Dispositivo de deposición para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo.

Dispositivo de deposición para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo sobre una superficie,

que comprende

- una cabeza de deposición y una unidad de posicionamiento controlable con la cual está unida la cabeza de deposición y por medio de la cual se puede mover la cabeza de deposición con relación a la superficie,

- comprendiendo, además, el dispositivo de deposición

- unos medios para habilitar al menos una cuerda continua de forma de cintita de formas de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante y

- un primer equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición para transportar la al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante hasta la cabeza de deposición,

caracterizado por que

- sobre la cabeza de deposición están dispuestos delante del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte, unos medios de tendido a lo ancho de la al menos una cuerda continua de forma de cintita,

- la cabeza de deposición presenta un segundo equipo de transporte dispuesto detrás del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte,

- la cabeza de deposición presenta un dispositivo de seccionamiento longitudinal dispuesto entre el primer equipo de transporte y el segundo y dotado de al menos un elemento seccionador para seccionar la al menos una cuerda de fibras de refuerzo a lo largo de su extensión longitudinal en dos o más cuerdas parciales y

- una unidad de tronzado dispuesta detrás del segundo equipo de transporte, considerado en la dirección de transporte, para tronzar las dos o más cuerdas parciales en haces de fibras.

Dispositivo de deposición para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo

La presente invención concierne a un dispositivo de deposición de fibras para depositar controladamente fibras de refuerzo sobre una superficie.

Especialmente en el sector de la industria aeronáutica y espacial, pero también, por ejemplo, en el sector de la construcción de maquinaria o en la industria del automóvil, se utilizan en medida creciente componentes de materiales compuestos fibrosos. Los materiales compuestos fibrosos ofrecen a menudo frente al metal la ventaja de un menor peso y/o unas mayores resistencias. La proporción en volumen de las fibras de refuerzo y especialmente también la orientación de las fibras de refuerzo tienen una influencia decisiva sobre la capacidad de carga de los componentes, sobre todo en lo que respecta a su rigidez y su resistencia. No obstante, tales materiales y componente aptos para altas cargas tienen que fabricarse a bajo coste para que sean económicamente atractivos.

Para fabricar tales componentes de material compuesto se fabrican primero en un paso intermedio unas llamadas preformas ("preforms") de fibras a partir de fibras de refuerzo. Se trata aquí de semiproductos textiles en forma de estructuras bidimensionales o tridimensionales de fibras de refuerzo, pudiendo ya casi corresponder la forma a la forma del componente definitivo. En modos de realización de tales preformas fibrosas que consisten sustanclalmente tan solo en las fibras de refuerzo y en las que falta aún al menos en amplio grado la porción de matriz necesaria para la fabricación del componente se introduce en otros pasos un material de matriz adecuado por infusión o inyección, también empleando vacio, en la preforma fibrosa. Finalmente, se efectúa un endurecimiento del material de matriz a temperaturas y presiones generalmente elevadas hasta obtener el componente terminado. Procedimientos conocidos de Infusión o Inyección del material de matriz son aquí el llamado procedimiento de moldeo líquido (procedimiento LM) o los procedimientos emparentados con éste, como, por ejemplo, moldeo de transferencia de resina (RTM), moldeo de transferencia de resina asistido por vacío (VARTM), infusión de película de resina (RFI), infusión de resina líquida (LRI) o utillaje flexible de infusión de resina (RIFT). El material fibroso empleado para la fabricación de las preformas fibrosas puede estar ya preimpregnado también, por ejemplo, con pequeñas cantidades de un material plástico, por ejemplo endureclble, es decir, un material aglutinante, para mejorar la fijación de las fibras de refuerzo en la preforma fibrosa. Tales hilados preimpregnados se describen, por ejemplo, en el documento WO 2005/095080.

