KR20200012718A - 복합재 프리폼의 연속 제조 - Google Patents

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볼드 젠스
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더 보잉 컴파니
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Abstract

복합재 부품용 프리폼을 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 하나의실시예는 프리폼을 생성하는 방법이다. 방법은 섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하고, 웹 위에 섬유 보강 복합재 재료를 배치하며, 웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 이송하고, 토우 및 웹의 조합을 프리폼을 절단하는 것을 포함한다.

Description

복합재 프리폼의 연속 제조{CONTINUOUS FABRICATION FOR COMPOSITE PREFORMS}
본 개시는 복합재 부품의 분야에 관한 것으로서, 특히 복합재 부품용 프리폼을 레이업하는 것에 관한 것이다.
복합재 부품으로 경화될 프리폼(preform)을 레이업(laying up)하는 것은 노동 집약적인 공정으로 남아 있다. 프리폼을 생성하기 위하여, 섬유 보강된 재료의 플라이(ply)는 맨드릴과 같은 레이업 도구에 반복적으로 적용된다. 프리폼이 복잡한 윤곽(contour)의 형태인 경우, AFP(Automated Fiber Placement) 기계와 같은 로봇이 레이업 공정을 용이하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 프리폼이 원하는 형상을 얻을 때까지 레이업은 계속된다. 그런 다음 프리폼은 성형 공구로 이송되고 또 복합재 부품으로 경화되기 전에 형상화될 수 있다. 프리폼이 제작되기 전에, 프리폼의 일부를 형성할 개별적인 플라이가 절단되고 저장될 수 있다. 이러한 절단된 플라이는 레이업 공구로 이송되고, 또 프리폼에 추가된다(예컨대, 레이업이 계속됨에 따라). 플라이 저장은 제조 환경에서 많은 공간을 차지할 수 있고, 또 심지어 특정한 온도 또는 습도 조절된 저장 체임버를 활용할 수도 있다. 또한, 레이업 공구로부터 성형 공구로의 프리폼의 이송은 프리폼의 일부를 왜곡시킬 수 있고, 이는 바람직하지 않다.
따라서 상기에서 논의된 문제점들 중 적어도 일부뿐만 아니라 다른 가능한 문제점들을 고려한 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 미리 절단된 플라이의 저장 또는 레이업 공구로부터 성형 공구로의 이송을 필요로 하지 않는 프리폼을 생성하기 위한 연속 제조 기법을 제공한다. 이러한 연속 기법은 또한 AFP 기계와 같은 값비싼 장비의 필요성을 또한 제거할 수 있고, 또 프리폼이 제작되는 공정을 가속화할 수 있다.
하나의 실시예는 프리폼을 생성하는 방법이다. 방법은 섬유 보강 복합재 재료의 웹(web)을 공정 방향으로 운반하고, 웹 위에 섬유 보강 복합 재료를 배치하며, 웹 및 토우(tow)를 공정 방향에서 절삭 공구로 운반하고, 그리고 토우 및 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 것을 포함한다.
추가적인 실시예는, 프로세서에 의해 실행될 때 프리폼을 생성하는 방법을 수행하도록 동작 가능한, 프로그램된 명령을 구현하는 비 일시적인 (non- transitory) 컴퓨터 판독 가능한 매체이다. 방법은 섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하고, 섬유 보강 복합재 재료를 웹 위에 배치하고, 웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 운반하고, 그리고 토우 및 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 것을 포함한다.
다른 실시예는, 프리폼을 생성하기 위한 장치이다. 장치는 섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하는 웹 전진기구; 섬유 보강 복합재 재료를 웹 위에 배치하는 적어도 하나의 배치 스테이션; 및 토우 및 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하도록 배치 스테이션의 하류에 배치된 절단 공구; 를 포함한다.
A1. 프리폼을 생성하는 방법으로서,
섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하는 단계(202);
웹 위에 섬유 보강 복합재 재료를 배치하는 단계(204);
웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 이송하는 단계(206); 및
토우와 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 단계(214); 를 포함한다.
A2. A1 항목의 방법에서,
토우를 배치하는 단계는, 토우를 웹상에 분배하고 웹에 대해 토우를 압축하는, 웹 위에 위치된 롤러를 작동시키는 단계를 포함한다.
A3. A2 항목의 방법에서,
롤러는, 토우의 길이 방향 축이 웹의 공정 방향과 평행하지 않은 각도로 토우를 분배한다.
A4. A2 항목의 방법에서,
롤러가 토우를 웹상에 분배하는 동안에 웹에 대해 롤러의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
A5. A4 항목의 방법에서,
롤러의 위치를 조정하는 단계는 웹의 속도의 비율로 롤러를 이동시키는 단계를 포함한다.
A6. A4 항목의 방법에서,
롤러는 웹의 속도에 비례하는 비율로 토우를 분배하고, 또 웹이 이동하는 동안에 웹에 대하여 토우를 적용한다.
A7. A1 항목의 방법에서,
웹을 공정 방향으로 운반하는 것은 웹이 공정 방향으로 토우를 운반하는 것을 야기한다.
A8. A1 항목의 방법에서,
토우는 웹과 상이한 섬유 배향을 갖는다.
A9. A1 항목의 방법에서,
토우를 웹에 부착하는 단계를 추가로 포함한다.
A10. A1 항목의 방법에서,
프리폼을 미리 정해진 형상으로 스탬프 성형하는 힘을 인가하여, 웹 및 토우의 플라이 미끄러짐(slippage) 및 웹 및 토우의 통합(consoildation)을 이루어 프리폼을 생성하는 단계를 추가로 포함한다.
A11. A1 항목의 방법에서,
스풀(spool)로부터 웹을 연속적으로 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
A12. A1 항목의 방법에 따라 조립된 항공기의 일부.
본 발명의 추가적인 관점에 따라 이하의 매체가 제공된다.
