をレイアップするため、積層面120の移動の直線方向又は非直線方向に対応するよう配置することができる。
積層ステーション150の下で積層面120を移動させる工程504は、例えば、1つ以上の剛性の積層マンドレル122(例えば図1~図4)を、少なくとも1つの方向(例えば第1進行方向128及び/又は第2進行方向130)に沿って、積層ヘッド152の下で並進移動させ、この間に、1つ以上の積層マンドレル122の外面、及び/又は、積層マンドレル122に先に配置されているレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228を配置することを含む。上述したように、一実施形態において、当該方法は、例えば、互いに間隔をあけて並んだ、あるいは、互いに接触して並んだ一連の積層マンドレル122(図59~図62)を、少なくとも1つの方向に沿って移動させることを含む。例えば、一連の積層マンドレル122は、数インチまでの間隔を設けて並べて接続されており、積層ステーション150を連続して通過する一連の積層マンドレル122の各々に、複合積層材400をレイアップしてもよい。
代替の実施形態において、積層ステーション150の下で積層面120を移動させる工程504は、例えば、連続するループ状の積層ベルト124(図5)を積層ヘッド152の下で移動させ、この間に、積層ベルト124の外面、及び/又は、積層ベルト124の外面に先に配置されているレイアップ材料228の上にレイアップ材料228を配置することを含む。いくつかの例において、積層面120(例えば積層マンドレル122)が、複合積層材400をレイアップするために積層ステーション150を通過する前に、積層面ステージングポジション132(例えば図41、図45、図51、図55)から積層面ホームポジション134に移動可能であるように、製造システム100を構成してもよい。積層マンドレル122を積層面ステージングポジション132に配置しておくことによって、先に積層面ホームポジション134にあった積層マンドレル122への複合積層材400のレイアップが完了した後に、積層マンドレル122を迅速に積層面ホームポジション134に移動させて、新たな複合積層材400のレイアップを開始することができる。
少なくとも1つの方向に沿って、積層ヘッド152の下で、1つ以上の積層マンドレル122を並進移動させることは、例えば、当該1つ以上の積層マンドレル122が、積層ステーション150を2回通過することを含む。例えば、図41~図44及び図45~図48に示すように、当該方法は、積層マンドレル122を、第1進行方向128に沿って、積層面ホームポジション134から積層ステーション150を通過して積層面後方ポジション136まで並進移動させた後、当該積層マンドレル122を、第2進行方向130に沿って、積層面後方ポジション136から積層ステーション150を通って積層面ホームポジション134に戻るよう並進移動させ、第1進行方向128及び/又は第2進行方向に沿った積層マンドレルの並進移動中に、積層面120にレイアップ材料228を配置することを含む。図41~44に示した実施形態では、積層マンドレル122が第1進行方向128に沿って積層面ホームポジション134から積層面後方ポジション136に移動する際には、複合積層材400がレイアップ及びトリミングされ、積層マンドレル122が、第2進行方向130に沿って、積層面後方ポジション136から積層ステーション150を通って積層面ホームポジション134まで戻る際には、レイアップ及びトリミングは行われない。
図45~図48に示した実施形態では、レイアップやトリミングを行うことなく、積層マンドレル122が第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通過し、その後、積層マンドレル122が、第2進行方向130に沿って、積層面後方ポジション136から積層面ホームポジション134に移動する際には、複合積層材400がレイアップ及びトリミングされる。図示しないさらなる実施形態において、例えば、積層マンドレル122が第1進行方向128に沿って積層ステーション150を通過する際に、複合積層材400がレイアップされ、積層マンドレル122が、第2進行方向130に沿って、積層ステーション150を通って戻る際に、追加のレイアップ材料228が複合積層材400に配置される。
本方法のさらなる実施形態において、積層マンドレル122を、少なくとも1つの方向に沿って、積層ヘッド152の下で並進移動させることは、例えば、1つ以上の積層マンドレル122が、積層ステーション150を1回通過することを含む。例えば、図51~図54に示すように、当該方法は、1つ以上の積層マンドレル122を、第1進行方向128に沿って、積層面ホームポジション134から積層ステーション150を通過して積層面後方ポジション136に並進移動させて、積層ステーション150を通る並進移動の際に積層面120にレイアップ材料228を配置した後、当該1つ以上の積層マンドレル122を、積層ステーション150を迂回して、積層面後方ポジション136から積層面ホームポジション134まで並進移動させることを含む。図51~図54において、複合積層材400のトリミングは、例えば、1つ以上の積層マンドレル122が、第1進行方向128に沿って積層面後方ポジション136に向かって移動し、積層ステーション150を出る際に、行われる。
図55~図58に示した実施形態では、積層マンドレル122を、積層ステーション150を迂回させて、積層面ホームポジション134から積層面後方ポジション136に移動させた後、積層マンドレル122を、第2進行方向130に沿って、積層面後方ポジション136から積層ステーション150を通過して積層面ホームポジション134に並進移動させて、積層ステーション150を通る並進移動の際に、積層面120にレイアップ材料228を配置する。図55~図58において、複合積層材400のトリミングは、例えば、積層マンドレル122が、第2進行方向130に沿って積層面ホームポジション134に向かって移動し、積層ステーション150を出る際に、行われる。積層ステーション150の両端の各々にトリミングステーション310を有する本開示の製造システム100の任意の実施形態では、トリミング装置312は、例えば、複合積層材400が第1進行方向128に移動し、積層ステーション150を出る際に、複合積層材400をトリミングするとともに、複合積層材400が方向を逆転させて、第2進行方向130に移動し、積層ステーション150を通過して出た後に、複合積層材400の2回目のトリミングを行うように、構成される。