Para fabricar preformas fibrosas constituidas por haces de fibras de refuerzo se utilizan a menudo procesos automatizados en los que se depositan los haces de fibras por medio de cabezas de deposición controladas o bien dispositivos de deposición de fibras sobre o en moldes correspondientes, pudiendo efectuarse la deposición también por proyección de los haces de fibras sobre o en los moldes. En general, se alimenta en este caso a las cabezas de deposición un hilado continuo de las fibras de refuerzo que se tronza después a la longitud deseada del haz en la cabeza de deposición o en el dispositivo de deposición de fibras por medio de equipos de corte adecuados. Tales cabezas de deposición con un dispositivo para tronzar cuerdas de fibras se revelan, por ejemplo, en los documentos WO 2011/045171 o US-A3 011 257.

Tales preformas fibrosas pueden fabricarse, por ejemplo, proyectando y dispersando fibras de refuerzo cortadas de pequeña longitud junto con un material aglutinante sobre una pantalla permeable al aire adaptada a la configuración de la preforma fibrosa deseada y manteniéndolas sobre la pantalla bajo aplicación de vacío hasta que, después del enfriamiento del material aglutinante, se haya alcanzado una estabilidad suficiente de la preforma. Un procedimiento de esta clase se describe, por ejemplo, en el documento WO 98/22644. En el procedimiento del documento WO 98/22644 se disponen las fibras de refuerzo, preferiblemente como fibras cortadas de pequeña longitud, con una disposición y orientación isótropas aleatorias. Según los ejemplos del documento WO 98/22644, se consiguen solamente proporciones en volumen de fibras en el rango de hasta aproximadamente 15% en volumen y, por tanto, a causa de las bajas proporciones en volumen de fibras se alcanzan solamente resistencias del componente relativamente pequeñas, referido al espesor del mismo.

Para lograr mayores proporciones en volumen de fibras en preformas y componentes fabricados con éstas es ventajoso, según las explicaciones del documento WO 2012/072405, depositar las fibras cortadas de pequeña longitud en forma de haces de fibras de refuerzo, presentando los haces de fibras preferiblemente una longitud en el intervalo de 10 a 50 mm. Además, con miras a las propiedades mecánicas obtenibles es ventajoso que los haces presenten un número lo más pequeño posible de filamentos de fibras de refuerzo, siendo especialmente preferido un número de 1000 a 3000 filamentos. De esta manera, se obtiene un material casi isótropo con propiedades mecánicas casi isótropas en las direcciones de su extensión. Al mismo tiempo, a causa de las dimensiones relativamente pequeñas de los haces este material no presenta zonas - o presenta tan solo pocas zonas - con una elevada proporción de resina y, por tanto, con una proporción reducida de fibras de refuerzo, que puedan a conducir a puntos débiles en el componente. Es fácilmente comprensible que el empleo de haces de fibras de refuerzo con títulos tan pequeños, es decir, con números de filamentos tan pequeños, conduce a costes incrementados, especialmente también a causa de la utilización de materiales de partida de precio relativamente alto. Sin embargo, por otro lado, el empleo de haces de fibras de título grueso, es decir, haces de fibras con un número alto de

filamentos de fibras de refuerzo, es ciertamente más barato, pero, como se ha explicado, no se pueden materializar así altas proporciones en volumen de fibras o solo se las puede materializar con dificultad.

El documento JP2008254191 revela el tendido a lo ancho y el corte de la cuerda en haces de fibras de refuerzo de longitud definida.

El documento US3,810,805 revela el corte de un tejido en un dispositivo de seccionamiento longitudinal a lo largo de su extensión longitudinal.

Por tanto, existe la necesidad de dispositivos de deposición automatizables para depositar haces de fibras de refuerzo a fin de obtener una preforma fibrosa, por medio de los cuales sea posible una fabricación barata de preformas fibrosas, a la vez que se logran altas proporciones en volumen de fibras en las preformas fibrosas o en los componentes de material compuesto fabricados con ellas.

Por tanto, el problema de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo de esta clase para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo.