B1. 프로세서에 의해 실행될 때 프리폼을 생성하는 방법을 수행하도록 동작 가능한, 프로그램된 명령을 구현하는 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 방법은,
섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하는 단계(202);
웹 위에 섬유 보강 복합재 재료를 배치하는 단계(204);
웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 이송하는 단계(206); 및
토우와 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 단계(214); 를 포함한다.
B2. B1 항목의 매체에서,
토우를 배치하는 단계는, 토우를 웹상에 분배하고 웹에 대해 토우를 압축하는, 웹 위에 위치된 롤러를 작동시키는 단계를 포함한다.
B3. B2 항목의 매체에서,
롤러는, 토우의 길이 방향 축이 웹의 공정 방향과 평행하지 않은 각도로 토우를 분배한다.
B4. B2 항목의 매체에서,
롤러가 토우를 웹상에 분배하는 동안에 웹에 대해 롤러의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
B5. B4 항목의 매체에서,
롤러의 위치를 조정하는 단계는 웹의 속도의 비율로 롤러를 이동시키는 단계를 포함한다.
B6. B1 항목의 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 명령에 의해 한정된 방법에 따라 조립된 항공기의 일부.
본 발명의 추가적인 관점에 따라 이하의 장치가 제공된다.
C1. 프리폼을 생성하는 장치로서,
장치는 섬유 보강 복합재 재료의 웹(120)을 공정 방향으로 운반하는 웹 전진기구(110);
섬유 보강 복합재 재료를 웹 위에 배치하는 적어도 하나의 배치 스테이션(140); 및
웹 및 웹 위에 배치된 섬유 보강 복합재 재료의 조합을 포함하는 프리폼 (700)을 절단하도록 배치 스테이션의 하류에 배치된 절단 공구(166); 를 포함한다.
C2. C1 항목의 장치에서,
배치 스테이션은 섬유 보강 복합재 재료의 토우(142)를 배치하는 동안에 웹에 대한 토우의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정하도록 작동된다.
C3. C1 항목의 장치에서,
웹 전진 기구는 스풀(110)을 포함하고, 또 배치 스테이션은 롤러(344)를 포함한다.
C4. C1 항목의 장치에서,
제2 윤곽(620)을 갖는 맨드릴(164) 내로 구동되는 제1 윤곽(610)을 갖는 스탬프(162)를 추가로 포함한다.
C5. C1 항목의 장치에서,
섬유 보강 복합재 재료의 토우(142)를 가열하는 가열된 롤러(346)를 추가로 포함한다.
C6. C1 항목의 장치에서,
센서(882)로부터의 피드백에 기초하여 웹의 속도를 제어하는 제어기(880)를 추가로 포함한다.
C7. C1 항목의 장치에서,
절단 공구는 프리폼의 전체를 한번에 절단하는 원주 방향 블레이드(167)를 포함한다.
C8. C1 항목의 장치에서,
웹 전진기구는 웹을 연속적으로 운반한다.
다른 예시적인 실시예(예컨대, 앞선 실시예들에 관련한 방법 및 컴퓨터 판독 가능 매체)이 이하에서 기재될 수 있다. 논의된 특징, 기능 및 이점은 다양한 실시 예에서 독립적으로 이루어질 수 있거나, 또는 추가적인 상세 내용이 이하의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있는 또 다른 실시예에서 조합될 수 있다.
이제, 본 개시의 몇몇 실시예가 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서만 기재된다. 모든 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소 또는 동일한 타입의 구성요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템을 작동하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템의 측면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에서 경사 배치 스테이션의 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시예에서 수직 배치 스테이션의 사시도이다.
도 6은 예시적인 실시예에서 웹의 일부를 형성하는 스탬프의 사시도이다.
도 7은 예시적인 실시예에서 섬유 보강 복합재 재료의 웹으로부터 성형되고 또 절단된 프리폼의 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템의 블록도이다.
도 9는 예시적인 실시 예에서 항공기 생산 및 서비스 방법론의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 실시예에서 항공기의 블록도이다.
도면들 및 다음의 설명은 본 개시의 특정한 예시적인 실시예를 제공한다. 따라서 당업자라면 여기에 명시적으로 기재되거나 도시되지는 않았지만, 본 개시의 원리를 구현하고 개시의 범위 내에 포함된 다양한 배열을 안출할 수 있음을 알 것이다. 또한, 여기에 기재된 임의의 예는 본 개시의 원리를 이해하는 데 도움이 되도록 의도되고, 또 그렇게 특별히 언급된 예 및 조건에 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 결과적으로, 개시는 이하에서 설명되는 특정한 실시예 또는 예에 한정되지 않고 청구 범위 및 그 균등물에 의해 한정된다.