方法500の工程506は、積層面120が積層ステーション150を通過する際に、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上から、積層面120又は先に配置されたレイアップ材料228の上にレイアップ材料228を順に配置することにより、所望のプライ積層配列410で配置されたプライ402の積層体を有する複合積層材400を形成することを含む。図8~図9に関して上述したように、積層ヘッド152の配置は、プライ積層配列410に従って順にレイアップ材料228が配置されるよう、なされる。この点に関し、一連の積層ヘッド152の其々には、製造しようとする複合積層材400のプライ積層配列410に対応する材料構成406(図8)を有するレイアップ材料228が、割り当てられて装着されている。図8~図9に示したように、複合積層材400のプライ積層配列410は、積層ステーション150内の積層ヘッド152の相対位置によって決まる。ただし、複合積層材400の全長のうちの少なくとも一部の長さに関しては、積層ヘッド152のうちの1つ以上を停止(すなわちレイアップ材料228を吐出しない)状態として、複合積層材400を形成することができる。
この点に関し、積層ヘッド152のうちの1つ以上からレイアップ材料228を順に配置する工程506は、例えば、積層ステーション150内の他の積層ヘッド152のうちの1つ以上によるレイアップ材料228の配置を継続しつつ、積層ヘッド152のうちの任意の1つによるレイアップ材料228の配置を、独立して開始、独立して停止、且つ/又は、独立して再開することを含む。例えば、図11に示した例では、残りの積層ヘッド152がレイアップ材料228を連続的に配置している間に、ヘッド番号2(図8)は、レイアップ材料228の配置を一時的に停止し、その後に再開しており、これにより、複合積層材400のプライ2に間隙404が形成され(例えば部分プライ)、その結果、積層材の厚みが、複合積層材400の長さに沿って変化する又は一定でない状態となっている。図示しないさらなる実施形態において、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上は、レイアップ材料228の吐出の開始を意図的に遅らせて、残りの積層ヘッド152がレイアップ材料228の吐出を開始した後に、開始してもよい。例えば、複合積層材400をレイアップする際に、ヘッド番号1は、積層面120へのレイアップ材料228の吐出開始を当初、一時的に遅らせる一方、残りの積層ヘッド152(例えばヘッド番号2~10)は、積層ステーション150を通過する積層面120上の共通の位置に、レイアップ材料228を吐出し始めてもよい。図示しないさらなる実施形態において、複合積層材400のレイアップ時間中ずっと、積層ヘッド152のうちの1つ以上を停止してレイアップ材料228を吐出しない状態することによって複合積層材400をレイアップしてもよく、この結果、全部で5個のプライを含む図13の複合積層材400のように、プライ402の数が低減した複合積層材400が得られる。
図12~図13を参照して簡単に説明すると、積層ヘッド152のうちの1つ以上からレイアップ材料228を順に配置する工程506は、積層ヘッド152のうちの少なくとも1つから、積層ステーション150内の他の積層ヘッド152のうちの少なくとも1つによって吐出される材料の幅とは異なる材料幅408のレイアップ材料228を配置することを含むことができる。上述したように、積層ヘッド152のうちの1つ以上に、他の積層ヘッド152に装着されたレイアップ材料228とは異なる材料幅のレイアップ材料228を含む材料ロール224を、装着することができる。例えば、1つ以上の積層ヘッド152に装着されるレイアップ材料228は、他の積層ヘッド152の材料幅408より狭い材料幅408を有する、事前に切っておいたプリプレグテープであってもよい。図12~図13の例では、一連の積層ヘッド152に装着されているレイアップ材料228の材料幅408は、複合積層材400の側縁414が傾斜側縁414である未硬化複合積層材400を積層ヘッド152がレイアップするように、構成されている。積層ステーション150内の積層ヘッド152は、例えば、積層ヘッド152によって吐出されたレイアップ材料228の中心線(図示せず)が一致するように互いに位置合わせされており、この結果、複合積層材400は、垂直軸(図示せず)に対して対称な横断面を有する。ただし、積層ヘッド152のうちの1つ以上が、他の積層ヘッド152から横方向に位置ずれしていることにより、当該積層ヘッド152から吐出されたレイアップ材料228の中心線が、他の積層ヘッド152によって吐出されたレイアップ材料228の中心線から横方向にずれて、非対称の横断面を有する複合積層材400が得られる構成であってもよい。
いくつかの例において、完成した複合積層材400を横断面で見た際に、側縁414が所望の傾斜角416で形成されるように、積層ヘッド152に装着されるレイアップ材料228の材料幅408を選択してもよい。例えば、図12において、10個のプライ402を含む複合積層材400の材料幅408は、複合積層材400の側縁414の各々が約20度の傾斜角416で形成されるようになっている。図13は、複合積層材400がプライを5個だけ含み、この結果、約10度の傾斜角416が各側縁414に形成されている例を示している。図示しない実施形態において、複合積層材400を横断面で見た際に、側縁414が非直線形状を有するように、積層ヘッド152に装着されるレイアップ材料228の材料幅408を選択してもよい。
方法500の工程508は、1つ以上のトリミング装置312を用いて、複合積層材400をトリミングすることを含む。上述したように、製造システム100は、例えば、少なくとも1つのトリミングステーション310を構成する1つ以上のトリミング装置312を含む。例えば、図1~図2は、積層ステーション150の両端の各々にトリミングステーション310を有する製造システム100を示している。複合積層材400をトリミングすることは、例えば、複合積層材400の少なくとも1つの側縁414をトリミングすることを含む。図42に示すように、積層ステーション150から積層面後方ポジション136への積層面120の移動中にトリミングを行うこともできるし、図47に示すように、積層ステーション150から積層面ホームポジション134への積層面120の移動中にトリミングを行うこともできる。複合積層材400をトリミングする工程508は、例えば、1つ以上の超音波ナイフ、レーザー装置、機械式カッターブレード、又は他の様々な切断機構のうちの任意の1つを用いて、複合積層材400をトリミングすることを含む。トリミング装置312は、積層面120に対して直角でない向きの傾斜カットとして、あるいは、積層面120に対して直角の垂直カットとして、複合積層材400の少なくとも1つの側縁414を切断するように構成することができる。ただし、上述したように、トリミング装置312は、様々な幾何学的特徴のうちの任意の1つを複合積層材400に形成するように動作させることができ、複合積層材400の側縁414に傾斜カット又は垂直カットを形成することに限定されない。
