[发明专利]用于制造物品的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在模具里制造物品、尤其是纤维复合物品的系统和方法，所述物品优选为用于风力涡轮机的叶片的至少部分。

背景技术

纤维复合物品的制造一般涉及在成型模具内敷设纤维复合材料，通常将上述纤维复合材料作为连续层的条带施加。然后，可将树脂施加到模具内的纤维复合材料，上述树脂随后固化以将纤维复合材料凝固成模制物品。然后，可将已模制物品从模具移除以进行附加加工或机加工，且上述模具已准备好在该模具内敷设和固化下一物品。

传统上，将敷设材料手动施加到模具表面。然而，当一些纤维复合物品相当长时，例如现代风力涡轮机叶片可在长度上超过40米，这种手动敷设使单个物品制造花费相当多的周期时间。

为了减少这些物品的制造时间，可从自动化敷设头分配纤维复合材料，自动化敷设头配置为从设置在敷设头处或上的滚筒施加这些材料，材料沿着线性施加平面施加。敷设头可相对于模具移动，以沿着任何期望模具部分分配材料。

然而，尽管使用这种敷设头可使得敷设时间较快，但这种敷设自动化有时候导致纤维复合材料在模具内的错位，尤其是在模具包括倾斜或斜面式模具表面的时候。在这种情况下，材料从线性施加平面到弯曲表面的分配可因重力对材料的作用而导致纤维复合材料的滑移，从而使得上述材料偏离模具内的期望敷设路径。对这种错位的校正可需要手动检查和改正敷设材料位置，因而引发对制造工艺的附加时间和劳动。另外，以近似竖向排列进行材料施加可导致敷设头位于运动奇异点（kinematic singularity）附近，意即敷设头的适应性或适配性受到限制。

在一些系统中，在敷设之后，可将增粘剂施加于纤维复合材料和/或可将夹具施加于材料边缘，以阻止敷设后的运动或滑移。然而，这些系统并未完全消除滑移问题，和/或将附加步骤引入了制造工艺。

本发明的目的是提供用于制造纤维复合物品的改进系统和方法，其寻求减少这些问题。

发明内容

因此，提供一种在具有倾斜或弯曲表面的模具内制造纤维复合物品的方法，所述纤维复合物品优选为用于风力涡轮机的叶片的部分，其中，所述方法包括如下步骤：

沿着倾斜的施加平面将纤维材料施加到所述模具的所述倾斜或弯曲表面，其中，所述施加平面具有相对于所述模具的所述倾斜或弯曲表面而言更水平的定向，使得所施加的纤维材料掉落到所述模具的所述倾斜或弯曲表面，以及

将树脂施加到所述纤维材料并固化所述树脂以形成纤维复合物品。

通过沿着比所述倾斜或弯曲表面的名义平面更水平地定向的平面分配纤维材料，所述纤维材料将在重力作用下有效地下落到模具内的期望位置。

附加地或替代地，提供一种在模具内制造纤维复合物品的方法，所述纤维复合物品优选为用于风力涡轮机的叶片的部分，所述纤维复合物品具有倾斜或弯曲表面，所述方法包括如下步骤：

提供模具，所述模具具有在所述模具的倾斜或弯曲表面上限定的敷设平面，优选地在所述模具内限定敷设平面，所述敷设平面设置为与所述模具的倾斜或弯曲表面的期望施加纤维材料层的至少一部分相交；

提供用于分配纤维材料层的敷设头，其中所述纤维材料层沿着施加平面从所述敷设头分配；

定位所述敷设头，其中，所述施加平面相对于所述敷设平面旋转，使得相对于水平面而言，所述敷设平面的斜率比所述施加平面的斜率大；

将至少一个纤维材料层从所述敷设头的所述已旋转施加平面施加到所述模具的所述敷设平面；

将树脂施加到所述模具内的所述至少一个纤维材料层；以及

固化所述树脂以形成具有倾斜表面的纤维复合物品。

通过设置敷设头的施加平面以具有比模具的敷设平面小的倾斜角，因此纤维层由于重力而错位的风险将降低。进而，敷设头将以相对高的倾斜程度移离可能的运动奇异点。优选地，所述施加平面绕相对于所述敷设平面介于5-30度之间的纵向或水平轴线旋转到与所述敷设平面相比更水平的排列位置。

将会理解，平面的斜率是对平面倾斜度的测量，是相对于水平轴线测得的。将进一步理解，所述施加平面的斜率和所述敷设平面的斜率沿相同方向测得。

优选地，所述方法包括如下步骤：

为用于沿着所述模具的表面施加纤维材料的所述敷设头设置名义参照敷设框架，所述参照敷设框架的施加平面初始设置为与所述敷设平面重合；

绕所述纵向或水平轴线旋转所述名义参照敷设框架，使得所述施加平面具有相对于所述敷设平面而言更水平的定向；以及