탄소 섬유 보강 폴리머(Carbon Fiber Reinforced Polymer: CFRP) 부품과 같은 복합재 부품은, 처음에 다수의 층으로 레이업되어 함께 프리폼을 형성한다. 프리폼의 각 층 내의 개별적인 섬유는 서로 평행하게 정렬되지만, 상이한 층은 상이한 치수를 따른 결과적인 복합재의 강성 및/또는 강도를 증가시키기 위해 상이한 섬유 배향을 나타낼 수 있다. 프리폼을 복합재 부품(예컨대, 항공기에서 사용하기 위해)으로 경화하기 위하여, 프리폼은 고체화하는 수지를 포함할 수 있다. 경화되지 않은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 함침된 탄소 섬유는 "프리 프레그 (prepreg)"라 불린다. 탄소 섬유의 다른 타입은 열경화성 수지로 함침되지 않았지만 점착제(tackifier) 또는 결합제(binder)를 포함할 수 있는 "건식 섬유"를 포함한다. 건식 섬유는 경화되기 전에 수지가 주입될 수 있다. 열경화성 수지의 경우, 단단히 하는 것은 경화(curing)라고 불리는 일방향의 공정인 반면에, 열가소성 수지의 경우는 수지는 재가열되면 액상으로 복귀할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템(100)의 사시도이다. 프리폼제조 시스템(100)은 섬유 보강 재료의 웹 상에 섬유 보강 재료의 토우를 레이업하기 위하여 또 복합재 부품으로 경화하기 위하여 토우 및 웹을 프리폼으로 절단하기 위하여 작동할 수 있는 임의의 시스템, 장치 또는 구성 요소를 포함한다. 본 실시 예에서, 프리폼 제조 시스템(100)은 분배 스풀(110)을 포함하고, 이는 섬유 보강 재료(예컨대, 0°, + 45°, -45°, 90° 또는 0°의 섬유 배향을 갖는 단방향 CFRP와 같은 CFRP, 또는 심지어 직조된 재료 또는 비직조된 재료의 웹)의 웹(120)을 초당 몇몇 내지 많은 피트(feet)로 공정 방향으로 연속적으로 분배하도록 기계적으로 구동될 수 있다. 섬유 보강 재료는 건식 섬유, 프리 프레그 등을 포함하는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다.
하나 이상의 플라이 배치 스테이션은 웹(120)의 표면(122) 상에 토우를 배치할 수 있다. 예컨대, 경사(angled) 배치 스테이션(140)은 공정 방향에 대해 각이 진(예컨 대, +α°, -α°) 토우(142)를 분배할 수 있는 한편, 수직 (perpendicular) 배치 스테이션(150)은 공정 방향에 수직인 토우(152)를 분배할 수 있다. 플라이 배치 스테이션은 제조 속도를 향상시키기 위해 웹(120)이 공정 방향으로 주행하는 동안에도 작동할 수 있고, 또 웹(120)의 속도보다 느리거나, 같거나, 또는 더 빠른 속도로 토우 (142)를 분배할 수 있다.
토우가 웹(120)에 적용될 때, 컨베이어(130)는 웹(120)의 표면(124)과 접촉 할 수 있고, 또 웹(120)이 하방으로(즉, 음(-)의 Y 방향으로) 처지는 것을 방지한다. 보다 직접적으로 언급하면, 컨베이어(130)는 토우의 배치 동안에 적용되는 임의의 압축력에 대한 반작용(reaction)을 제공한다. 이는 웹(120)에 대한 압력의 적용을 매개하여 토우가 웹(120)에 부착될 수 있게 한다. 이러한 경우, 토우 및 웹 (120)은, 웹(120)에 토우의 부착을 용이하게 하는 점착제 또는 결합제를 포함할 수 있다.
원하는 양의 플라이가 웹(120)에 배치된 후, 웹(120)은 성형 스테이션(160)으로 운반된다. 성형 스테이션(160)은 스탬프(162) 및 맨드릴(164)을 포함한다. 스탬프(162)가 맨드릴(164) 내로 구동되면, 스탬프(162)는 웹(120)을 미리 전해진 형상으로 성형하는 힘을 인가한다. 웹(120)이 이러한 방식으로 성형되는 동안에, 절단 공구(166)(예컨대, 웹(120)으로부터 전체 프리폼을 한번에 절단하는 도 3의 원주 방향 블레이드(167), 또는 웹(120)의 일부를 동시에 절단하는 주행 블레이드를 갖는 공구)가 웹의 성형된 부위를 잘라내어 프리폼을 만든다. 프리폼은 그 다음에 스탬프(162) 또는 맨드릴(164)로부터 제거될 수 있고, 웹(120)의 새로운 섹션이 성형 스테이션(160)으로 운반될 수 있다. 웹(120)의 사용되지 않은 부위는, 웹(120)의 회수 부위를 제공하기 위하여 기계적으로 구동될 수도 있는(예컨대, 내부 액추에이터에 의해) 회수(take-up) 스풀(170)에 의해 획득될 수 있다. 분배 스풀(110) 및 회수 스풀(170)의 구동은 프리폼의 생성 동안 및/또는 웹(120)에 토우의 적용 동안에 웹(120)에 장력을 인가하도록 조정될 수 있다.
연속 공정의 일부로서 프리폼을 제조함으로써, 프리폼 제조 시스템(100)은 종래의 시스템에 의해 직면하게 되었던 수많은 문제점을 회피한다. 예컨대, 프리폼 제조 시스템(100)은 미리 절단된 플라이의 저장을 필요로 하지 않고, 값 비싼 AFP 기계의 사용을 요구하지 않으며, 또한 레이업 공정이 절단 공정으로부터 분리될 것을 필요로 하지 않는다. 또한, 프리폼 제조 시스템(100)은 복잡하고 고가인 레이업 맨드릴(예컨대, 윤곽이 있거나 없거나)을 요구하지 않고, 또 레이업을 위해 맨드릴 (예컨대, 특별한 윤곽 및/또는 복잡한 윤곽을 갖는 맨드릴) 상에 보상을 하기 위한 레이업 제어를 필요로 하지 않는다. 이러한 이점은 종래의 시스템이 달성할 수 있는 것보다 더 빠르고 저렴한 방식으로 프리폼을 생성할 수 있게 한다.
프리폼 제조 시스템(100)의 작동에 대한 예시적인 상세 내용이 도 2와 관련하여 논의될 것이다. 본 실시예에서, 분배 스풀(110)이 웹(120)으로 적재되고, 또 기술자가 웹(120)에서 프리폼의 제조를 시작하기를 원한다고 가정한다. 기술자는 웹(120)을 회수 스풀(170)로 인출하고, 분배 스풀(110) 및 회수 스풀(170)이 회전을 시작하도록 지시한다.