複合積層材400のレイアップ及びトリミングが完了した後に、当該方法は、例えば、図44及び図48に示すように、積層マンドレル122を積層面ホームポジション134から積層面除去ポジション138に移動させることを含む。積層マンドレル122を積層面除去ポジション138に移動させることにより、別の積層マンドレル122を積層面ホームポジション134に移動させて、別の複合積層材400をレイアップ及びトリミングすることができ、この間に、完成したばかりの複合積層材400には、積層面除去ポジション138において、さらなる処理又は除去を行うことができる。図49を参照して簡単に説明すると、いくつかの例において、当該方法は、少なくとも2つの積層マンドレル122を、積層面ステージングポジション132、積層面ホームポジション134、及び、積層面除去ポジション138の間で、面内方向において横方向に移動させることを含む。
代替の実施形態において、図50は、積層面ホームポジション134と積層面除去ポジション138との間における2つの積層マンドレル122の面外移動を示している。少なくとも2つの積層マンドレル122を使用することによって、残りの積層マンドレル122が積層面除去ポジション138で処理されている間に、少なくとも1つの積層マンドレル122を、積層ステーション150を通過させることにより、複合積層材400をレイアップすることができる。上述したように、積層面除去ポジション138で積層マンドレル122を処理することは、例えば、完成したばかりの複合積層材400を積層マンドレル122から除去すること、及び/又は、別の場所(図示せず)での複合積層材400のさらなる処理(例えば、二次的なトリミング、デバルク、成形、及び/又は硬化)に必要な材料及び/又は部品を、複合積層材400に事前配備することを含む。
図16~図28を参照すると、当該方法は、例えば、使用済み材料ロール224の交換、ヘッド部品220の整備、又は他の目的での材料ロールの保守を行うことができるように、積層ヘッド152のうちの1つ以上を材料再装着位置208に(例えば自動的に)移動させることを含む。積層ヘッド152は、複合積層材400のレイアップ前、レイアップ中、又はレイアップ後の任意の時点において、材料補充又は整備を行うために、再装着位置208に移動させることができる。例えば、後述するように、積層ステーション150内の積層ヘッド152のうちの1つ以上を、材料再装着位置208に移動させて、当該積層ヘッドの一方側のヘッド部品220の保守を行えるようにし、この間、材料配置位置206にある当該積層ヘッド152の反対側は、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152とともに、レイアップ材料228を吐出することができる。上述したように、いくつかの例において、積層ステーション150内の積層ヘッド152(例えば図6)のうちの1つ以上は、第1サイド158及び第2サイド160を含む、横方向に対向する側部を有する。第1サイド158は、例えば、ヘッド部品220の第1積層アセンブリ200を有し、第2サイド160は、例えば、ヘッド部品220の第2積層アセンブリ202を有する。上述したように、第1サイド158のヘッド部品220及び第2サイド160のヘッド部品220は、取り付けフレーム154に取り付けることができる。
図16~図19を参照すると、当該方法は、例えば、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152の吐出方向204に沿う材料配置位置206に、第2サイド160を移動させることを含む。材料配置位置206において、第2サイド160は、積層面120又は先に配置されたレイアップ材料228の上に、レイアップ材料228を吐出することができる。第2サイド160を材料配置位置206に移動させることにより、第1サイド158が材料再装着位置208に移動し、これにより、第1サイド158の材料供給ドラム222の材料ロール224を交換すること、及び/又は、第1サイド158の整備を行うことが可能になる。積層ヘッド152の第2サイド160を材料配置位置206に移動させることに代えて、当該方法は、積層ヘッド152の第1サイド158を、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152の吐出方向204に沿う材料配置位置206に移動させること、及び、第2サイド160の材料ロール224を交換したり、第2サイド160の整備を行ったりするために、第2サイド160を材料再装着位置208に移動させることを含むことができる。
さらに図16~図19を参照すると、第1サイド158又は第2サイド160を材料配置位置206に移動させ、この間に、第1サイド158又は第2サイド160のうちの残りの一方を材料再装着位置208に移動させる工程は、例えば、垂直軸174を中心として積層ヘッド152を独立して180度回転させることにより、第1サイド158又は第2サイド160を材料配置位置206に配置すると同時に、第1サイド158又は第2サイド160の残りの一方を材料再装着位置208に配置することを含む。例えば、図17は、垂直軸174(図14)を中心とした積層ヘッド152の回転を示している。互いに比較的近接して配置された積層ヘッド152の場合、積層ヘッド152を回転させるための空間を確保するために、積層ヘッド152を、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように、横方向に並進移動させることが必要な場合がある。この点に関し、積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように水平方向及び/又は垂直方向に並進移動させて、積層ヘッド152を回転させるための空間を確保することができる。ただし、他の例において、積層ステーション150内の積層ヘッド152は、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように積層ヘッド152を水平方向又は垂直方向に並進移動させなくとも、各積層ヘッド152を、隣接する積層ヘッド152と接触することなく垂直軸174を中心として180度回転させることができる距離をあけて、互いに離間配置してもよい。
図16は、図17に示すように積層ヘッド152のうちの1つを180度回転させる前に、当該積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように横方向に並進移動させている状態を示している。一実施形態において、積層ヘッド152は、図14に示すように、積層ヘッド152を支持している横桁108に沿って、横方向に並進移動させることができる。図18は、回転させられた後に、積層ヘッド152が横方向に並進移動されて、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態に戻っている状態を示している。積層ヘッド152を回転させるための空間を確保するために積層ヘッド152を横方向に並進移動させることの代替例として、図20~図21は、積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように垂直方向に上昇させて、積層ヘッド152を回転させるための空間を確保し、その後、積層ヘッド152を垂直方向に下降させて、残りの積層ヘッド152との整列状態に戻す実施形態を示している。図示の例では、例えば、横桁108を支持している一対の支柱106に沿って、横桁108が垂直方向に並進移動される。
