Procedimiento y dispositivo de fabricación automatizada de al menos una pieza alargada con una o varias capas de materiales compuestos.

Procedimiento de fabricación automatizada de, al menos una pieza alargada de una o varias capas de materiales compuestos,

a partir de un molde alargado (3), que presenta una forma complementaria de la de la pieza a realizar, el procedimiento comprende las etapas de a) depositar por desenrollamiento en el molde alargado (3) según una primera dirección predeterminada a lo largo del molde (3) una primera capa de un material compuesto (RM) contigua a una cinta de soporte (RS) separable de la primera capa, b) formar y compactar según la primera dirección una parte del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM), a medida que este conjunto es depositado en el molde (3) para conformar parcialmente este conjunto a la forma del molde, c) formar y compactar según una segunda dirección opuesta a la primera dirección, la parte restante depositada a lo largo de todo el molde (3) del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) para conformar 10 por completo este conjunto a la forma del molde (3) y a continuación separar por pelado la cinta de soporte (RS) de la primera capa de materia compuesto (RM) solidarizada al molde por re-enrollamiento de la cinta de soporte (RS) según la segunda dirección.

Procedimiento y dispositivo de fabricación automatizada de al menos una pieza alargada con una o varias capas de materiales compuestos La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la fabricación de piezas de estructura de materiales compuestos de formas alargadas.

Tales piezas pueden tener geometrías variables y su sección, constante o variable, pueden presentar varias formas, por ejemplo en forma de omega, C, T, I, L, Z u otras, y pueden ser utilizadas como rigidizadores en el campo de la aeronáutica.

Varias técnicas son actualmente utilizadas para fabricadas este tipo de piezas.

La técnica más corriente utiliza drapeado manual, que consiste en depositar manualmente sobre un molde, que tiene la geometría deseada, varios pliegues o capas de materiales compuestos. Además de la lentitud del procedimiento de drapeado, debido a la colocación a mano de diferentes capas sobre el molde, esta técnica conocida necesita asimismo operaciones de compactación intermedias de las capas depositadas para evacuar el aire atrapado en las diferentes capas. Tales compactaciones se efectúan colocando la pieza a realizar bajo una cubierta en la que se forma el vacío. Estas operaciones de compactación intermedias aumentan la lentitud de la técnica de drapeado manual y la hace por lo tanto incompatible con la fabricación de piezas de estructura de material compuesto a ritmos industriales elevados.

Se ha buscado resolver este problema desarrollando varias técnicas de fabricación automatizadas de piezas de estructura de material compuesto.

Una de estas técnicas es la pultrusión que consiste en tirar de las fibras impregnadas de resina a través de un molde de extrusión donde se efectúa la conformación y la reticulación de las capas de las piezas a realizar. Esta técnica está limitada porque es muy difícil de obtener una orientación de las fibras de las capas de materiales compuestos diferentes de su dirección principal y porque no permite fabricar piezas curvas.

Otra técnica conocida consiste en utilizar máquinas de formación en caliente (hot drape forming) para el sector aeronáutico que permite envolver las láminas o capas de la pieza a realizar en una superficie plana antes de formarlas en caliente en una prensa. Los límites de esta técnica conocida están esencialmente asociados a la longitud de las piezas a realizar debido q que es necesario utilizar una prensa de la longitud de estas piezas.

Otra técnica descrita por ejemplo en la solicitud de patente WO 2005/011961 utiliza una máquina que permite formar y compactar rigidizadores rectilíneos o poco curvos sin límite de dimensión, pero tal máquina es de una estructura extremadamente compleja, costosa y carente de flexibilidad. Por ejemplo, en el ámbito de la aeronáutica, la constitución de un lote de varios rigidizadores para un avión necesita un muy gran número de piezas de geometría muy diferentes las unas de las otras y la máquina descrita en la solicitud de patente WO 2005/011961 no responde a este problema.