도 2는 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템을 작동시키는 방법(200)을 도시하는 흐름도이다. 방법(200)의 단계들은 도 1의 프리폼 제조 시스템(100)을 참조하여 기재되나, 당업자는 방법(200)이 다른 시스템에서 수행될 수 있음을 인식할 것이다. 여기에 기재된 흐름도의 단계들은 모든 것을 포함하는 것은 아니며 도시되지 않은 다른 단계들을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 단계들은 대안적인 순서로 수행될 수도 있다.
단계(202)에서, 분배 스풀(110) 및 회수 스풀(170)은 웹(120)을 공정 방향으로 운반한다. 이는 웹(120)의 부위를 경사 배치 스테이션(140)을 향해 전진시키기 위하여 일정한 속도로 수행될 수 있다. 웹(120)이 운반됨에 따라, 분배 스풀(110)은 웹(120)의 새로운 부위를 계속 제공한다.
단계 204에서, 섬유 보강 복합재 재료(예컨대, 건식 섬유 CFRP)의 적어도 하나의 토우가 웹(120) 위에 배치된다. 토우는 경사 배치 스테이션(140), 수직 배치 스테이션 (150) 등에 의해 배치될 수 있다. 토우를 배치하는 것은, 컨베이어(130)가 분배 위치에서 압축력(compaction force)에 대하여 반작용력을 제공하는 동안에 압축력으로 토우(142)를 분배하는 롤러(예컨대, 도 3의 롤러(346))를 작동시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 작동은 웹(120) 상에 토우(142)를 분배한다(도 3-4에 도시된 바와 같이). 웹(120)이 일시적으로 정지되는 동안에 토우가 배치될 수 있 다. 추가적인 실시예에서, 웹(120)에 대한 배치 스테이션의 위치 및/또는 배향을 조정함으로써, 웹(120)이 공정 방향으로 계속 이동하는(즉, 운반되는) 동안에 토우가 분배될 수 있다. 이러한 추가 실시 예에서, 수직 배치 스테이션(150)은 공정 방향으로 웹(120)과 함께 이동할 수 있다. 따라서 웹(120)의 관점에서 볼 때, 단지 경사 배치 스테이션(140)만이 공정 방향으로 웹(120)과 상이한 속도로 이동한다. 예컨대, 웹(120)이 공정 방향으로 진행하고 또 롤러가 웹(120) 상에 토우를 분배 할 때, 배치 스테이션은 롤러의 위치, 롤러의 각도 또는 이들의 조합을 조정할 수 있다. 롤러는 예컨대, 토우를 웹(120) 상으로 분배하는 동안에 공정 방향을 따라 웹(120)에 대해 움직이지 않도록 유지하기 위하여, 공정 방향으로 웹(120)의 속도 비율로 이동될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 토우의 다수의 층은 서로의 상부에 위치될 수 있고, 또 토우는 열(heat)(예컨대, 화씨 150도) 및/또는 압력(예컨대, 수백 킬로 파스칼 )을 적용하여 배치 스테이션에서 하나 이상의 롤러로부터 웹(120)에 부착될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 컨베이어(130)를 교체하고 또 반작용력을 제공하기 위하여, 일련의 경사 배치 스테이션(140) 및 수직 배치 스테이션(150)은 웹(120)의 아래 쪽에 배치될 수 있다. 대안적으로, 배치 스테이션은 공정 방향을 따라 더 배치될 수 있고 또 웹(120)의 표면(122)에 위치한 컨베이어에 의해 인가된 반작용력받을 수 있다. 배치 스테이션에 의한 열 및/또는 압력의 적용은 건식 섬유 토우에서 결합제에서 발견되는 점착성(tack)의 양을 증대시키고, 또 토우를 웹(120)에 견고하게 부착한다. 이러한 방식으로, 토우를 웹 위에 배치하는 것은 토우를 웹에 부착시킨다. 단계(204)에서 분배된 토우는 공정 방향과 평행하게 분배될 필요는 없고 , 또 토우는 심지어 공정 방향과 평행하지 않은 길이 방향(lengthwise) 축을 가질 수도 있다. 또한, 토우는 웹(120)의 섬유 배향과 상이한 섬유 배향(예컨대, 0°, +45°, -45° °, 90° 또는 임의의 각도 α)을 갖는 단방향 섬유의 플라이를 포함할 수 있다.
토우를 수납한 웹(120)의 부위는 이제 복합재 부품으로 경화하기 위한 프리폼으로 성형될 준비가 된다. 따라서 단계(206)에서 분배 스풀(110) 및 회수 스풀 (170)은 웹(120) 및 적어도 하나의 토우를 공정 방향으로 운반하기 위하여 진행한다. 토우가 웹(120)에 부착되기 때문에, 공정 방향으로 웹(120)을 운반하는 것은 웹(120)이 토우를 공정방향으로 운반하게 한다. 스탬프 성형을 위하여 성형 스테이션(160)이 도 6에 도시된다.
단계(208)에서, 성형 스테이션(160)은 토우 및 웹의 조합을 원하는 형상으로 성형하기 위하여 스탬프(162) 및 맨드릴(164)을 작동시킨다. 이는 단계(210)에서 스탬프된 토우 및 웹 내에서 플라이들 사이의 슬립을 유도한다. 따라서 스탬프 성형 공정 중에, 플라이는 다른 플라이에 대해 미끄러짐(즉, 전단)을 경험할 수 있다 . 성형 및 미끄러짐이 발생한 후, 단계(212)에서 스탬프 성형 공정은 스탬프된 토우 및 웹 내에서 플라이를 또한 통합한다. 단계(214)에서, 절단 공구(166)는 토우와 웹의 성형된 조합을 포함하는 프리폼을 절단하기 위하여 작동된다. 웹(120)은 이러한 공정 동안에 성형 스테이션(160)에서 일시적으로 정지될 수 있고, 또는 절단 및 성형 공정은 일시 정지가 요구되지 않는 컨베이어(130)의 속도에 비해 매우 빨리(예컨대, 몇분의 1초 이내에) 수행될 수 있다. 이어서, 프리폼은 경화 공구로 이동될 수 있고, 수지로 함침될 수 있으며, 복합재 부품으로 경화될 수 있다.