図22~図28を参照すると、さらなる実施形態において、積層ヘッド152の第1サイド158又は第2サイド160を材料配置位置206に移動させ、この間に、第1サイド158又は第2サイド160のうちの残りの一方を、材料再装着位置208に移動させる工程は、例えば、一連の積層ヘッド152に平行に配置された水平シャフト176を中心として、積層ヘッド152を180度回転させることを含む。上述したように、積層ヘッド152は、例えば、両端が一対のシャフト支持部材178によって支持された水平シャフト176に、一連となって取り付けられる。製造システム100は、材料ロール224の交換又はヘッド部品220の整備を行うべく、第1サイド158又は第2サイド160を材料再装着位置208に位置させるために、積層ヘッド152のうちの任意の1つ以上を独立して回転させるための、コントローラ110によって制御される1つ以上のモータ(図示せず)を含んでいてもよい。本明細書に開示の実施形態のいずれにおいても、積層ヘッド152を回転させて、第1サイド158又は第2サイド160を材料再装着位置208に配置することにより、材料再装着位置208にある側のヘッド部品220に対する物理的なアクセスを改善することができる。
図29~図33を参照すると、当該方法のいくつかの例は、積層ヘッド152の第1サイド158及び/又は第2サイド160のヘッドモジュール170を交換することを含む。図29の例では、積層ヘッド152は、第1サイド158に取り外し可能に接続されたヘッドモジュール170、及び、第2サイド160に取り外し可能に接続されたヘッドモジュール170を有する取り付けフレーム154を含む。上述したように、各ヘッドモジュール170は、フレーム接続要素172(例えばプレート又はフレーム)を含み、当該接続要素に、ヘッド部品220を取り付けることができる。そのような構成において、当該方法は、例えば、取り付けフレーム154の第1サイド158又は第2サイド160のうちの一方において、材料ロール224の補充又はヘッドモジュール170の取り外し及び交換を行い、この間に、取り付けフレーム154の第1サイド158又は第2サイド160のうちの残りの一方のヘッドモジュール170からレイアップ材料228を吐出することをさらに含む。例えば、上述し且つ図30~図33に示したように、第1サイド158又は第2サイド160のいずれかを材料配置位置206に配置すると同時に、第1サイド158又は第2サイド160のうちの残りの一方を材料再装着位置208に配置する手段として、垂直軸174(図7)を中心として積層ヘッド152を180度回転させてもよい。
図30は、1つの積層ヘッド152を、積層ステーション150内の残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように水平方向に並進移動させている状態を示している。図31は、垂直軸174を中心とした積層ヘッド152の180度の回転を示している。図32は、図33に示すように積層ヘッド152を水平方向に並進移動させて残りの積層ヘッド152との整列状態に戻す前の、積層ヘッド152の取り付けフレーム154からのヘッドモジュール170の取り外し、及び、取り付けフレーム154への交換用ヘッドモジュール170の取り付けを示している。材料再装着位置208にあるヘッドモジュール170は、一連の積層ヘッド152とは反対側を向いており、これにより、例えば材料ロール224を使い終わった際に、ヘッドモジュール170を取り外すために物理的にアクセスすることが可能となり、ヘッド部品220の整備を行ったり、現在のヘッドモジュール170を、別の種類のレイアップ材料228を吐出するように構成されたヘッドモジュール170と交換したりすることができる。ヘッドモジュール170の交換は、手作業で行ってもよいし、後述し且つ図40に示すように、ヘッドモジュール170の交換を、再装着システム450などによって、自動で行ってもよい。
図29を参照すると、いくつかの例において、取り付けフレーム154の一方側又は両側のヘッドモジュール170は、例えば、垂直方向に移動可能である。例えば、積層ヘッド152の取り付けフレーム154の第1サイド158及び第2サイド160の各々に設けられたヘッドモジュール170は、其々が垂直方向に移動可能に、取り付けフレーム154に取り付けられている。図示の例では、各ヘッドモジュール170のフレーム接続要素172は、取り付けフレーム154の両側の各々に含まれる垂直溝182内で垂直方向に摺動可能に構成された垂直部材180を有する。このような構成では、当該方法は、例えば、第1サイド158及び/又は第2サイド160のヘッドモジュール170が、レイアップ材料228の吐出の開始及び停止に対応して、垂直方向に移動できるようにすること、及び、第1サイド158又は第2サイド160の残りの一方のヘッドモジュール170の垂直移動を防止して当該ヘッドモジュール170の保守を可能にすることを含む。図29の例では、第2サイド160のヘッドモジュール170は、上方位置184にある一方、第1サイド158のヘッドモジュール170は、第1サイド158のヘッドモジュール170からのレイアップ材料228の吐出の開始及び停止に対応して、垂直方向に移動可能である。
上述したように、材料再装着位置208のヘッドモジュール170は、上方位置184にロックすることができ、これによれば、任意のヘッド部品220の移動を防止して、技術者が当該ヘッドモジュール170の保守を行うことができる。この点に関し、材料再装着位置208のヘッドモジュール170を、停止状態又は非給電状態とし、この間、材料配置位置206のヘッドモジュール170は、起動状態、及び/又はレイアップ材料228を吐出可能な状態とすることができる。上述したように、積層ヘッド152は、材料再装着位置208に回転移動されている側のヘッドモジュール170を、自動的に電気的に非接続状態とする(例えば、電力又は制御信号の送信を遮断する)とともに、材料配置位置206に回転移動されている側のヘッドモジュール170を、自動的に電気的に接続するように、構成することができる。上述したように、材料再装着位置208にあるヘッドモジュール170の保守を行い、この間、材料配置位置206にあるヘッドモジュール170を、レイアップ材料228の吐出を継続可能な状態とすることは、積層ヘッド152の使用を停止した場合に発生する積層ヘッド152の中断時間を回避できるという技術的効果をもたらす。この点で、図29に示した上述の構成は、製造システム100の中断時間を最小限に抑え、これにより、処理能力を最大にすることができる。また、ヘッドモジュール170が取り外し可能であることにより、材料ロール224の迅速な補充又は交換、及び/又は、異なる種類のレイアップ材料228を吐出するための、異なる構成のヘッド部品220を有するヘッドモジュール170との迅速な交換に関して、融通性がもたらされる。
