Método y aparato para formar y aplicar laminados de material compuesto que tienen complejas geometrías.

Un método de formación y colocación de un laminado de material compuesto (20) en una pieza contorneada (24),

que comprende:

formar un laminado de material compuesto contorneado en una herramienta (25) que tiene al menos doscompactadores flexibles en su interior y está contorneada para coincidir sustancialmente con el contorno dela pieza;

generar un conjunto de datos de localización (45a) que representan la localización de la pieza en relacióncon la herramienta;

utilizar un manipulador (36) y los datos de localización para mover la herramienta en proximidad a la pieza ysituar el laminado contorneado en la pieza contorneada;

compactar el laminado contra la pieza hinchando una cámara de aire (54) en la herramienta; ycaracterizado por

compactar aún más el laminado contra la pieza hinchando una bolsa (56) sobre la herramienta.

Método y aparato para formar y aplicar laminados de material compuesto que tienen complejas geometrías

Campo técnico

La presente divulgación se refiere en general a la fabricación de piezas de material compuesto, y se refiere más particularmente a un método y a un aparato para formar y aplicar laminados de material compuesto, tales como dobladores, a superficies de las piezas que tienen complejas geometrías.

Antecedentes Las máquinas automatizadas de colocación de fibras (AFP) se pueden utilizar para la laminación de estructuras laminadas de material compuesto que comprenden múltiples capas de una o más orientaciones de fibras. Cuando toda la estructura se fabrica utilizando una máquina de AFP, la tasa de construcción puede ser dependiente de la velocidad de la máquina de AFP, ya que las capas se forman normalmente secuencialmente. Para acelerar el proceso de construcción, ciertos segmentos de la estructura se pueden construir con la mano y aplicarse a la estructura en forma de kits pre-montados. Por ejemplo, se pueden pre-montar dobladores y aplicarse con la mano como una sub-tarea durante la secuencia de construcción de la AFP. Sin embargo, pre-montar laminados dobladores con la mano puede llevar mucho tiempo y es difícil, en particular cuando los dobladores deben aplicarse a una estructura que tiene complejas geometrías superficiales, tales como una nariz con múltiples contornos o sección de cola de un avión. Los intentos anteriores para pre-montar dobladores utilizando equipo automatizado se han limitado a laminados que pueden ser planos o que tienen una curvatura constante en una dimensión. Ejemplos de tales equipos automatizados se encuentran en los documentos EP-A-0.271.263 y US2009/0320292.

Por consiguiente, existe la necesidad de un método y un aparato para formar y aplicar de laminados, tales como dobladores a estructuras de material compuesto que tienen complejas geometrías superficiales que incluyen múltiples contornos.

Sumario La presente invención se refiere a un método de acuerdo con la reivindicación 1 y a un aparato de acuerdo con la reivindicación 6.

Las realizaciones divulgadas proporcionan un método y un aparato para formar y aplicar laminados en estructuras de materiales compuestos que tienen formas complejas, tales como piezas con múltiples contornos. Los requisitos de aplicación y compactación de laminados se integran en un proceso que puede utilizar una sola herramienta. Los laminados se pueden formar rápidamente para coincidir con la geometría de la superficie de la pieza utilizando una máquina de AFP para laminar el material compuesto en una herramienta que tiene una cara de la herramienta con múltiples contornos que coincide sustancialmente con la superficie de la pieza. La herramienta se puede utilizar también para situar y compactar el laminado sobre la superficie de la pieza. El método y el aparato divulgados permiten que laminados tales como dobladores se fabriquen en una línea de montaje principal, permitiendo de este modo que se modifiquen según sea necesario y se inspeccionen sin ralentizar el proceso de montaje principal.

De acuerdo con una realización divulgada, se proporciona un método de formación y colocación de un laminado de material compuesto en una parte contorneada. El método incluye formar un laminado de material compuesto contorneado en una herramienta contorneada para que coincida sustancialmente el contorno de la pieza. El método incluye también generar un conjunto de datos de localización que representan la localización de la pieza en relación con la herramienta. El método utiliza un manipulador y los datos de ubicación para mover la herramienta en proximidad a la pieza y situar el laminado contorneado en la pieza. La formación del laminado de material compuesto contorneado puede llevarse a cabo utilizando una máquina automática de colocación de fibras para situar automáticamente el material compuesto sobre la herramienta. El laminado puede ser compactado contra la pieza hinchando una cámara de aire en la herramienta y/o hinchando una bolsa en la herramienta. La bolsa se puede separar del laminado compactado mediante la deflación de la bolsa. La generación de los datos de localización se puede realizar determinando la posición tridimensional (3-D) del contorno de herramienta con relación a la posición 3-D del contorno de la pieza en un sistema de referencia 3-D común.

De acuerdo con otra realización, se proporciona un método de aplicación de duplicadores de material compuesto en una pieza que tiene una superficie con múltiples contornos. El método incluye atraer una bolsa de vacío hacia abajo sobre una cara con múltiples contornos de una herramienta que coincide sustancialmente con los contornos de la superficie de la pieza. Capas de material compuesto se sitúan en la cara de la herramienta sobre la bolsa. El método incluye generar un conjunto de datos de localización que representan la localización de la cara de la herramienta con respecto a la superficie de la pieza. El método comprende además el uso de los datos de localización y un manipulador para mover automáticamente la herramienta en proximidad a la pieza y situar el laminado contra la superficie de la pieza. El método incluye también compactar el laminado contra la superficie de la pieza hinchando la bolsa. Atraer la bolsa hacia abajo sobre la cara de la herramienta se realiza introduciendo un vacío en la bolsa.