La solicitud de patente EP 1504880 describe un procedimiento de fabricación automatizado de al menos una pieza alargada de una o varias capas de materiales compuestos a partir de un molde alargado que presenta una forma complementaria de la de la pieza a realizar, el procedimiento comprende las etapas de:

a) depositar por desenrollamiento en el molde alargado según una primera dirección predeterminada a lo largo de un molde una primera capa de un material compuesto,

b) formar y compactar según la primera dirección una parte de la primera capa de material compuesto a medida que este conjunto se deposita en el molde para conformar parcialmente este conjunto con la forma del molde, y formar y compactar según una segunda dirección opuesta a la primera dirección la parte restante depositada a lo largo de todo el molde la primera capa de material compuesto con el fin de conformar completamente este conjunto con la forma del molde.

La solicitud describe asimismo un dispositivo de fabricación automatizada de al menos una pieza alargada de una o varias capas de materiales compuestos, el dispositivo comprende:

- una mesa sobre la cual está posicionado un molde alargado que presenta una forma complementaria de la de cada pieza a realizar,

- un pórtico que lleva al menos dos actuadores, estando uno de los actuadores equipado con una cabeza de drapeado que permite depositar en el molde una capa de un material compuesto y estando equipado el otro actuador con una herramienta de compactación, tal como un rodillo o rueda, fijada de manera amovible al actuador y destinada a formar y compactar una parte del conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto depositado en el molde.

- medios que permiten un desplazamiento relativo guiado entre la mesa equipada con su molde y el pórtico según una dirección longitudinal del molde.

La invención tiene por objeto paliar los inconvenientes anteriores de las diferentes técnicas conocidas proponiendo una herramienta industrial que puede adaptarse a la fabricación de una gran variedad de piezas de estructura de materiales compuestos y compatibles con los ritmos industriales elevados.

Con este fin, según la invención, el procedimiento de fabricación automatizada de al menos una pieza alarga de una o varias capas de materiales compuestos a partir de un molde largado que presenta una forma complementaria de la de la pieza a realizar, se caracteriza porque comprende las etapas de a) depositar por desenrollado en el molde alargado según una primera dirección predeterminada a lo largo del molde una primera capa de un material compuesto contigua a una cinta de soporte separable de la primera capa, b) formar y compactar según la primera dirección una parte del conjunto de cinta de soporte y primera capa de material compuesto a medida que este conjunto se deposita en el molde para conformar parcialmente este conjunto a la forma del molde, c) formar y compactar según una segunda dirección opuesta a la primera dirección la parte restante depositada a lo largo de todo el molde del conjunto de cinta de soporte y primer capa de material compuesto para conformar por completo este conjunto a la forma del molde y a continuación separar por pelado la cinta de soporte de la primera capa de materia compuesto solidarizada al molde por re-enrollado de la cinta de soporte según la segunda dirección.

El procedimiento consiste en formar y compactar en el molde la parte del conjunto de cinta de soporte y primera capa de material compuesto pasando sobre este conjunto según la primera dirección al menos una herramienta de compactación, tal como un rodillo o rueda, de forma parcialmente complementaria de la de molde y en formar y compactar en el molde la parte restante del conjunto de cinta de soporte y primera capa de material compuesto sustituyendo automáticamente cada herramienta de compactación por otra herramienta de compactación, tal como un rodillo o rueda, de otra forma parcialmente complementaria de la del molde y pasando esta otra herramienta de compactación sobre este conjunto según la segunda dirección.

El procedimiento consiste en desenrollar el conjunto de cinta de soporte y primera capa de material compuesto a partir de una bobina fijada de manera amovible a una cabeza de drapeado durante el desplazamiento relativo entre la cabeza de drapeado y el molde según la primera dirección, incluyendo la cabeza un rodillo de aplicación de este conjunto sobre el molde y en re-enrollar en esta bobina la cinta de soporte durante el desplazamiento relativo de la cabeza de drapeado y del molde según la segunda dirección.