図34~図39を参照すると、いくつかの例において、当該方法は、再装着システム450のヘッド搬送機構452を用いて、積層ステーション150から、積層ヘッド152のうちの1つを取り外して交換することを含む。上述したように、再装着システム450は、例えば、製造システム100の長手方向に沿って移動可能なヘッド搬送機構を含む。また、再装着システム450は、例えば、図34~図35に示すように、積層ヘッド152を保持するように構成された1つ以上のヘッドホルダー463を含む。例えば、再装着システム450は、交換用積層ヘッド466を保持するヘッドホルダー463(図36)を有する再装着ステーション460を含む。加えて、例えば、再装着システム450は、取り外された積層ヘッド468を保持するためのヘッドホルダー463を有する保持ステーション462を含む。
図38に示すように、当該方法は、例えば、ヘッド搬送機構452を用いて、一連の積層ヘッド152から、積層ヘッド152のうちの1つを取り外すことを含む。例えば、図37~図39は、横方向外側に延びるヘッド係合梁454を示しており、当該係合梁は、積層ヘッド152を、残りの積層ヘッド152との整列状態から外れるように、図39に示すように垂直方向に上昇させるために、積層ヘッド152のヘッド接続要素156と係合するものである。図34に示すように、当該方法は、例えば、取り外した積層ヘッド468を保持ステーション462のヘッドホルダー463に移送すること、再装着ステーション460のヘッドホルダー463から交換用積層ヘッド466を取得すること、交換用積層ヘッド466を、取り外した積層ヘッド468があった位置に移送すること、及び、交換用積層ヘッド466を取り外した積層ヘッド468に代えて設置すること、を含む。ヘッド搬送機構452は、次に、取り外した積層ヘッド468を、保持ステーション462から再装着ステーション460に移送し、そこで、取り外した積層ヘッド468に対する保守作業が行われ、これは、例えば、材料供給ドラム222の材料ロール224の交換、ヘッド部品220の整備、又は他の作業を含む。
図40を参照すると、上述した一実施形態において、積層ステーション150は、例えば、フレーム接続要素172(例えばプレート)によって共通の取り付けフレーム154に接続された複数のヘッドモジュール170を含む。各ヘッドモジュール170は、フレーム接続要素172を含み、当該接続要素に、ヘッド部品220が取り付けられている。各ヘッドモジュール170のフレーム接続要素172は、取り外し可能に取り付けフレーム154に接続されている。当該方法は、例えば、図34~図39に関して上述したのと同様の再装着システム450を用いて、ヘッドモジュール170のうちの1つ以上を、取り外し及び/又は交換することを含む。例えば、ヘッドモジュール170再装着システム450のヘッド搬送機構452は、ヘッドモジュール170のうちの1つのフレーム接続要素172と係合して、これを残りのヘッドモジュール170との整列状態から外れるように垂直方向に持ち上げ、取り外したヘッドモジュール170を保持ステーション462に移送し、再装着ステーション460から交換用ヘッドモジュール170を取得し、取り外したヘッドモジュール170があった位置に、交換用ヘッドモジュール170を移送し、交換用ヘッドモジュール170を降下させて、積層ステーション150の残りのヘッドモジュール170と整列させるように、構成することができる。ヘッド搬送機構452は、取り外したヘッドモジュール170を、保持ステーション462から、保守のために、再装着ステーション460に移送することができる。積層ヘッド152又はヘッドモジュール170を自動的に取り外して交換できることは、取り外した積層ヘッド468又は取り外したヘッドモジュール170の保守作業を行いつつ、複合積層材400のレイアップを継続して行うことができるという利点がある。
図59~図66を参照すると、いくつかの例において、積層ヘッド152のうちの1つ以上からレイアップ材料228を配置する工程506は、積層ヘッド152から積層面120にレイアップ材料228を連続的に配置することを含む。例えば、図59~図62において、当該方法は、上述したように、レイアップ材料228を一連の並んだ積層マンドレル122に連続的に配置して、連続する複合積層材400を形成することを含む。図63~図66において、当該方法は、例えば、積層ステーション150の下で連続的に移動している積層ベルト124に、レイアップ材料228を連続的に配置することを含む。このような例では、複合積層材400をトリミングする工程508は、例えば、1つ以上のトリミング装置312を用いて、複合積層材400に少なくとも1つの横断カット314を形成して、複合積層材400を、並んだ長手方向セグメント401に分割することを含む。上述したように、積層面120(例えば、一連の積層マンドレル122、積層ベルト124)の移動は、トリミング装置312が複合積層材を切断できるように一時的に停止させてもよいし、移動中の複合積層材400を切断するようにトリミング装置312を構成してもよい。図59~図66に示した例の場合、当該方法は、例えば、自動化された機構又は装置(図示せず)を用いて、あるいは、手作業で長手方向セグメント401を除去することにより、積層面120(例えば図57及び図61)から長手方向セグメント401を順に除去することを、さらに含む。図59~図66に示した例の場合、当該方法は、例えば、各積層マンドレル122を、積層面後方ポジション136から積層面ホームポジション134に戻すことを含み、ここで、各積層マンドレル122は、積層ステーション150に入る前に、一連の積層マンドレル122のうちの最後尾の積層マンドレルの後方に載置される。
本明細書に開示の製造システム100の実施形態のうちの任意の1つにおいて、当該方法は、例えば、積層面120の外面に形成された複数の開口144(図6)に生成された真空圧を用いて、複合積層材400を積層面120に固定することを含む。例えば、上述したように、開口144は、真空圧力源146(例えば図62及び図66)に流体的に接続されており、当該真空圧力源は、積層面120(例えば、1つ以上の積層マンドレル122、積層ベルト124の外面)が積層ステーション150を通過する際の、積層ヘッド152からのレイアップ材料228の、少なくとも吐出前又は吐出中に、コントローラ110(図2)の命令により真空圧を生成する。このような真空圧は、少なくとも複合積層材400のレイアップ中、また、任意で、複合積層材400のトリミング(例えば図42、図47、図52及び図57)及び/又は横断カット(図60及び図64)の形成中に、直接的又は(例えば剥離プライを介して)間接的に積層面120上の所定位置に複合積層材400を固定することができる。
また、本開示は、以下に列記の付記に記載の実施例を含む。
