Sistema y método para la producción de un componente de material compuesto o de metal enlazado.

Un sistema para producir componentes de material compuesto o de metal enlazado, que incluye:

primera y segunda cámaras de presión

(1, 2), teniendo cada cámara de presión una pared de cámara (5) elásticamente deformable;

medios para hacer circular fluido a temperatura y presión elevadas a través de cada una de dichas cámaras de presión;

en el que, cuando el sistema está en uso, las cámaras de presión (1, 2) se mantienen juntas con las paredes de cámara (5) elásticamente deformables situadas en relación de oposición;

en el que la presión en las cámaras de presión es tal que una acumulación de material compuesto o de metal enlazado puede ser comprimida o conformada para formar un componente de material compuesto o de metal enlazado;

caracterizado por al menos un conjunto de molde (7, 9) que incluye al menos una sección de molde (7b, 9b) separada que proporciona una cavidad de molde en cuyo interior puede ser colocada la acumulación; conteniendo el al menos un conjunto de molde (7, 9) una acumulación citada que está alojada entre las paredes de cámara mientras se hace circular fluido a temperatura elevada a través de cada cámara de presión de tal modo que la acumulación pueda ser curada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AU2002/000078.

Solicitante: QUICKSTEP TECHNOLOGIES PTY, LTD.

Nacionalidad solicitante: Australia.

Dirección: 152 VULCAN ROAD CANNING VALE, WA 6155 AUSTRALIA.

Inventor/es: GRAHAM, NEIL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/54 (Elementos constitutivos, detalles o accesorios; Operaciones auxiliares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/44 (mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/46 (con moldeos enfrentados, p. ej. para deformar preimpregnados (SMC), "prepegs")
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES B29B,... > Presentación, forma o estado de la materia moldeada > B29K105/08 (de gran longitud, p. ej. cuerdas, mechas, mallas, tejidos o hilos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > B29C35/00 (Calentamiento, enfriamiento o endurecimiento, p. ej. reticulación, vulcanización; Aparatos a este efecto (moldes con medios de calentamiento o de enfriamiento incorporados B29C 33/02; dispositivos para el endurecimiento de prótesis dentales de materia plástica A61C 13/14; antes del moldeo B29B 13/00; aspectos químicos C08J 3/00))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Moldeo por compresión, es decir, aplicando una presión... > B29C43/32 (Elementos constitutivos, detalles o accesorios; Operaciones auxiliares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Moldeo por compresión, es decir, aplicando una presión... > B29C43/12 (utilizando sacos que rodean el material a moldear)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Moldes o núcleos; Detalles o accesorios para ellos > B29C33/04 (utilizando líquido, gas o vapor de agua)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Moldeo por compresión, es decir, aplicando una presión... > B29C43/10 (Prensado isostático, es decir, utilizando órganos prensadores no rígidos que cooperan con órganos rígidos o matrices)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO MECANICO DE LOS METALES SIN ARRANQUE SUSTANCIAL... > TRABAJO MECANICO O TRATAMIENTO DE CHAPAS, TUBOS,... > Conformación sin corte, realizada de forma que no... > B21D26/021 (Deformado de cuerpos de chapa)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO MECANICO DE LOS METALES SIN ARRANQUE SUSTANCIAL... > TRABAJO MECANICO O TRATAMIENTO DE CHAPAS, TUBOS,... > Conformación sin corte, realizada de forma que no... > B21D26/059 (Piezas multicapa)

PDF original: ES-2523071_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y método para la producción de un componente de material compuesto o de metal enlazado.

La presente invención está dirigida a la fabricación de componentes de material compuesto así como a la conformación y enlace súper-plástlcos de componentes de metal de hojas delgadas.