Antes de depositar en la primera capa de material compuesto solidario al molde otro conjunto de cinta de soporte y segunda capa de material compuesto contigua a esta cinta, el procedimiento consiste en sustituir automáticamente la bobina anterior de la cabeza de drapeado sobre la cual se ha re-enrollado la cinta anterior por otra bobina sobre la que está enrollada la cinta de soporte y la segunda capa de material compuesto, en sustituir automáticamente la otra herramienta de compactación por la anterior y en repetir las diferentes etapas mencionadas anteriormente a) a c) para depositar el otro conjunto de cinta de soporte y segunda capa de material compuesto en la primera capa de material compuesto del molde y en formar y compactar este conjunto para conformarlo por completo con la forma del molde.

Preferiblemente, el molde se calienta previamente antes de efectuar las etapas mencionadas anteriormente a) a c) .

Ventajosamente, el molde se desplaza longitudinalmente bajo un pórtico fijo que lleva al menos dos actuadores controlados desplazables en el espacio... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación automatizada de, al menos una pieza alargada de una o varias capas de materiales compuestos, a partir de un molde alargado (3) , que presenta una forma complementaria de la de la pieza a realizar, el procedimiento comprende las etapas de a) depositar por desenrollamiento en el molde alargado (3) según una primera dirección predeterminada a lo largo del molde (3) una primera capa de un material compuesto (RM) contigua a una cinta de soporte (RS) separable de la primera capa, b) formar y compactar según la primera dirección una parte del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) , a medida que este conjunto es depositado en el molde (3) para conformar parcialmente este conjunto a la forma del molde, c) formar y compactar según una segunda dirección opuesta a la primera dirección, la parte restante depositada a lo largo de todo el molde (3) del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) para conformar por completo este conjunto a la forma del molde (3) y a continuación separar por pelado la cinta de soporte (RS) de la primera capa de materia compuesto (RM) solidarizada al molde por re-enrollamiento de la cinta de soporte (RS) según la segunda dirección.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque consiste en formar y compactar en el molde (3) la parte del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) , pasando sobre este conjunto, según la primera dirección, al menos una herramienta de compactación (33) , tal como un rodillo o rueda, de forma parcialmente complementaria de la de molde (3) y en formar y compactar en el molde (3) la parte restante del conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) , sustituyendo automáticamente cada herramienta de compactación (33) por otra herramienta de compactación (33) , tal como un rodillo o rueda, de otra forma parcialmente complementaria de la del molde (3) y pasando esta otra herramienta de compactación (33) sobre este conjunto según la segunda dirección.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque consiste en desenrollar el conjunto de cinta de soporte (RS) y primera capa de material compuesto (RM) a partir de una bobina (35) fijada de manera amovible a una cabeza de drapeado (17) durante el desplazamiento relativo entre la cabeza (17) y el molde (3) según la primera dirección, incluyendo la cabeza (17) un rodillo de aplicación (49) de este conjunto sobre el molde (3) y en re-enrollar en esta bobina (35) la cinta de soporte (RS) durante el desplazamiento relativo de la cabeza de drapeado (17) y del molde (3) según la segunda dirección.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque consiste, antes de depositar en la primera capa de material compuesto solidario al molde (3) otro conjunto de cinta de soporte (RS) y segunda capa de material compuesto (RM) contigua a esta cinta, en sustituir automáticamente la bobina anterior (35) de la cabeza de drapeado (17) sobre la cual se ha reenrollado la cinta anterior por otra bobina (35) sobre la que está enrollada la cinta de soporte (RS) y la segunda capa de material compuesto (RM) , en sustituir automáticamente la otra herramienta de compactación (33) por la anterior y en repetir las diferentes etapas a) a c) para depositar el otro conjunto de cinta de soporte (RS) y segunda capa de material compuesto (RM) en la primera capa de material compuesto del molde (3) y en formar y compactar este conjunto para conformarlo por completo con la forma del molde (3) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consiste en calentar previamente el molde (3) antes de efectuar las etapas a) a c) mencionadas anteriormente.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque consiste en desplazar el molde (3) longitudinalmente bajo un pórtico fijo (11) que lleva al menos dos actuadores controlados (16.