A1. 並んで静止状態にあるように配置されて積層ステーション(150)を構成する積層ヘッド(152)であって、各々が吐出方向(204)に沿ってレイアップ材料(228)を吐出するように構成された複数の積層ヘッド(152)と、前記積層ステーション(150)の下において、積層面ホームポジション(134)と積層面後方ポジション(136)との間で、前記吐出方向(204)に概ね沿った方向に移動可能な積層面(120)と、を含む製造システムであって、前記積層ヘッド(152)は、前記積層面(120)が前記積層ステーション(150)を通過する際に、前記積層面(120)又は先に配置されたレイアップ材料(228)の上にレイアップ材料(228)を順に配置することにより、前記積層ステーション(150)内の前記積層ヘッド(152)の相対位置によって決まる所望のプライ積層配列で配置された複合材プライ(402)の積層体を有する複合積層材(400)を形成するように構成されており、前記積層ステーション(150)の両端のうちの少なくとも1つに近接して配置され、前記複合積層材(400)をトリミングするように構成された1つ以上のトリミング装置(312)をさらに含み、前記トリミングは、前記積層ステーション(150)から前記積層面ホームポジション(134)への前記積層面(120)の移動中、及び、前記積層ステーション(150)から前記積層面後方ポジション(136)への前記積層面(120)の移動中のうちの少なくとも一方において行われる、製造システム(100)。
A2. 前記トリミング装置(312)のうちの少なくとも1つは、超音波ナイフ、レーザー装置、及び、機械式カッターブレードのうちの少なくとも1つとして構成される、A1に記載の製造システム(100)。
A3. 前記積層面(120)は、前記積層ヘッド(152)の下で移動可能な少なくとも1つの連続するループ状の積層ベルト(124)の外面、及び、前記積層ヘッド(152)の下で並進移動可能な少なくとも1つの剛性の積層マンドレル(122)の外面のうちの1つを含む、A1又はA2に記載の製造システム(100)。
A4. 前記積層ヘッド(152)は、前記積層面(120)の前記外面にレイアップ材料(228)を連続的に吐出するように構成されており、前記1つ以上のトリミング装置(312)は、前記複合積層材(400)を、横断方向に沿って定期的に切断することにより、前記複合積層材(400)を、並んだ長手方向セグメント(401)に分割するように構成されている、A3に記載の製造システム(100)。
A5. 真空圧力源(146)をさらに含み、前記積層面(120)は、前記真空圧力源(146)に流体的に接続された複数の開口(144)を有し、前記真空圧力源(146)は、少なくとも、前記外面又は前記外面に先に配置されたレイアップ材料(228)の上にレイアップ材料(228)を配置する間、前記複合積層材(400)を前記外面に固定するために、前記外面に真空圧を生成するように構成されている、A3又はA4に記載の製造システム(100)。
A6. 前記積層ヘッド(152)の各々は、第1サイド(158)及び第2サイド(160)を含む、横方向に対向する側部を有しており、前記側部は各々がヘッド部品(220)を有しており、前記積層ヘッド(152)のうちの少なくとも1つの前記第1サイド(158)は、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置するために、前記吐出方向(204)に沿う材料配置位置(206)に移動可能であり、この間に、前記積層ヘッド(152)の前記第2サイド(160)の保守を行うために、前記第2サイド(160)は材料再装着位置(208)に移動させられ、前記第2サイド(160)は、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置するために、前記吐出方向(204)に沿う前記材料配置位置(206)に移動可能であり、この間に、前記積層ヘッド(152)の前記第1サイド(158)の保守を行うために、前記第1サイド(158)は前記材料再装着位置(208)に移動させられる、A1~A5のいずれか1つに記載の製造システム(100)。
A7. 前記積層ヘッド(152)の各々は、垂直軸(174)を中心として、独立して少なくとも180度回転することにより、前記積層ヘッド(152)の前記第1サイド(158)又は前記第2サイド(160)のいずれか一方を前記材料配置位置(206)に位置させるとともに、前記第1サイド(158)及び第2サイド(160)のうちの残りの一方を、前記材料再装着位置(208)に位置させるように構成されている、A6に記載の製造システム(100)。
A8. 前記積層ヘッド(152)のうちの1つ以上は、前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)を有する取り付けフレーム(154)と、前記取り付けフレーム(154)の前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)のうちの一方に、前記ヘッド部品(220)を取り外し可能に接続するフレーム接続要素(172)を有する少なくとも1つのヘッドモジュール(170)と、を含み、前記ヘッドモジュール(170)は、前記フレーム接続要素(172)によって前記取り付けフレーム(154)から取り外し可能なことにより、前記ヘッドモジュール(170)の交換を可能にする、A6又はA7に記載の製造システム(100)。
A9. 前記積層ヘッド(152)のうちの少なくとも1つは、前記取り付けフレーム(154)に取り外し可能に接続されたヘッドモジュール(170)を各々が有する前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)を含み、各ヘッドモジュール(170)は、前記取り付けフレーム(154)に対して垂直方向に移動可能であり、前記第1サイド(158)における前記ヘッドモジュール(170)を上方位置(184)にロックすることができ、この間、前記第2サイド(160)における前記ヘッドモジュール(170)は、レイアップ材料(228)を吐出するために垂直方向に移動することができ、前記第2サイド(160)における前記ヘッドモジュール(170)を上方位置(184)にロックすることができ、この間、前記第1サイド(158)における前記ヘッドモジュール(170)は、レイアップ材料(228)を吐出するために垂直方向に移動することができる、A8に記載の製造システム(100)。
A10. 前記複数の積層ヘッド(152)に平行に配置された水平シャフト(176)をさらに含み、前記積層ヘッド(152)の各々は、前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)を、前記材料配置位置(206)と前記材料再装着位置(208)との間で移動させるために、前記水平シャフト(176)を中心として少なくとも180度回転可能である、A6~A9のいずれか1つに記載の製造システム(100)。
A11. ヘッド搬送機構(452)及び再装着ステーション(460)を有する再装着システム(450)をさらに含み、前記ヘッド搬送機構(452)は、前記積層ステーション(150)から前記積層ヘッド(152)のうちの1つを取り外し、交換用積層ヘッド(466)を、取り外した積層ヘッド(468)に代えて設置し、前記取り外した積層ヘッド(468)を前記再装着ステーション(460)に移送するように構成されている、A1~A10のいずれか1つに記載の製造システム(100)。
A12. ヘッド搬送機構(452)及び再装着ステーション(460)を有する再装着システム(450)と、少なくとも1つの取り付けフレーム(154)とをさらに含み、