Los componentes de material compuesto se fabrican típicamente impregnando un material fibroso, tal como fibra de vidrio, con una matriz de resina o con un medio de enlace tal como resina termoplástlca o termocurada, o formando y enlazando hojas de material termoplástico entre sí o en capas para formar piezas. Este material impregnado de resina es sometido posteriormente a una presión y una temperatura elevadas para comprimir el material y conformar o curar la matriz de resina o el medio de enlace, para producir con ello el componente de material compuesto/curado. Los componentes de metal enlazado se forman conformando las hojas metálicas delgadas y colocando adhesivo o material ligante entre las hojas, elevando a continuación la temperatura mientras se mantiene una presión de retención o fuerza de fijación para asegurar un enlace adecuado. En cada caso, el material necesita ser comprimido para expulsar el exceso de aire y de resina desde el interior de la capa de material compuesto o del enlace metálico para que cure el laminado según una capa sólida o enlacen los laminados sólidos entre sí para formar una pieza final. Los componentes de peso ligero de alta resistencia pueden ser producidos mediante este método, lo que hace que tales componentes sean particularmente adecuados para aeronaves, automoclón y aplicaciones marinas.

La solicitante ha desarrollado un sistema para producir componentes compuestos de ese tipo según se describe en el documento WO 96/7532. El sistema descrito utiliza un par de cámaras de presión que proporcionan respectivamente una superficie de moldeo y una superficie de soporte. La superficie de moldeo puede ser proporcionada por un molde flotante rígido o semirrígido que forma una pared de una de las cámaras de presión. La superficie de soporte puede ser proporcionada ya sea por un segundo molde flotante cooperante rígido o semirrígido, o por una bolsa de vacío, o por una vejiga elásticamente deformable que forma una pared de la otra cámara de presión. Se puede formar una capa de material compuesto mediante una capa de material Impregnado de resina que se extiende por una tela de cubierta y una tela de vejiga que pueden estar situadas entre la superficie de moldeo y la de soporte. Una vez que la acumulación de material compuesto se ha situado en su posición, se hace circular fluido a presión y temperatura elevadas a través de cada cámara de presión para comprimir con ello la acumulación y también para conformar o curar la matriz de resina o el medio de enlace. Alternativamente, las capas de material pueden ser inicialmente extendidas en el molde para proporcionar un laminado, y se puede usar Moldeo por Transferencia de Resina o infusión de Película de Resina para Introducir la resina en el laminado, permitiendo con ello la formación de la pieza. La circulación del fluido proporciona un curado muy uniforme del componente con el uso de tiempos, calentamiento y enfriamiento de ciclo rápido y ahorro de energía. Además, en una disposición preferida de este sistema, se pueden aplicar presiones ¡guales a lados opuestos de la acumulación de material compuesto puesto que se hace circular fluido a la misma presión a través de cada cámara de presión. El componente de material compuesto resultante tiene una excelente uniformidad de material en comparación con componentes de material compuesto fabricados mediante otros procesos de producción de material compuesto conocidos.

La solicitante ha desarrollado también un sistema para producir, reparar, conformar y enlazar tanto componentes de material compuesto como de metal en el documento WO 1/64387, usando al menos una cámara de presión que tiene una cara de contacto desplazable, haciendo que el fluido circule a temperatura y presión elevadas.

En todos los sistemas desarrollados por la solicitante, el principio común de funcionamiento consiste en el uso de fluido circulante a temperatura y presión elevadas para realizar el proceso de curado. La ventaja de usar fluido circulante como medio de calentamiento (o de enfriamiento) reside en la capacidad para transferir calor de manera rápida y uniforme a la zona que se está calentando. En la práctica, esto da como resultado tiempos de curado para la fabricación de productos de material compuesto que son sustancialmente más cortos que los posibles con los procesos de producción en autoclave convencionales. Esto se debe a las tasas más elevadas de transferencia de calor en el fluido en comparación con el aire (es decir, típicamente 22 veces mayores con el agua). El resultado es que se consiguen velocidades de producción sustancialmente mayores y costes de producción globales más bajos por unidad.

Otra ventaja del uso de fluido circulante es que el calor se transfiere de una manera más uniforme a la acumulación sin "puntos calientes" como puede ocurrir usando autoclave u otros métodos de calentamiento.

Los sistemas de la solicitante proporcionan también una presión relativamente uniforme a través de la acumulación debido al uso de fluido circulante a presión elevada. Además, en las disposiciones en las que se aplica presión a los lados opuestos de una acumulación, la presión puede ser equilibrada de tal modo que se hace innecesario utilizar aparatos que tengan una resistencia estructural alta para soportar cargas pesadas aplicadas.