2. 24) desplazables en el espacio según varios grados de libertad y de los cuales uno (16) está equipado con la cabeza de drapeado (17) y el otro (21-24) está equipado con la herramienta de compactación (33) fijada de manera amovible al actuador (2124) y utilizada para formar y compactar cada conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto en el molde

(3) según la primera dirección y que puede ser sustituida por otra herramienta de compactación (33) antes de utilizarla para formar y compactar el conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto en el molde (3) según la segunda dirección.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el actuador (16) equipado con la cabeza de drapeado (17) se puede desplazar hacia un carrusel (34) para depositar automáticamente en el mismo una bobina

(35) sobre la cual está reenrollado una cinta de soporte (RS) y tomar selectivamente una de las bobinas (35) llevadas por el carrusel (34) en las cuales son enrollados respectivamente conjuntos de cintas de soporte (RS) y capas de materiales compuestos (RM) .

8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque los actuadores (16.

2. 24) están constituidos por robots.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de material compuesto (RM) contigua a la cinta de soporte (RS) de cada conjunto está prerecortada a una longitud sensiblemente igual a la del molde alargado (3) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el molde (3) presenta en sección transversal una forma de T, omega C, I, L, Z.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consiste en controlar secuencialmente y de manera sincronizada por un control digital (41) las diferentes etapas de colocación, formación, compactación de cada conjunto de cinta de soporte (RS) y capa de material compuesto (RM) , los cambios de herramienta de compactación (33) y de bobina (35) de la cabeza de drapeado (17) y el desplazamiento del molde (3) respecto de la cabeza de drapeado (17) y de las herramientas de compactación (33) .

12. Dispositivo de fabricación automatizada de al menos una pieza alargada de una o varias capas de materiales compuestos, comprendiendo el dispositivo:

- una mesa (1) sobre la que está posicionado un molde alargado (3) que presenta una forma complementaria de la de cada pieza a realizar,

- un pórtico (11) que lleva al menos dos actuadores controlados (16.

2. 24) con varios grados de libertad en el espacio, estando uno (16) de los actuadores equipado con una cabeza de drapeado (17) que permite depositar en el molde (3) una capa de un material compuesto (RM) contiguo a una cinta de soporte (RS) separable de la capa de material compuesto (RM) y estando el otro actuador (21-24) equipado con una herramienta de compactación (33) , tal como un rodillo o rueda, fijada de manera amovible al actuador (2124) y destinada a formar y compactar una parte del conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto depositado en el molde (3) ,

- medios (5, 6, 8, 9, 10) que permiten un desplazamiento relativo guiado entre la mesa (1) equipada con su molde (3) y el pórtico (11) según una dirección longitudinal del molde (3) , y

- el actuador (21-24) de herramienta de compactación (33) que puede ser controlado para cambiar de herramienta de compactación por otra herramienta de compactación diferente después de la formación y compactación de la parte del conjunto de cinta y capa de material compuesto en el molde (3) por desplazamiento relativo entre el molde (3) y la herramienta de compactación (33) según una primera dirección y antes del desplazamiento relativo entre el molde (3) y la otra herramienta de compactación (33) según una segunda dirección opuesta a la primera dirección para formar y compactar la parte restante del conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto en el molde (3) .