El problema según la invención se resuelve por medio de un dispositivo de deposición para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo sobre una superficie, en donde el dispositivo de deposición comprende

- una cabeza de deposición y una unidad de posicionamiento controlable, con la cual está unida a la cabeza de deposición y por medio de la cual se puede mover la cabeza de deposición con relación a la superficie,

- comprendiendo, además, el dispositivo de deposición

- unos medios para habilitar al menos una cuerda continua en forma de cintita constituida por fibras de refuerza provistas de un aglutinante y

- un primer equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición para transportar la al menos una cuerda continua de forma de cintita constituida por fibras de refuerza provistas de un aglutinante hasta la cabeza de deposición,

en donde el dispositivo de deposición se caracteriza por que

- delante del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte, están dispuestos sobre la cabeza de deposición unos medios para tendera lo ancho la al menos una cuerda continua de forma de cintita,

- la cabeza de deposición presenta un segundo equipo de transporte dispuesto detrás del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte,

- un dispositivo de seccionamiento longitudinal dispuesto entre el primer equipo de transporte y el segundo y dotado de al menos de un elemento seccionador para seccionar la al menos una cuerda de fibras de refuerzo a lo largo de su extensión longitudinal en dos o más cuerdas parciales, y

- una unidad de tronzado dispuesta detrás del segundo equipo de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de deposición para depositar controladamente haces de fibras de refuerzo sobre una superficie, que comprende

- una cabeza de deposición y una unidad de posicionamiento controlable con la cual está unida la cabeza de deposición y por medio de la cual se puede mover la cabeza de deposición con relación a la superficie,

- comprendiendo, además, el dispositivo de deposición

- unos medios para habilitar al menos una cuerda continua de forma de cintita de formas de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante y

- un primer equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición para transportar la al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante hasta la cabeza de deposición,

caracterizado por que

- sobre la cabeza de deposición están dispuestos delante del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte, unos medios de tendido a lo ancho de la al menos una cuerda continua de forma de cintita,

- la cabeza de deposición presenta un segundo equipo de transporte dispuesto detrás del primer equipo de transporte, visto en la dirección de transporte,

- la cabeza de deposición presenta un dispositivo de seccionamiento longitudinal dispuesto entre el primer equipo de transporte y el segundo y dotado de al menos un elemento seccionador para seccionar la al menos una cuerda de fibras de refuerzo a lo largo de su extensión longitudinal en dos o más cuerdas parciales y

- una unidad de tronzado dispuesta detrás del segundo equipo de transporte, considerado en la dirección de transporte, para tronzar las dos o más cuerdas parciales en haces de fibras

2. Dispositivo de deposición según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de seccionamiento longitudinal presenta varios elementos seccionadores por medio de los cuales se puede cortar la al menos una cuerda de fibras de refuerzo en más de dos cuerdas parciales.

3. Dispositivo de deposición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que los equipos de transporte primero y/o segundo consisten en una pluralidad de rodillos por medio de los cuales se puede transportar la al menos una cuerda.

4. Dispositivo de deposición según una o más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los equipos de transporte primero y/o segundo comprenden un equipo de soplante por medio del cual se puede transportar la al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante fusible.

5. Dispositivo de deposición según una o más de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el al menos un elemento seccionador del dispositivo de seccionamiento longitudinal es un disco seccionador rotativo.

6. Dispositivo de deposición según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de seccionamiento longitudinal comprende un pisón controlado en fuerza por medio del cual el al menos un elemento seccionador y la al menos una cuerda de fibras de refuerzo a seccionar a lo largo de su extensión longitudinal pueden ser presionados uno contra otra con una fuerza definida.

7. Dispositivo de deposición según una o más de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que presenta unos medios de calentamiento de los haces de fibras dispuestos detrás de la unidad de tronzado, considerado en la dirección de transporte.

8. Dispositivo de deposición según una o más de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que presenta un equipo de evacuación de los haces de fibras dispuesto detrás de la unidad de tronzado, considerado en la dirección de transporte.

9. Dispositivo de deposición según la reivindicación 8, caracterizado por que el equipo de evacuación de los haces de fibras es una cabeza de tobera que puede ser solicitada con aire comprimido y que presenta un canal de tobera a través del cual se pueden descargar los haces de fibras de la cabeza de tobera por medio de aire comprimido.

10. Dispositivo de deposición según la reivindicación 9, caracterizado por que en el canal de tobera está dispuesta una tobera Venturi para introducir el aire comprimido en dicho canal de tobera.

11. Dispositivo de deposición según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que la cabeza de tobera presenta unos medios para introducir partículas de matriz en el canal de tobera.