Además, la presente invención puede utilizar un efecto de "densidad equilibrada" que permite que se fabriquen paneles y componentes grandes. Los detalles de este efecto se describirán en lo que sigue con mayor detalle.

Aunque el sistema de producción de componentes de material compuesto divulgado en el documento WO 96/7532 está en uso, no es posible preparar la siguiente acumulación de material compuesto hasta que ha sido curado o conformado el componente de material compuesto que está siendo fabricado en ese momento. Además, no es posible cambiar fácilmente los moldes para producir un componente de material compuesto diferente puesto que ello requiere que el molde flotante rígido o semirrígido sea extraído de la cámara de presión y sea reemplazado por otro molde rígido o semirrígido con una configuración diferente.

Con el molde fijado en la pared de la cámara de presión, es difícil maniobrar el molde para tener acceso al molde, por ejemplo para colocar las matrices de material compuesto en el molde.

Adicionalmente, es difícil trabajar sobre el molde para colocar los refuerzos mientras está en la celda de presión con las cámaras de presión circundándolo. Es posible sacar la pieza de material compuesto fuera del molde y colocarla a continuación en una plantilla y acoplar los refuerzos, por ejemplo nervios, mamparos, refuerzos traseros, etc. Sin embargo, esto no es lo preferible debido a que el componente de material compuesto no es rígido en general y tiende a flexar hasta que todos los refuerzos están en su posición. Resulta por lo tanto preferible colocar todos los refuerzos y completar todos los procesos secundarios hasta extraer la pieza del molde. De esa manera se asegura una precisión dimensional máxima.

También en algunas circunstancias es necesario o preferible disponer de moldes partidos para separar una parte del molde. Esto es difícil de acomodar dentro del presente proceso sin cámaras de presión partidas y sofisticados mecanismos de bloqueo en las paredes del molde para sujetar los moldes entre sí a efectos de asegurar que no hay pérdidas de fluidos.

También, es difícil adaptar la cámara de presión... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un sistema para producir componentes de material compuesto o de metal enlazado, que incluye:

primera y segunda cámaras de presión (1, 2), teniendo cada cámara de presión una pared de cámara (5) elásticamente deformable;

medios para hacer circular fluido a temperatura y presión elevadas a través de cada una de dichas cámaras de presión;

en el que, cuando el sistema está en uso, las cámaras de presión (1, 2) se mantienen juntas con las paredes de cámara (5) elásticamente deformables situadas en relación de oposición;

en el que la presión en las cámaras de presión es tal que una acumulación de material compuesto o de metal enlazado puede ser comprimida o conformada para formar un componente de material compuesto o de metal enlazado;

caracterizado por al menos un conjunto de molde (7, 9) que incluye al menos una sección de molde (7b, 9b) separada que proporciona una cavidad de molde en cuyo interior puede ser colocada la acumulación;

conteniendo el al menos un conjunto de molde (7, 9) una acumulación citada que está alojada entre las paredes de cámara mientras se hace circular fluido a temperatura elevada a través de cada cámara de presión de tal modo que la acumulación pueda ser curada.

2.- Un sistema según la reivindicación 1, en el que cada cámara de presión (1, 2) incluye un alojamiento (3) que soporta una pared de cámara (5) citada elásticamente deformable sobre un lado del mismo.

3 - Un sistema según la reivindicación 1, en el que cada cámara de presión (1, 2) incluye un bastidor de soporte externo que soporta una vejiga flexible en el mismo, donde una cara de la vejiga proporciona la pared de cámara (5) elásticamente deformable para la cámara de presión.

4.- Un sistema según la reivindicación 1, en el que el conjunto de molde (7, 9) incluye una única sección de molde (7b, 9b) citada para soportar la acumulación.

5.- Un sistema según la reivindicación 1, en el que el conjunto de molde (7, 9) incluye un par de dichas secciones de molde (7a, 7b, 9a, 9b), estando la acumulación situada entre las mismas.