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque la cabeza de drapeado (17) comprende una bobina (35) fijada de manera amovible a la cabeza (17) y que puede ser arrastrada en rotación en un sentido o en otro por un motor controlado, en dicha bobina (35) está enrollado un conjunto de cinta de soporte (RS) y capa de material compuesto (RM) que puede desenrollarse de la bobina (35) cuando es arrastrada en rotación en un sentido determinado por el motor, y un rodillo (49) que permite aplicar y depositar este conjunto en el molde (3) durante su desenrollamiento de la bobina (35) y cuando la mesa (1) es desplazada respecto del pórtico (11) según la primera dirección y porque, la bobina (35) puede ser arrastrada en rotación en sentido inverso por el motor para reenrollar la cinta de soporte (RS) y separarla de la capa de material compuesto (RM) depositada en el molde (3) cuando la mesa (1) es desplazada respecto del pórtico (11) según la segunda dirección.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque la cabeza de drapeado (17) comprende, además, dispuesta en la proximidad de la bobina (35) , una placa hueca (45) que forma un pasillo de guiado del conjunto de cinta de soporte y capa de material compuesto hacia el rodillo de aplicación (49) durante el desenrollamiento de este conjunto de la bobina (35) o de la cinta de soporte (RS) hacia la bobina (35) durante el desenrollamiento de esta cinta, y dos rodillos moleteados motorizados de guiado (47) dispuestos entre la placa de guiado (45) y el rodillo de aplicación (49) .

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque la placa de guiado (45) tiene forma de embudo cuya gran abertura está adyacente a la bobina (35) y está montada con giro controlado por un motor respecto de la cabeza de drapeado (17) entre una posición liberada que permite la fijación de una bobina (35) a esta cabeza y su posición de guiado.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque comprende, situado en la proximidad del pórtico, un carrusel (34) de almacenamiento de bobinas (35) sobre cada una de las cuales está previamente enrollado un conjunto de cinta de soporte (RS) y capa de material compuesto (RM) y porque el actuador (16) de cabeza de drapeado (17) puede estar controlado para tomar y fijar de manera amovible una bobina elegida de las bobinas (35) del carrusel (34) a la cabeza de drapeado (17) .

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque los medios de fijación amovible de una bobina (35) a la cabeza de drapeado (17) comprenden una contera troncocónica (39) solidaria a un eje (38) de soporte de la bobina (35) y un manguito troncocónico (44) montado con rotación en la cabeza de drapeado (17) bajo el control de un motor y en el que puede estar acoplado de manera amovible la contera troncocónica (39) .

18. dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque comprende dos unidades de almacenamiento de herramientas de compactación situadas en la proximidad de cada extremo del pórtico y porque cada actuador de herramienta de compactación puede ser controlado para depositar de manera automática en una de las unidades de almacenamiento una herramienta de compactación y tomar en esta unidad otra herramienta de compactación.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque los medios de desplazamiento permiten desplazar en traslación guiada la mesa (1) y su molde (3) bajo el pórtico fijo (11) según la dirección 5 longitudinal al molde (3) .

20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque los medios de desplazamiento comprenden un piñón motorizado (6) solidario a la mesa (1) engranado en una cremallera fija (5) que se extiende en paralelo a la dirección longitudinal del molde alargado (3) y al menos un carril de guiado fijo (10) paralelo a la cremallera (5) y en el que se puede desplazar la mesa (1) de soporte del molde (3) .

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 20, caracterizado porque la mesa (1) soporta una bandeja de calentamiento (2) sobre la cual está dispuesto el molde alargado (3) .

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 21, caracterizado porque los actuadores (16.

2. 24) están constituidos por robots con muñecas articuladas que llevan la cabeza de drapeado (17) y las herramientas de compactación (33) .

23. Dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 22, caracterizado porque comprende un control digital (41) que permite controlar de manera sincronizada y coordinada los actuadores (16.

2. 24) de cabeza de drapeado (17) y herramientas de compactación (33) , los desplazamientos relativos entre la mesa (1) de soporte del molde alargado (3) y el pórtico (11) , los cambios de herramientas de compactación (33) y de bobina (35) de la cabeza de drapeado (17) y los motores de arrastre en rotación de la bobina (35) de la cabeza de drapeado (17) en los sentidos de 20 enrollamiento y desenrollamiento, de la placa (45) y de los rollos moleteados de guiado (47) de esta cabeza.