前記積層ヘッド(152)は、ヘッド部品(220)を前記取り付けフレーム(154)に取り外し可能に接続するフレーム接続要素(172)を各々が含むヘッドモジュール(170)として構成されており、前記ヘッドモジュール(170)のうちの少なくとも1つは、前記ヘッドモジュール(170)の交換が行えるように、前記フレーム接続要素(172)によって前記取り付けフレーム(154)から取り外し可能であり、前記ヘッド搬送機構(452)は、前記ヘッドモジュール(170)のうちの選択された1つを前記積層ステーション(150)から取り外し、交換用ヘッドモジュール(170)を、取り外したヘッドモジュール(170)に代えて設置し、前記取り外したヘッドモジュール(170)を前記再装着ステーション(460)に移送するように構成されている、A1~A11のいずれか1つに記載の製造システム(100)。
A13. 前記積層ヘッド(152)のうちの1つ以上は、ヘッド部品(220)を含み、前記ヘッド部品は、裏打ち層(230)によって裏打ちされたレイアップ材料(228)を含む裏打ち処理材料(226)の材料ロール(224)を支持するように構成された少なくとも1つの材料供給ドラム(222)と、前記材料供給ドラム(222)から前記裏打ち処理材料(226)を受け取って、前記レイアップ材料(228)から前記裏打ち層(230)を分離させるように構成された少なくとも1つの材料吐出機構(260)と、前記レイアップ材料(228)から分離させた後の前記裏打ち層(230)を巻き取るように構成された少なくとも1つの裏打ち層回収ドラム(300)と、を含む、A1~A12のいずれか1つに記載の製造システム(100)。
B1. 並んで静止状態にあるように配置されて積層ステーション(150)を構成する一連の積層ヘッド(152)であって、前記一連の積層ヘッド中の各積層ヘッド(152)が、吐出方向(204)に沿ってレイアップ材料(228)を吐出するように構成された積層ヘッドと、前記積層ステーション(150)の下で、前記吐出方向(204)に概ね沿った方向に移動可能な外面を有する積層ベルト(124)と、を含む製造システムであって、前記積層ヘッド(152)は、前記積層ベルト(124)の前記外面が前記積層ステーション(150)を通過する際に、前記積層ベルト(124)の前記外面又は先に配置されたレイアップ材料(228)の上にレイアップ材料(228)を順に配置することにより、前記積層ステーション(150)内の前記積層ヘッド(152)の相対位置によって決まる所望のプライ積層配列で配置された複合材プライ(402)の積層体を有する複合積層材(400)を形成するように構成されており、前記積層ステーション(150)の下流側に位置するとともに、前記複合積層材(400)に定期的に横断カット(314)を形成することにより、前記複合積層材(400)を長手方向セグメント(401)に分割するように構成された1つ以上のトリミング装置(312)をさらに含む、製造システム(100)。
C1. 複合積層材(400)を製造する方法であって、並んで静止状態にあるように配置されて積層ステーション(150)を構成する一連の積層ヘッド(152)のうちの1つ以上から、吐出方向(204)に沿ってレイアップ材料(228)を吐出し、前記積層ステーション(150)の下において、積層面ホームポジション(134)と積層面後方ポジション(136)との間で、前記吐出方向(204)に概ね沿った方向に積層面(120)を移動させ、前記積層面(120)が前記積層ステーション(150)を通過する際に、前記積層面(120)又は先に配置されたレイアップ材料(228)の上に、前記積層ヘッド(152)のうちの1つ以上からレイアップ材料(228)を配置することにより、所望のプライ積層配列で配置された複合材プライ(402)の積層体を有する複合積層材(400)を形成し、前記積層ヘッド(152)は、前記一連の積層ヘッド(152)内において、前記プライ積層配列に従ってレイアップ材料(228)を順に配置するように並べられており、1つ以上のトリミング装置(312)を用いて、前記複合積層材(400)のトリミングを行い、前記トリミングは、前記積層ステーション(150)から前記積層面ホームポジション(134)への前記積層面(120)の移動中、及び、前記積層ステーション(150)から前記積層面後方ポジション(136)への前記積層面(120)の移動中のうちの少なくとも一方において行われる、方法。
C2. 前記積層ヘッド(152)のうちの他の1つ以上によるレイアップ材料(228)の配置を継続しつつ、前記積層面(120)に沿った任意の位置にある、前記積層ヘッド(152)のうちの任意の1つによるレイアップ材料(228)の配置を、独立して、開始、停止、又は再開することをさらに含む、C1に記載の方法。
C3. 前記複合積層材(400)をトリミングする工程は、超音波ナイフ、レーザー装置、又は、機械式カッターブレードのうちの少なくとも1つを用いて、前記複合積層材(400)をトリミングすることを含む、C1又はC2に記載の方法。
C4. 前記積層ステーション(150)の下において前記積層面(120)を移動させる工程は、前記積層ヘッド(152)の下で、少なくとも1つの連続するループ状の積層ベルト(124)を移動させ、その間、前記積層ベルト(124)の外面、又は、前記積層ベルト(124)に先に配置されたレイアップ材料(228)の上にレイアップ材料(228)を配置することを含む、C1、C2、又はC3に記載の方法。
C5. 前記積層ステーション(150)の下において前記積層面(120)を移動させる工程、及び、前記積層面(120)に前記レイアップ材料(228)を配置する工程は、少なくとも1つの積層マンドレル(122)を、少なくとも1つの方向に沿って、前記積層ヘッド(152)の下で並進移動させ、その間、前記積層マンドレル(122)の外面又は前記積層マンドレル(122)に先に配置されたレイアップ材料(228)の上に、レイアップ材料(228)を配置することを含む、C1~C4のいずれか1つに記載の方法。
C6. 前記積層ヘッド(152)のうちの1つ以上から前記レイアップ材料(228)を配置する工程、及び、前記複合積層材(400)をトリミングする工程は、其々、前記積層ヘッド(152)から前記積層面(120)に前記レイアップ材料(228)を連続的に配置すること、及び、前記1つ以上のトリミング装置(312)を用いて、前記複合積層材(400)に少なくとも1つの横断カット(314)を形成することにより、前記複合積層材(400)を、並んだ長手方向セグメント(401)に分割すること、を含む。C1~C5のいずれか1つに記載の方法。
C7. 前記積層面(120)に形成されるとともに真空圧力源(146)に流体的に接続されている複数の開口(144)に生成される真空圧を用いて、前記複合積層材(400)を前記積層面(120)に固定することをさらに含む、C1~C6のいずれか1つに記載の方法。