6.- Un sistema para producir componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que:

el al menos un conjunto de molde (5) incluye una sección de molde (51) que tiene caras opuestas (52, 53), donde una de dichas caras (53) de sección de molde proporciona una cavidad de molde (53) dentro de la cual puede ser posicionada una acumulación (55) de material compuesto o de metal enlazado, incluyendo además el al menos un conjunto de molde (5) una cámara (61) de flujo de fluido que ha sido prevista adyacente a una cara (52) de sección de molde opuesta citada de tal modo que el fluido que circula a través de la cámara (61) de flujo de fluido está en contacto directo con al menos una porción sustancial de la cara de sección de molde opuesta;

en el que, cuando el sistema está en uso, se hace circular fluido a temperatura y presión elevadas a través de cada cámara de presión (1, 2) y de la cámara (61) de flujo de fluido del al menos un conjunto de molde (5).

7.- Un sistema según la reivindicación 6, que incluye además una cámara (65) superior de control de flujo de fluido posicionable sobre la cavidad de molde (53) cuando el conjunto de molde (5) está situado entre las cámaras de presión (1, 2), en el que cuando el sistema está en uso, se hace que circule fluido a temperatura y presión elevadas a través de la cámara (65) superior de flujo de fluido.

8.- Un sistema según la reivindicación 7, en el que la cámara (65) superior de flujo de fluido incluye una vejiga formada con material elásticamente deformable, estando una cara de la vejiga configurada al menos de forma general de modo que sigue la forma de la cavidad de molde (53) cuando se hace que el fluido circule a través de la misma.

9.- Un sistema para producir componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye además:

medios de posicionamiento para posicionar el al menos un conjunto de molde (7) en una posición fija, estando las cámaras de presión (1, 2) soportadas alrededor del al menos un conjunto de molde (7) en

relación flotante con respecto al mismo.

1.- Un sistema según la reivindicación 9, en el que los medios de posicionamiento adoptan forma de bastidor (75) de soporte que Incluye miembros (77) de soporte que se extienden desde el mismo para soportar el conjunto de molde (7), extendiéndose los miembros (77) de soporte a través de al menos una cámara de presión (2) citada.

11.- Un sistema según la reivindicación 1, en el que la sección de molde (18) incluye una cubierta de molde (181) interna para proporcionar una cavidad de molde, una cubierta de molde (182) externa opuesta, y una pluralidad de aletas de refuerzo (183) que ¡nterconectan dichas cubiertas de molde interna y externa, en el que se puede hacer que el fluido circule a través de la sección de molde.

12.- Un método de producción de componentes de material compuesto o de metal enlazado, que Incluye:

posicionar una acumulación de material compuesto o de metal enlazado en una cavidad de molde de un conjunto de molde (7, 9);

posicionar el conjunto de molde junto con la acumulación entre la primera y la segunda cámaras de presión (1, 2), teniendo cada cámara de presión una pared de cámara (5) elásticamente deformable, estando las paredes de cámara situadas en relación de oposición con el conjunto de molde ubicado entre las mismas, y

hacer circular un fluido a presión y temperatura elevadas a través de cada cámara de presión (1, 2) de tal modo que la acumulación de material compuesto o de metal enlazado sea comprimida y curada o conformada.

13 - Un método según la reivindicación 12, que incluye hacer circular el fluido a través de cada cámara de presión (1, 2) sustancialmente a la misma presión.

14 - Un método según la reivindicación 12 ó 13, en el que se usa una sola sección de molde (7b, 9b) citada, que incluye posicionar una bolsa de vacío (3) sobre la sección de molde para aplicar una compresión inicial de la acumulación ubicada en el mismo.

- Un método de producción de componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que:

el conjunto de molde (5) incluye una sección de molde (51), la sección de molde incluye una cara (52) opuesta a la cavidad de molde (53), estando la cámara (61) de flujo de fluido situada adyacente a dicha cara (52) de sección de molde opuesta;

incluyendo además el método hacer circular fluido a temperatura y presión elevadas a través de cada cámara de presión (1,2) citada y de la cámara (61) de flujo de fluido.