방법(200)은 플라이의 사전 절단의 필요성을 제거하고, 플라이 저장의 필요성을 없애며, 또 AFP 기계의 필요성을 제거하기 때문에 종래의 기법에 비해 실질적인 이점을 제공한다. 이는 복합재 부품을 제조할 때, 비용을 줄이고 생산량을 증가시키며, 매우 바람직하다.
도 3 내지 도 6은 프리폼 제조 시스템(100)의 다양한 특징을 도시한다. 특히, 도 3은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템(100)의 측면도이다. 도 3은 각 경사 배치 스테이션(140)이 토우(142)를 롤러(346)로 공급하는 하나 이상의 스풀(344)을 포함하는 것을 도시한다. 각각의 롤러(346)는 원하는 속도 비율로 토우 (142)를 웹(120) 상으로 분배하기 위하여, 가열될 수 있고 및/또는 구동(예컨대, 공정 방향으로 또는 공정 방향에 대하여)될 수 있다. 즉, 롤러(346)는 웹(120)의 속도에 비례하여 토우(142)를 분배하고, 또 웹(120)이 이동하는 동안에 웹(120)에 대하여 토우(142)를 적용한다.
또한, 토우를 분배할 때, 웹(120)에 토우(142)를 부착하기 위하여, 롤러 (346)는 원하는 레벨의 압력으로 토우(142)를 웹(120)에 대하여 가압(그리고 이에따라 웹(120)을 컨베이어(130)의 벨트(332)에 대하여 가압한다)할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수직 배치 스테이션(150)은 토우(152)를 롤러(356)에 공급하는 스풀(354)을 포함한다. 스풀(354)은 스풀(344)과 유사한 방식으로 작동할 수 있고, 또 롤러(356)는 롤러(346)와 유사한 방식으로 작동할 수 있다.
컨베이어(130)는 웹(120)의 속도에 대응하는 속도의 비율로 벨트(332)를 공정 방향으로 운반하는 롤러(334)를 포함한다. 이러한 방식으로, 웹(120)은 주행하는 동안에 컨베이어(130)와 마찰되지않고, 또 컨베이어(130)의 벨트(332)는, 토우를 웹(120)에 고정하기 위하여 롤러(346) 및 롤러(356)가 웹(120)에 대하여 압축 닙(compaction nip: 348)에서 원하는 양의 하향 압력을 인가할 수 있도록 하는 기계적인 지지/저항을 제공한다.
도 4는 예시적인 실시예에서 경사 배치 스테이션(140)의 사시도이다. 특히, 도 4는 도 3의 도시 화살표(4)와 대응한다. 도 4는 경사 배치 스테이션(140)과 웹 (120) 사이에서 발견되는 운동 및 각도의 관계를 도시한다. 예컨대, 웹(120)이 공정 방향으로 속도(V1)로 진행할 때, 경사 배치 스테이션(140) 중 하나의 각각의 롤러(346)는 속도(V2)로 토우(142)를 분배할 수 있다. V2의 방향(412)은 V1의 방향 (430)으로부터 각도(θ1)만큼 어긋날 수 있다. 이러한 방식으로, 토우(142)는 웹 (120)의 길이 방향 축(예컨대, 공정 방향)과 평행하지 않은 길이 방향 축(L1)을 가질 수 있다. 롤러(346)(또는 경사 배치 스테이션(140)의 전체)는 또한 속도(V3)로 이동될 수 있다. 예컨대, 토우가 웹(120)에 대해 일정한 각도를 유지하고 또 주름을 나타내지 않도록 하디 위하여, 롤러(346)가 토우를 분배하는 동안에 V2 및/또는 V3의 크기 및/또는 방향이 조정될 수 있다.
유사한 방식으로, 다른 경사 배치 스테이션(140)은 각도(θ2)만큼 V1의 방향 (420)으로부터 벗어난 방향(422)으로 속도(V4)로 토우(142)를 분배할 수 있다. 다른 경사 배치 스테이션(140)의 롤러(346)는 속도(V5)로 이동될 수 있고, 또 V4 및/또는 V5의 크기 및/또는 방향은 롤러(346)가 토우를 분배하는 동안에 조정될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에서 수직 배치 스테이션(150)의 사시도이다. 도 5는 도 3의 도시 화살표(5)와 대응한다. 도 5에 따르면, 롤러(356)(또는 수직 배치 스테이션(150)의 전체)는 웹 방향에서 속도(V1)로 이동되어, 토우(152)를 분배할 때 롤러(356)는 공정 방향에서 웹(120)에 대해 이동하지 않는다. 그러나 롤러(356)는 Z 방향(500)을 따라 속도(V6)로 이동되고, 이는 수직 배치 스테이션(150)으로 하여금 웹(120)의 길이 방향 축(예컨대, 공정 방향)에 수직인 길이 방향 축(L2)을 갖는 토우를 적용할 수 있게 한다. 여기에 기재된 임임의 배치 스테이션은 프리폼 또는 프리폼의 일부에 대한 레이업을 완료한 후에, 디폴트 위치 및/또는 배향으로 되돌려 이동될 수 있다. 이는 배치 스테이션이 다음의 프리폼의 레이업을 개시할 수 있도록 한다.