De acuerdo con otra realización adicional, se proporciona un método de aplicación de un laminado en una pieza que tiene una superficie con múltiples contornos. El método incluye atraer una bolsa flexible hacia abajo sobre una cara con múltiples contornos de una herramienta que coincide sustancialmente con los contornos de la superficie de las piezas. El método incluye situar un laminado de material compuesto en la cara de la herramienta cubierta por la bolsa y mover la herramienta en proximidad a la pieza y utilizar la herramienta para situar el laminado en la superficie de las piezas. El método incluye también compactar el laminado contra la superficie de las piezas hinchando la bolsa y separar la bolsa del laminado compactado creando un vacío en la bolsa. El método puede comprender además compactar el laminado contra la superficie de las piezas hinchando una cámara de aire entre la cara de la herramienta y la bolsa.

De acuerdo con otra realización adicional, se proporciona un aparato para aplicar laminados de material compuesto sobre un sustrato contorneado. El aparato incluye una herramienta, primer y segundo compactadores, y medios para controlar el primer y segundo compactadores. La herramienta se adapta para montarse en un manipulador para mover la herramienta en proximidad al sustrato e incluye una cara de la herramienta contorneada que coincide sustancialmente con el contorno del sustrato. El primer compactador flexible, cubre la cara de la herramienta y se adapta para tener un laminado de material compuesto situado sobre el mismo. El segundo compactador flexible se dispone entre el primer compactador y la cara de la herramienta para compactar el laminado sobre el sustrato. El primer compactador puede incluir una bolsa de vacío sellada en la herramienta, y el segundo compactador puede incluir una, cámara de aire hinchable flexible. Los medios para controlar el primer y segundo compactadores pueden incluir una fuente de presión, una fuente de vacío, y un controlador para presurizar y despresurizar de forma selectiva el primer y segundo compactadores utilizando la fuente de presión y la fuente de vacío.

De acuerdo con otra realización, se proporciona un aparato para formar y aplicar laminados de material compuesto en una pieza que tiene una superficie con múltiples contornos. El aparato incluye una herramienta que tiene una cara con múltiples contornos que coincide sustancialmente con los contornos de la superficie de la pieza, una bolsa flexible en la herramienta, un manipulador, y un controlador. La bolsa flexible cubre y se ajusta a los contornos de la cara de la herramienta y se adapta para tener un laminado situado sobre la misma y se presuriza para compactar el laminado contra la superficie de la pieza. El manipulador manipula la herramienta en proximidad a la pieza y sitúa el laminado en la superficie de la pieza. El controlador controla el funcionamiento del manipulador y la presurización de la bolsa. El aparato puede comprender además una cámara de aire hinchable entre la cara de la herramienta y la bolsa para compactar el laminado contra la superficie de la pieza. En una realización, la herramienta se forma de espuma estructural.

De acuerdo con otra realización adicional, se proporciona un aparato para formar y aplicar laminados de material compuesto en una pieza que tiene una superficie... [Seguir leyendo]

1. Un método de formación y colocación de un laminado de material compuesto (20) en una pieza contorneada (24) ,

que comprende: formar un laminado de material compuesto contorneado en una herramienta (25) que tiene al menos dos compactadores flexibles en su interior y está contorneada para coincidir sustancialmente con el contorno de la pieza; generar un conjunto de datos de localización (45a) que representan la localización de la pieza en relación con la herramienta; utilizar un manipulador (36) y los datos de localización para mover la herramienta en proximidad a la pieza y situar el laminado contorneado en la pieza contorneada; compactar el laminado contra la pieza hinchando una cámara de aire (54) en la herramienta; y caracterizado por compactar aún más el laminado contra la pieza hinchando una bolsa (56) sobre la herramienta.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además: retraer la bolsa (56) lejos del laminado compactado mediante la deflación de la bolsa (56) .

3. El método de la reivindicación 1, que comprende: primera aplicación de vacío a la bolsa (56) y después a la cámara de aire (54) haciendo que la bolsa (56) y la cámara de aire (54) se deshinchen y alejen del laminado de material compuesto (20) .

4. El método de la reivindicación 1, donde la formación del laminado de material compuesto contorneado se realiza utilizando una máquina automática de colocación de fibras (42) para situar automáticamente el material compuesto sobre la herramienta.

5. El método de la reivindicación 1, donde la generación de los datos de localización se realiza mediante la determinación de la posición tridimensional (3-D) del contorno de herramienta con relación a la posición 3-D del contorno de la pieza en un sistema de referencia 3-D común (55) .

6. Aparato para la aplicación de laminados de material compuesto (20) sobre un sustrato contorneado (22) , que

comprende: una herramienta (25) adaptada para montarse en un manipulador (36) para mover la herramienta en proximidad al sustrato, incluyendo la herramienta una cara de la herramienta contorneada (28) que coincide sustancialmente con el contorno del sustrato; un primer compactador flexible que incluye una bolsa de vacío (56) cerrada herméticamente en la herramienta para compactar un laminado sobre el sustrato, cubriendo el primer compactador la cara de la herramienta y adaptado para tener un laminado de material compuesto situado sobre el mismo; y caracterizado por un segundo compactador flexible que incluye una cámara de aire hinchable, flexible (54) en la herramienta entre el primero compactador y la cara de la herramienta para compactar el laminado sobre el sustrato; y medios de control para controlar el primer compactador y el segundo compactador, donde los medios de control incluyen una fuente de presión (62) , una fuente de vacío (64) y un controlador (74) para acoplar selectivamente la fuente de presión y la fuente de vacío con la bolsa y la cámara de aire.