Un método de fabricación de un elemento estructural curvo compuesto (102) que comprende las etapas de:

tender (906) una capa de banda compuesta curva (310) que incluye un material compuesto sobre una herramienta de fabricación (200), incluyendo la herramienta de fabricación una superficie curva (202) con forma de arco plano, teniendo el material compuesto tiene una pluralidad de fibras; y

curar la capa de banda, estando caracterizado el método por que:

las fibras se proporcionan en forma de tiras contiguamente adyacentes preimpregnadas (304) de un material compuesto, que se coliman y colocan sobre la superficie curva en un arco plano, en el que todas las fibras del material compuesto tienen una orientación de fibra unidireccional general, estando la orientación de fibra de la capa de banda sustancialmente alineada con una línea central longitudinal de la superficie curva

Método de fabricación de elementos estructurales compuestos curvos

Campo de la invención

La presente divulgación se refiere, en general, a estructuras compuestas. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a la fabricación de elementos estructurales para soportar carga a partir de materiales compuestos.

Antecedentes de la invención

Los materiales compuestos se usan cada vez más en una diversidad de industrias, incluyendo la industria de automoción, marina y aeroespacial. Los materiales compuestos se han usado para producir estructuras que no soportan carga, tales como cascos de barcos o paneles para carrocería de automóvil. Los materiales compuestos se han aplicado también en la fabricación de estructuras que soportan carga, tales como recipientes a presión y fuselajes de avión.

El documento US2003/0173019 desvela un método para producir una preforma textil para usarla en la fabricación de un producto compuesto de plástico reforzado con fibra e implica las siguientes etapas. Un material o artículo textil semi-acabado bi- o tri-dimensional se produce esencialmente por cualquier proceso de producción textil, tal como tejido a punto, tricotado o trenzado. Puede aplicarse un aglutinante al material textil, que se somete después a un proceso de reformado y/o drapeado aplicándolo sobre un soporte y una herramienta de reformado que tiene un contorno o geometría adaptada a la de la preforma deseada que se va a producir. De esta manera, las fibras no fijadas previamente del material textil se llevan a la orientación acabada deseada y después se fijan, cambiando la forma de la sección transversal del material. La preforma puede someterse después a etapas de procesamiento adicionales para formar el producto compuesto acabado.

Los materiales compuestos tienen aplicación especialmente en el diseño de miembros estructurales que llevan cargas de tracción. Los materiales compuestos usados en estos diseños incluyen materiales fibrosos fuertes, tales como carbono, aramida, vidrio o cuarzo, unidos juntos con un material de resina, tal como un epoxi. Dichos materiales pueden tener la ventaja de una alta resistencia a tracción a proporción en peso, que permite el diseño de estructuras ligeras que tienen una resistencia sustancial a tensión. Puesto que la carga en estos materiales la llevan principalmente las fibras, una diversidad de materiales compuestos se han desarrollado con fibras unidireccionales, es decir, las fibras están sustancialmente alineadas en una dirección uniforme. De esta manera, estos materiales se usan frecuentemente en diseños que sitúan las fibras a lo largo de la dirección de la carga de tracción en un miembro estructural.

Sin embargo, los diseños de material compuesto pueden tener la desventaja de que las fibras unidireccionales no siguen el contorno del miembro estructural. Por ejemplo, en un elemento estructural que incluye una superficie que está curva dentro de un plano, el material compuesto puede recortarse a la forma de un arco plano, pero las fibras no siguen la curva del arco. En dicho diseño, la orientación de las fibras unidireccionales no está en la dirección de carga en el miembro estructural. Adicionalmente, las fibras unidireccionales están cortadas a lo largo del borde recortado de la curva.

Por consiguiente, es deseable proporcionar un método de fabricación de elementos estructurales compuestos curvos con fibras que llevan carga alineadas a lo largo de la curvatura del elemento estructural.

Sumario de la invención

Las anteriores necesidades son satisfechas, en gran medida, por la presente invención, en la que en un aspecto se proporciona un método que en algunas realizaciones permite la fabricación semi-automática de elementos estructurales compuestos curvos con fibras que llevan carga alineadas a lo largo de la curvatura del elemento estructural usando una combinación de colocación de fibra y procesos de tendido automatizados.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un método de fabricación de un elemento estructural curvo compuesto de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

El método de fabricación puede incluir la colocación de una pluralidad de tiras unidas de forma contigua de un material compuesto con forma de un arco plano para formar una capa. Las tiras pueden colocarse sobre un material de sustrato retirable. El material compuesto puede incluir una pluralidad de fibras que tienen una orientación de fibra general, pudiendo estar la orientación de fibra de cada una de las tiras sustancialmente alineada a lo largo de toda la longitud del arco plano. Además, el método puede incluir recortar un borde de la capa.

El método de la fabricación de un elemento estructural curvo compuesto incluye la etapa de tender una capa de banda compuesta curva incluyendo un material compuesto sobre una herramienta de fabricación que incluye una superficie curva con forma de arco plano. El material compuesto comprende una pluralidad de fibras que incluyen una orientación de fibra general, y la orientación de fibra de la banda está sustancialmente alineada con una línea central longitudinal de la superficie curva. El método incluye adicionalmente la etapa de curar la capa de banda. El método de fabricación de un elemento estructural curvo compuesto puede incluir la etapa de tender una capa diagonal que incluye un material compuesto sobre la herramienta de fabricación sobre la superficie curva.