도 6은 예시적인 실시예에서 웹(120)의 일부를 성형하는 스탬프(162)의 사시도이고, 도 6의 도시 화살표(6)와 대응한다. 스탬프(162)는 웹(120)에 부착된 임의의 토우와 함께 웹(120)을 구체적으로 성형한다. 스탬프(162)는 웹(120)을 성형하기 위하여 미리 정해진 양의 압력(예컨대, 수백 킬로 파스칼의 압력)을 인가할 수 있다. 도 6은 스탬프(162)에서 윤곽(610)뿐만 아니라 맨드릴(164)에서 윤곽(620을 추가로 도시한다. 스탬프(162)가 자신의 작동을 완료한 후에, 웹(120)(및 임의의 부착된 토우)의 부위는 윤곽(610) 및 윤곽(620)을 따를 것이다. 도 7은 프리폼 제조 시스템(100)을 통해 제조된 완성된 프리폼(700)을 도시한다. 프리폼(700)은 형상화되고 절단되며, 그리고 원하는 위치에 토우(142) 및 토우(152)를 포함한다.
예
이하의 예에서, 복합재 재료의 프리폼을 제조하기 위하여 연속적인 웹을 이용하는 시스템의 관점에서 추가적인 공정, 시스템 및 방법이 기재된다.
도 8은 예시적인 실시예에서 프리폼 제조 시스템(800)의 블록도이다. 프리폼 제조 시스템(800)은 웹(820)을 제공하는 분배 스풀(810), 및 웹(820)이 성형 스테이션(840)에서 절단된 후에 웹(820)의 부위를 수용하는 회수 스풀(830)을 포함한 다. 성형 스테이션(840)에서, 스탬프(842)는 맨드릴(844) 내로 구동되고, 절단 공구(846)는 웹(820)으로부터 프리폼을 절단하기 위하여 하향 구동된다. 배치 시스템 (850)은 섬유 보강 재료의 토우(858)를 롤러(854)로 제공하는 스풀(852)을 포함하고, 롤러(854)는 토우(858)를 웹(120) 상에 분배한다. 이러한 공정 동안에, 액추에이터(856)는 롤러(854)의 위치 및/또는 각도를 역동적으로 조정할 수 있다. 유사한 형태로, 배치 시스템(860)은 스풀(862), 토우(868), 롤러(864) 및 액추에이터(866)를 포함하고, 배치 시스템(870)은 스풀(872), 토우(878), 롤러(874) 및 액추에이터 (876)을 포함한다. 일부 실시예에서, 가열되지 않은 롤러가 사용될 수 있고, 압축 전에 별도의 히터(적외선 히터와 같은, 도시 안 됨)에 의해 열이 가해질 수 있다. 다른 실시예에서, 가열된 롤러가 사용될 수 있다. 서포트(890)는 벨트(892) 및 다수의 롤러(894)를 갖는 컨베이어이다. 벨트(892)는 웹(820)을 지지하고, 또 웹 (820)에 대한 마찰(rubbing) 또는 마모를 방지하기 위하여 웹(820)의 공정 방향으로 운반된다.
제어기(880)는 상술한 다양한 구성 요소의 작동을 관리한다. 예컨대, 제어기 (880)는 여러 결합된 구성 요소의 타이밍, 이동 및 다른 작동을 지시하기 위하여 수치 제어(NC) 프로그램에 저장된 명령을 구현할 수 있다. 제어기(880)는 예컨대, 하나 이상의 센서(882)(예컨대, 적외선 센서, 모션 센서, 회전 센서 등)로부터 피드백을 수신할 수 있고, 또 상기 언급된 타이밍 및 이동을 제어하기 위하여 이러한 입력을 이용할 수 있다. 그러한 피드백은 웹에 대한 토우의 위치 또는 각도를 나타낼 수 있다. 제어기(880)는 예컨대, 커스텀 회로(custom circuitry)로서, 프로그램된 명령을 실행하는 하드웨어 프로세서로서, 또는 이들의 어떤 조합으로서 구현될 수 있다.
도면을 더 상세히 참조하면, 본 개시의 실시예는 도 9에 도시된 바와 같은 방법(900)에서의 항공기 제조 및 서비스 및 도 10에 도시된 바와 같은 항공기 (902)와 관련하여 기재될 수 있다. 예비　생산　도중에,　방법(900)은 항공기(902)의　사양서　및　설계(904)　및　재료 구매(906)를　포함할　수 있다.　생산　도중에, 　항공기 (902)의　구성 요소　및　서브　조립체　제조(908)　및　시스템　통합(910)이　이루어진 다.　그　후,　항공기(902)는　서비스(914)에　제공되기　위해　인증　및　인도(912)를　거칠　수 있다.　고객에　의한　서비스(914)에 제공되는 동안,　항공기(902)는　유지　관리 및　서비스(916)(수정,　재구성,　보수　등을 포함할 수 있는)의　일상적인　작업을　위해　계획된다. 여기에 구현된 장치 및 방법은, 방법(900)에 기재된 생산 및 서비스의 임의의 하나 이상의 적절한 단계(예컨대, 사양서 및 설계 (904), 재료 구매 (906), 구성 요소 및 서브 조립체 제조(908), 시스템 통합(910), 인증 및 인도 (912), 서비스(914), 유지 관리 및 서비스(916)) 동안 및/또는 항공기(902)의 임의의 적절한 구성 요소(예컨대, 기체(918), 시스템(920), 내장(922), 추진 시스템 (924), 전기 시스템(926), 유압 시스템(928), 환경 시스템(930))에 채용될 수 있다.
방법(900)의　각각의　프로세스는　시스템　통합자,　제3자,　및/또는 작업자(예컨대, 고객)에　의해　수행되거나　실행될　수 있다.　본　설명의　목적을　위해　시스템　통합자는, 한정됨이 없이,　임의의 여러　항공기　제조업체　및　주요　시스템　하청업체를　포함　할　수　있고; 제3자는,　한정됨이 없이, 임의의 여러　공급업체,　하청업체　및　공급자를　포함할　수　있으며; 작업자는　항공사,　임대　회사,　군대 기관,　서비스　기구　등일　수 있다.　
