[发明专利]复杂性减小的自动纤维布置设备和方法

说明书

技术领域

本公开一般地涉及自动纤维布置系统，尤其涉及用于层复合结构的自动纤维布置系统，并且更特别地处理用于布置纤维的简化设备和相关方法。

背景技术

可以使用自动复合材料应用机器制造复合结构例如被用于汽车、航海和航空领域的复合结构，自动复合材料应用机器通常指自动纤维布置(AFP)机。AFP机可以被用于飞机领域，例如通过围绕制造工具包裹被排列到较宽带群(band)内的复合的切成长条的带或“纤维素(tow)”制造结构形状和蒙皮构件。AFP机边与边相接触地连续排列并布置多个(通常为六个或更多个)带条(tape stripe)从而形成被布置并压紧在工具上的宽的共形的带宽。

为了制造大的复杂的压层复合构件，现有AFP机可以使用具有相对高操作灵活性的纤维布置头。例如现有布置头可以具有通过为每个带条提供单独的可独立控制的刀具从而增加剥离或独立于所有其它带条切割邻近带条的任意一个或全部的能力。因此现有布置头可能相对复杂、大且重。

现有布置头的尺寸、重量和复杂性可以排除其被用于制造相对小的复合层合板构件或被用于制造需要相对高布置分辨率的层。另外，由于其复杂性，现有布置头相对昂贵。

因此，为了需求较高布置分辨率和/或简化的纤维应用，存在对具有减小的机器复杂性和尺寸更小且重量更轻的自动纤维布置装置的需要。进一步地，存在对使用较不复杂布置机器的纤维布置的方法的需要，该机器允许纤维布置形成倾斜的或同形的带图案。

发明内容

提供了自动纤维布置设备和相关方法，其在制造相对小的层压复合纤维结构和需要高度带布置分辨率的较大复合结构时尤其有用。通过在过程的末尾使用单个切割机构同时切割带条的末端减小布置头的复杂性、尺寸和重量，因此消除了为每个带条分离切割机构的需要。尽管机械复杂性减小了，但是显示轮廓的或倾斜的应用图案可以通过随着铺设条的带群按顺序开始布置每个带条而实现。

根据一个公开的实施例，提供了一种在衬底上形成复合层的方法，其包含：在所述衬底之上移动自动纤维布置头；使用纤维布置头在衬底上铺设多条平行的复合带条，包括使所述带条中的至少一些的起点交错；以及使用单个切割切割所有所述带条的末端。切割带条的端部可以通过使单个切割刀片大体同时通过所有带条而被实施。

根据另一方法实施例，使用自动纤维布置头在衬底上布置复合纤维带包含：移动所述纤维布置头使其从开始位置穿过所述衬底到达末尾位置；按顺序开始将各个纤维带条布置到所述衬底上以随着所述布置头从所述开始位置移动到所述末尾位置而形成带群；以及在所述末尾位置大体同时切割所述带群内的所有所述带条。按顺序开始布置各个纤维带条通过按顺序致动在所述纤维布置头上的各个带穿入机构而被实施。切割所有带条通过致动在所述纤维布置头上的单个切割刀片机构和使用所述单个切割刀片机构从而切割所有所述带条而被实施。

根据进一步的方法实施例，在具有衬底特征的衬底上形成复合纤维层包含：在第一方向上移动自动带布置头使其穿过所述衬底远离所述衬底特征；随着所述布置头在所述第一方向上移动穿过所述衬底使用所述布置头铺设复合带条的第一带群，包括使第一组内的所述带条的至少一些的开始点交错从而在所述衬底特征的一侧形成第一倾斜的图案；在所述第一带群内的所述带条的末尾点切割所述第一带群内的所有所述带条；在第二方向上移动自动带布置头使其穿过所述衬底远离所述衬底特征；随着所述布置头在所述第二方向上移动穿过所述衬底使用所述布置头铺设复合带条的第二带群，包括使所述第二带群内的所述带条的至少一些的开始点交错从而在所述衬底特征的另一侧形成第二倾斜的图案；在所述第二带群内的所述带条的末尾点切割所述第二带群内的所有所述带条。切割在所述第一带群和所述第二带群内的所述带条通过大概同时使单个切割刀片穿过所述带群内的所有所述带条而被实施。铺设所述第一带群或第二带群的每一个中的所述带条在所述布置头的单个行程中被实施。所述布置头在所述第一方向和所述第二方向中的每一个方向上的移动从大体通过所述衬底特征的中心线开始。铺设所述第一带群和所述第二带群内的所述复合带条通过按顺序致动在所述纤维布置头上的各个带穿入机构而被实施。