El método de fabricación de un elemento estructural curvo compuesto puede incluir las etapas de cortar un segmento de una cinta compuesta que tiene una pluralidad de fibras de cinta con una orientación de fibra de cinta general y tender una capa transversal que incluye el segmento de cinta sobre la superficie curva.

La orientación de la fibra de cinta puede formar sustancialmente un ángulo recto con una tangente de una línea central longitudinal de la superficie curva en todos los puntos a lo largo de la línea central longitudinal.

De esta manera se han perfilado, bastante ampliamente, ciertas realizaciones de la invención para que la descripción detallada de la misma en este documento pueda entenderse mejor, y para que la presente contribución a la técnica pueda apreciarse mejor. Por supuesto, hay realizaciones adicionales de la invención que se describirán a continuación y que formarán la materia objeto de las reivindicaciones adjuntas a la misma.

En este sentido, antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, debe entenderse que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y a las disposiciones de los componentes expuestas en la siguiente descripción o ilustradas en los dibujos. La invención es capaz de realizaciones además de las descritas y de realizarse de forma práctica y llevarse a cabo de diversas maneras. También, debe entenderse que la fraseología y terminología empleadas en este documento, así como en el resumen, son con el fin de descripción y no deberían considerarse limitantes.

Como tal, los expertos en la materia apreciarán que la concepción en la que se basa esta descripción puede utilizarse fácilmente como una base para el diseño de otras estructuras, métodos y sistemas para realizar los diversos fines de la presente invención. Por lo tanto, es importante que se considere que las reivindicaciones incluyen de dichas construcciones equivalentes en tanto que no se alejan del alcance de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1A es una vista en perspectiva que ilustra un elemento curvo con una sección transversal con forma de "C". La Figura 1B es una vista en perspectiva que ilustra un elemento estructural curvo con una sección transversal con forma de "L". La Figura 2 es una vista en perspectiva que ilustra una herramienta de fabricación o mandril, de acuerdo con una realización del método o proceso. La Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra una fabricación y proceso de tendido de una capa de banda a 0 grados de un material compuesto. La Figura 4 es una vista en perspectiva que ilustra el tendido de una capa superior a 0 grados de un material compuesto. La Figura 5 es una vista en perspectiva de un tendido de una capa diagonal a 45 grados de un material compuesto sobre una herramienta de fabricación. La Figura 6 es una vista en perspectiva que ilustra el tendido de la capa transversal a 90 grados de un material compuesto. La Figura 7 es una vista en perspectiva que ilustra el tendido de un elemento estructural que... [Seguir leyendo]

1. Un método de fabricación de un elemento estructural curvo compuesto (102) que comprende las etapas de:

tender (906) una capa de banda compuesta curva (310) que incluye un material compuesto sobre una herramienta de fabricación (200) , incluyendo la herramienta de fabricación una superficie curva (202) con forma de arco plano, teniendo el material compuesto tiene una pluralidad de fibras; y curar la capa de banda, estando caracterizado el método por que:

las fibras se proporcionan en forma de tiras contiguamente adyacentes preimpregnadas (304) de un material compuesto, que se coliman y colocan sobre la superficie curva en un arco plano, en el que todas las fibras del material compuesto tienen una orientación de fibra unidireccional general, estando la orientación de fibra de la capa de banda sustancialmente alineada con una línea central longitudinal de la superficie curva.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de retirar un material de sustrato de la capa de banda después de que la capa de banda se tienda sobre la herramienta.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de tender (908) una capa superior (402, 404) que incluye una cinta compuesta sobre una superficie superior (204, 206) de la herramienta de fabricación

(200) que corta con la superficie curva (202) formando una esquina entre la superficie superior (204, 206) y la superficie curva (202) , comprendiendo la cinta compuesta una pluralidad de fibras de cinta, teniendo todas estas dichas fibras de cinta una orientación de fibra de cinta unidireccional general, y la orientación de fibra de cinta está sustancialmente alineada con una línea central longitudinal de la superficie superior, y se forma un empalme (406, 408) a lo largo de la esquina donde la capa superior (402, 404) se encuentra con la capa de banda (310) .

4. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de sellar un tendido del elemento estructural curvo compuesto que incluye la capa de banda (310) sobre la herramienta de fabricación (200) dentro de una bolsa de vacío (704, 802) para retirar el aire atrapado por debajo y en el interior del material compuesto.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de transferir un tendido del elemento estructural curvo compuesto que incluye la capa de banda (310) sobre una segunda herramienta de fabricación curva que tiene una forma de una superficie opuesta del tendido.

6. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa (922) de inspeccionar un tendido del elemento estructural curvo compuesto que incluye la capa de banda (310) para defectos.

7. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de recortar (924) un tendido del elemento estructural curvo compuesto que incluye la capa de banda para retirar el exceso de material.

8. El método de la reivindicación 1, en el que el método se usa en la fabricación de un avión.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las tiras de material compuesto comprenden una estopa preimpregnada o una cinta ranurada.