도　10에 도시된 바와 같이, 방법(900)에　의해　생산된 항공기(902)는　복수의　시스템(920)　및　내장(interior: 922)을　갖는　기체(airframe: 918)를　포함　할　수 있다.　시스템(920)의　예는　추진　시스템(924),　전기　시스템(926),　유압　시스템 (928)　및　환경　시스템(930)　중　하나　이상을　포함한다.　임의 수의 다른 시스템이 포함될 수 있다. 항공　우주의　예가　도시되어　있지만,　발명의 원리는 자동차　산업과　같은　다른　산업에　적용될　수 있다.　
이미 상기에서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 구현된 장치 및 방법은, 방법 (900)에서 기재된 생산 및 서비스의 임의의 하나 이상의 단계 동안에 채용될 수 있다. 예컨대, 구성 요소 및 서브 조립체 제조(908)에 대응하는 구성 요소 또는 서브 조립체는 항공기(902)가 서비스에 제공되는 동안에 생산된 구성 요소 또는 서브 조립체와 유사한 방식으로 제작 또는 제조될 수 있다. 또한, 예컨대, 항공기(902)의 조립을 실질적으로 촉진하거나 비용을 감소시킴으로써, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예 또는 이들의 조합이 서브 조립체 제조(908) 및 시스템 통합(910) 동안 에 활용될 수 있다. 유사하게, 항공기(902)가 서비스에 제공되는 동안에, 예컨대 및 이에 한정됨이 없이 유지 관리 및 서비스(916) 동안에, 장치 실시예, 방법 실시예 또는 이들의 조합 중의 하나 이상이 이용될 수 있다. 예컨대, 여기에 기재된 기법 및 시스템은 재료 구매(906), 구성 요소 및 서브 조립체 제조(908), 시스템 통합(910), 서비스(914), 및/또는 유지 관리 및 서비스(916)을 위하여 사용될 수 있고, 및/또는 기체(918) 및/또는 내장(922)을 위하여 이용될 수 있다. 이러한 기법 및 시스템은 심지어, 시스템(920), 예컨대 추진 시스템(924), 전기 시스템(926), 유압 시스템(928) 및/또는 환경 시스템(930)을 위하여 활용될 수 있다.
일 실시예에서, 부품은 기체(918)의 일부를 포함하고, 또 구성 요소 및 서브 조립체 제조(908) 동안에 제조된다. 그 다음, 부품은 시스템 통합(910)에서 항공기내에 조립될 수 있고, 또 마모로 부품을 사용할 수 없을 때까지 서비스(914)에 황용될 수 있다. 그런 다음, 유지 관리 및 서비스(916)에서, 부품은 폐기되고 새롭게 제조된 부품으로 교체될 수 있다. 본 발명의 구성 요소 및 방법은 새로운 부품을 제조하기 위하여 구성 요소 및 서브 조립체 제조(908) 동안에 이용될 수 있다.
도면에 도시되거나 본 명세서에 기재된 임의의 다양한 제어 요소(예컨대, 전기 또는 전자 구성 요소들)은 하드웨어, 소프트웨어를 구현하는 프로세서, 펌웨어를 구현하는 프로세서, 또는 이들의 어떤 조합으로서 구현될 수 있다. 예컨대, 요소는 전용 하드웨어로서 구현될 수 있다. 전용 하드웨어 요소는 "프로세서", "제어기" 또는 어떤 유사한 용어로 지칭 될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능들은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, "프로세서" 또는 "제어기"라는 용어의 명백한 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되어서는 안되고, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC) 또는 다른 회로, 필드 프프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 ROM(read only memory), RAM(random access memory), 비휘발성 저장 장치, 로직, 또는 어떤 다른 물리적인 하드웨어 구성 요소 또는 모듈을 암시적으로 포함할 수 있다.
또한, 제어 요소는 요소의 기능을 수행하기 위하여 프로세서 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령으로서 구현될 수 있다. 명령의 몇몇 예는 소프트웨어, 프로그램 코드 및 펌웨어이다. 명령은 프로세서가 요소의 기능을 수행하도록 지시하기 위해 프로세서에 의해 실행될 때 작동할 수 있다. 명령은 프로세서에 의해 판독 가능한 저장 장치에 저장될 수 있다. 저장 장치의 일부 예는 디지털 또는 고체 상태 메모리, 자기 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체, 하드 드라이브 또는 광학적으로 판독 가능한 디지털 데이터 저장 매체이다.
특정한 실시예가 본 명세서에 기재되었지만, 개시의 범위는 그들 특정한 실시 예에 한정되지 않는다. 개시의 범위는 이하의 청구 범위 및 그 균등물에 의해 한정된다.

Claims (15)

  1. 프리폼을 생성하는 방법으로서,
    섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하는 단계(202);
    웹 위에 섬유 보강 복합재 재료를 배치하는 단계(204);
    웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 이송하는 단계(206); 및
    토우와 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 단계(214); 를 포함하는 프리폼을 생성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    토우를 배치하는 단계는, 토우를 웹상에 분배하고 웹에 대해 토우를 압축하는, 웹 위에 위치된 롤러를 작동시키는 단계를 포함하는 프리폼을 생성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    롤러는, 토우의 길이 방향 축이 웹의 공정 방향과 평행하지 않은 각도로 토우를 분배하는 프리폼을 생성하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    롤러가 웹상에 토우를 분배하는 동안에 웹에 대해 롤러의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 프리폼을 생성하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    롤러의 위치를 조정하는 단계는 웹의 속도의 비율로 롤러를 이동시키는 단계를 포함하는 프리폼을 생성하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    롤러는 웹의 속도에 비례하는 비율로 토우를 분배하고, 또 웹이 이동하는 동안에 웹에 대하여 토우를 적용하는 프리폼을 생성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    프리폼을 미리 정해진 형상으로 스탬프 성형하는 힘을 인가하여, 웹 및 토우의 플라이 미끄러짐(slippage) 및 웹 및 토우의 통합(consoildation)을 이루어 프리폼을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 프리폼을 생성하는 방법.