16.- Un método según la reivindicación 15, que incluye ciclar la temperatura del fluido a través de la cámara (61) de flujo de fluido mientras se mantiene una temperatura de fluido relativamente constante en el interior de las cámaras de presión (1,2).

17.- Un método según la reivindicación 15 ó 16, que incluye además posicionar una cámara superior (65) de flujo de fluido sobre la cavidad de molde (53), y hacer circular el fluido a temperatura y presión elevadas a través de la cámara superior (65) de fluido.

18.- Un método según la reivindicación 17, que incluye ciclar la temperatura de fluido en el interior de la cámara superior (65) de flujo de fluido.

19.- Un método de producción de componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que incluye además:

aplicar una capa de resina solidificada (24) sobre una superficie de molde (26) de al menos una sección de molde (25) rígida o semirrígida, y

posicionar una acumulación (29) de material compuesto o de metal enlazado en la citada al menos una sección de molde rígida o semirrígida;

de tal modo que la capa de resina es licuada y la resina licuada es transferida a la acumulación de material compuesto y es comprimida y curada o conformada cuando se hace circular fluido a presión y temperatura elevadas a través de al menos cada cámara de presión (1, 2).

2.- Un método según la reivindicación 19, que incluye pulverizar la resina (24) en estado licuado sobre la superficie de molde (26) con un aparato (2, 22, 23) de pulverización de resina.

21.- Un método según la reivindicación 2, que incluye además hacer circular fluido a través del aparato (2, 22, 23) de pulverización de resina para controlar la temperatura en el interior del aparato.

22.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, que incluye refrigerar la sección de molde (25) para facilitar la solidificación de la resina (24) pulverizada sobre la misma.

23.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, que incluye pulverizar la resina (24) sobre la superficie de molde (26) según un patrón predeterminado que proporcione un espesor variable de la capa de resina sobre la superficie del molde.

24.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, que incluye pulverizar alternativamente y/o simultáneamente diferentes tipos de resina sobre la superficie de molde (26).

25.- Un método de producción de componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que incluye además:

posicionar el conjunto de molde (7) junto con la acumulación (72) de material compuesto o de metal enlazado entre dichas primera y segunda cámaras de presión (1, 2) al menos sustancialmente llenas de fluido;

alimentar resina al conjunto de molde (7) y a través de la acumulación (72) ubicada en el mismo, y

recoger el desbordamiento de resina desde el conjunto de molde (7) para su suministro posterior a otro conjunto de molde.

26.- Un método según la reivindicación 25, que incluye recoger y suministrar secuencialmente dicho desbordamiento de resina a uno o más conjuntos de molde (7) adicionales.

27.- Un método según la reivindicación 25 ó 26, en el que el conjunto de molde (7) está dispuesto en posición inclinada.

28.- Un método para producir componentes de material compuesto o de metal enlazado según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que incluye:

preparar y posicionar una acumulación de material compuesto o de metal enlazado en la cavidad de molde de una pluralidad de conjuntos de molde (7, 9) citados;

disponer uno o más conjuntos de molde entre las dos cámaras de presión (1, 2) separadas, llevando las dos cámaras de presión juntas a una fase de producción tal que el, o cada, conjunto de molde esté situado entre las paredes de cámara de las cámaras de presión;

hacer circular fluido a temperatura y presión elevadas a través de cada cámara de presión durante dicha fase de producción para comprimir y curar o conformar de ese modo el componente;

retirar el, o cada, conjunto de molde de entre las cámaras de presión, y

sustituir el, o cada, conjunto de molde por uno o más conjuntos de molde adicionales que alberguen una acumulación citada para una siguiente fase de producción citada.

29.- Un método según la reivindicación 28, en el que el fluido circulante es suministrado por medio de un sistema de circulación de fluido que incluye una pluralidad de depósitos de fluido (15, 17, 19) que contienen respectivamente fluido a diferentes temperaturas, estando cada depósito de fluido dotado de un colector en anillo (161) separado para permitir que el fluido procedente de cada depósito citado sea alimentado a una pluralidad de estaciones, y medios de suministro de fluido en cada estación para alimentar fluido desde cada colector en anillo (161) hasta una cámara de presión (172) citada situada en la estación.