C8. 前記積層マンドレル(122)を、少なくとも1つの方向に沿って、前記積層ヘッド(152)の下で並進移動させることは、前記積層マンドレル(122)を、第1進行方向(128)に沿って、前記積層面ホームポジション(134)から前記積層ステーション(150)を通過して前記積層面後方ポジション(136)に並進移動させた後、前記積層マンドレル(122)を、第2進行方向(130)に沿って、前記積層面後方ポジション(136)から前記積層ステーション(150)を通過して前記積層面ホームポジション(134)に戻るよう並進移動させ、前記第1進行方向(128)及び前記第2進行方向(130)のうちの少なくとも1つに沿った並進移動の際に、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置すること、前記積層マンドレル(122)を、前記第1進行方向(128)に沿って、前記積層面ホームポジション(134)から前記積層ステーション(150)を通過して前記積層面後方ポジション(136)に並進移動させ、積層ステーション(150)を通過する並進移動の際に、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置した後、前記積層マンドレル(122)を、前記積層ステーション(150)を迂回しつつ、前記積層面後方ポジション(136)から前記積層面ホームポジション(134)に並進移動させること、及び、前記積層マンドレル(122)を、前記積層ステーション(150)を迂回しつつ、前記積層面ホームポジション(134)から前記積層面後方ポジション(136)に並進移動させた後、前記積層マンドレル(122)を、前記第2進行方向(130)に沿って、前記積層面後方ポジション(136)から前記積層ステーション(150)を通過して、前記積層面ホームポジション(134)に並進移動させ、積層ステーション(150)を通過する並進移動中に、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置すること、のうちの1つを含む、C5に記載の方法。
C9. 前記積層ヘッド(152)の各々は、第1サイド(158)及び第2サイド(160)を含む、横方向に対向する側部を有しており、前記側部は各々がヘッド部品(220)を有しており、前記方法は、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置するために、前記吐出方向(204)に沿う材料配置位置(206)に、前記第2サイド(160)を移動させ、この間に、前記第1サイド(158)の材料ロール(224)を交換するために、前記第1サイド(158)を材料再装着位置(208)に移動させること、及び、前記積層面(120)にレイアップ材料(228)を配置するために、前記吐出方向(204)に沿う前記材料配置位置(206)に、前記第1サイド(158)を移動させ、この間に、前記第2サイド(160)の材料ロール(224)を交換するために、前記第2サイド(160)を材料再装着位置(208)に移動させること、のうちの1つをさらに含む、C1~C8のいずれか1つに記載の方法。
C10. 前記第2サイド(160)を前記材料配置位置(206)に移動させ、この間に、前記第1サイド(158)を前記材料再装着位置(208)に移動させること、及び、前記第1サイド(158)を前記材料配置位置(206)に移動させ、この間に、前記第2サイド(160)を前記材料再装着位置(208)に移動させることは、前記積層ヘッド(152)を、垂直軸(174)を中心として、独立して少なくとも180度回転させることにより、前記積層ヘッド(152)の前記第1サイド(158)又は前記第2サイド(160)のいずれか一方を前記材料配置位置(206)に位置させるとともに、前記第1サイド(158)及び第2サイド(160)のうちの残りの一方を前記材料再装着位置(208)に位置させることを含む、C9に記載の方法。
C11. 前記積層ヘッド(152)のうちの少なくとも1つは、前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)を有する取り付けフレーム(154)を含むとともに、前記第1サイド(158)に接続されたヘッドモジュール(170)、及び、前記第2サイド(160)に接続されせたヘッドモジュール(170)を含み、前記方法は、前記第1サイド(158)又は第2サイド(160)のうちの一方の前記ヘッドモジュール(170)の保守を行い、その間に、前記第1サイド(158)又は第2サイド(160)のうちの残りの一方の前記ヘッドモジュール(170)からレイアップ材料(228)を吐出することをさらに含む、C10に記載の方法。
C12. 前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)の各々における前記ヘッドモジュール(170)は、垂直方向に移動可能に、前記取り付けフレーム(154)に接続されており、前記方法は、前記第1サイド(158)又は第2サイド(160)のうちの一方における前記ヘッドモジュール(170)を、レイアップ材料(228)の吐出の開始及び停止に対応して垂直方向に移動可能とするとともに、前記第1サイド(158)又は前記第2サイド(160)のうちの残りの一方における前記ヘッドモジュール(170)の垂直移動を、当該ヘッドモジュール(170)の保守が行えるように、防止することをさらに含む、C11に記載の方法。
C13. 前記第2サイド(160)を前記材料配置位置(206)に移動させ、この間に、前記第1サイド(158)を前記材料再装着位置(208)に移動させること、及び、前記第1サイド(158)を前記材料配置位置(206)に移動させ、この間に、前記第2サイド(160)を前記材料再装着位置(208)に移動させることは、前記一連の積層ヘッド(152)に平行に配置された水平シャフト(176)を中心として、積層ヘッドを(152)を少なくとも180度回転させることにより、前記第1サイド(158)及び前記第2サイド(160)を、前記材料配置位置(206)と前記材料再装着位置(208)との間で移動させることを含む、C9~C12のいずれか1つに記載の方法。
C14. 再装着システム(450)のヘッド搬送機構(452)を用いて、前記積層ステーション(150)から前記積層ヘッド(152)のうちの1つを取り外すことと、前記積層ステーション(150)から取り外した前記積層ヘッド(468)に代えて、交換用積層ヘッド(466)を設置することと、前記取り外した積層ヘッド(468)を再装着ステーション(460)に移送することと、を含み、前記移送することは、前記取り外した積層ヘッド(468)の材料ロール(224)を交換すること、及び、前記取り外した積層ヘッド(468)の整備を行うこと、のうちの少なくとも一方のために行われる、C1~C13のいずれか1つに記載の方法。
本開示のさらなる改変及び改良は、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書において説明及び図示した部品の特定の組み合わせは、本開示の、ある実施形態のみを表すことを意図しており、本開示の思想及び範囲内の代替の実施形態又は装置を限定することを意図したものではない。