  8. 프로세서에 의해 실행될 때 프리폼을 생성하는 방법을 수행하도록 동작 가능한, 프로그램된 명령을 구현하는 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 방법은,
    섬유 보강 복합재 재료의 웹을 공정 방향으로 운반하는 단계(202);
    웹 위에 섬유 보강 복합재 재료를 배치하는 단계(204);
    웹 및 토우를 공정 방향에서 절삭 공구로 이송하는 단계(206); 및
    토우와 웹의 조합을 포함하는 프리폼을 절단하는 단계(214); 를 포함하는 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  9. 프리폼을 생성하는 장치로서,
    섬유 보강 복합재 재료의 웹(120)을 공정 방향으로 운반하는 웹 전진기구(110);
    섬유 보강 복합재 재료를 웹 위에 배치하는 적어도 하나의 배치 스테이션(140); 및
    웹 및 웹 위에 배치된 섬유 보강 복합재 재료의 조합을 포함하는 프리폼 (700)을 절단하도록 배치 스테이션의 하류에 배치된 절단 공구(166); 를 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    배치 스테이션은 섬유 보강 복합재 재료의 토우(142)를 배치하는 동안에 웹에 대한 토우의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정하도록 작동되는 프리폼을 생성하는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    웹 전진 기구는 스풀(110)을 포함하고, 또 배치 스테이션은 롤러(344)를 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    제2 윤곽(620)을 갖는 맨드릴(164) 내로 구동되는 제1 윤곽(610)을 갖는 스탬프(162)를 추가로 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    섬유 보강 복합재 재료의 토우(142)를 가열하는 가열된 롤러(346)를 추가로 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    센서(882)로부터의 피드백에 기초하여 웹의 속도를 제어하는 제어기(880)를 추가로 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    절단 공구는 프리폼의 전체를 한번에 절단하는 원주 방향 블레이드(167)를 포함하는 프리폼을 생성하는 장치.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3967480A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-16 The Boeing Company Systems and methods for forming composite members
US11618177B1 (en) 2022-04-12 2023-04-04 Bradley W Boesel Orbital knife
CN115284378A (zh) * 2022-09-28 2022-11-04 南通君泽医疗科技有限公司 一种无纺布加工打孔设备

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3556888A (en) 1967-06-23 1971-01-19 Glastrusions Pultrusion machine and method
US4938824A (en) * 1987-01-23 1990-07-03 Thiokol Corporation Method for making a composite component using a transverse tape
TW363012B (en) * 1995-05-01 1999-07-01 Mitsui Chemicals Inc Manufacturing method for laminated plates
KR100797269B1 (ko) * 2000-07-28 2008-01-23 하이퍼카 인코포레이티드 복합 구조체를 제조하는 방법 및 장치
JP3894035B2 (ja) * 2001-07-04 2007-03-14 東レ株式会社 炭素繊維強化基材、それからなるプリフォームおよび複合材料
US6635004B2 (en) * 2001-09-14 2003-10-21 Paragon Trade Brands, Inc. Apparatus and method for removing material from a fabric web
JP2003251702A (ja) * 2002-03-01 2003-09-09 Toray Ind Inc 強化繊維基材の裁断方法およびプリフォームの製造方法ならびにその製造装置
US7527222B2 (en) * 2004-04-06 2009-05-05 The Boeing Company Composite barrel sections for aircraft fuselages and other structures, and methods and systems for manufacturing such barrel sections
WO2006029588A1 (de) * 2004-09-18 2006-03-23 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Pressverform-werkzeug sowie verfahren zur herstellung eines bauteils durch pressverformung
US8094027B2 (en) * 2007-12-19 2012-01-10 Abbott Laboratories Method for molding an object containing a radio frequency identification tag
FR2928293B1 (fr) * 2008-03-07 2016-09-23 Duqueine Rhone Alpes Procede de fabrication d'un produit composite multi axial plan et produit obtenu par ce procede
US9090028B2 (en) * 2008-04-17 2015-07-28 The Boeing Company Method for producing contoured composite structures and structures produced thereby
DK2314445T3 (en) * 2009-10-20 2018-06-06 Vestas Wind Sys As A method of making a composite body and a device for making a composite body
DE102010002844A1 (de) * 2010-03-13 2011-09-15 Dieffenbacher Gmbh + Co. Kg Verfahren, Anlage und Harzmatte zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen in einer Formpresse
DE102012111761A1 (de) 2012-12-04 2014-06-05 Rehau Ag + Co. Verfahren zum Herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten Lage und System zum Durchführen des Verfahrens
JPWO2014171481A1 (ja) * 2013-04-19 2017-02-23 東レ株式会社 強化繊維シートの製造方法
US20160101543A1 (en) * 2013-12-03 2016-04-14 The Boeing Company Hybrid Laminate and Molded Composite Structures
DE102014205479A1 (de) * 2014-03-25 2015-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faservorformlings für ein Faserverbundbauteil
US10406798B2 (en) * 2014-03-31 2019-09-10 Goodrich Corporation Method to transport and lay down dry fiber bundles
US20150344347A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 Corning Incorporated Apparatuses for steering flexible glass webs and methods for using the same
JP2018507953A (ja) * 2015-02-23 2018-03-22 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ 繊維強化部品又は半製品の製造方法
JP6681803B2 (ja) * 2016-08-04 2020-04-15 津田駒工業株式会社 強化繊維材料の供給装置、及びその供給装置における強化繊維材料の切断方法
US10668683B2 (en) * 2016-09-15 2020-06-02 The Boeing Company Gap fillers for composite materials

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