Herramienta de mandril de moldeo sin patrón.

Un método de fabricar una herramienta de mandril de moldeo, el método que comprende:

crear (110) una estructura celular (112) a partir de tableros base (114), que definen una matriz de células abiertas (116);

llenar (120) la estructura celular (112) con un material (122) similar a espuma;

mecanizar (130) la espuma (122) y la estructura celular (112) para obtener una superficie mecanizada (132); y

moldear y curar el material compuesto sobre la superficie mecanizada (132) para formar (140) una lámina frontal (142).

Herramienta de mandril de moldeo sin patrón ANTECEDENTES Los materiales compuestos que incluyen capas de fibras de refuerzo incrustadas en una matriz son altamente deseables por su peso ligero y su alta resistencia. Un ejemplo de un material compuesto es el plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) , en el que los constituyentes incluyen fibras de carbono incrustadas en una matriz epoxi.

La fabricación de una pieza de material compuesto consiste en depositar fibras de refuerzo sobre una superficie de la herramienta de una herramienta de mandril de moldeo. Las fibras se pueden pre-impregnar con resina tras la deposición ("preimpregnados") , o pueden estar secas y, posteriormente, infundirse con resina. Las fibras infundidas de resina o las fibras pre-impregnadas se enfundan y a continuación se curan.

La fabricación rápida de piezas de material compuesto es deseable por una amplia variedad de razones. La fabricación rápida se puede utilizar para hacer prototipos de una pieza para una aeronave, un automóvil u otra estructura, para proporcionar una evaluación competitiva, un estudio de mercado o incluso un modelo de trabajo. La fabricación rápida se puede utilizar para reparar un producto tal como una aeronave, un automóvil, una turbina de viento o una estructura civil (por ejemplo, un componente de un puente) y devolver rápidamente ese producto al servicio útil.

El documento US 4.863.663 se refiere a un método de hacer un modelo, una pieza de un prototipo y un molde.

El documento US 4.073.049 describe un método para hacer un vacío cubierto de fibra de vidrio impregnada de 25 resina rellena de espuma reforzada que forma un tapón de moldeo.

El documento EP 0 521 813 A1 describe una herramienta de formación de material compuesto.

El documento WO 01/26869 A1 se refiere a un molde de moldeo.

El documento WO 98/50180 describe una herramienta de moldeo híbrida.

El documento US 4.578.303 se refiere a un componente estructural compuesto de fibra y a un método para fabricar tal componente.

COMPENDIO Una herramienta de mandril para moldeo de material compuesto comprende una lámina frontal de material compuesto para proporcionar una superficie de moldeo para el material compuesto, y una estructura de tablero base celular para sujetar la lámina frontal.

Este método de fabricar un molde comprende crear una estructura celular a partir de tableros base, que definen una matriz de celdas abiertas; y moldear y curar el material compuesto para formar una lámina frontal.

La presente invención proporciona un método para fabricar una herramienta de mandril de moldeo que comprende 45 crear una estructura celular a partir de tableros base, que definen una matriz de células abiertas, que llenan la estructura celular con un material similar a la espuma, mecanizar la espuma y la estructura celular para obtener una superficie mecanizada, y moldear y curar el material compuesto sobre la superficie mecanizada para formar una lámina frontal.

Según otra realización de la presente memoria, un método comprende diseñar una herramienta de mandril para moldeo y curar una pieza de material compuesto, que incluye seleccionar el material, el grosor y la rigidez de los tableros base para la herramienta de mandril. El método comprende además la fabricación de los tableros base según el material, el grosor y la rigidez seleccionados y montar los tableros base en una estructura celular; llenar las celdas de la estructura celular con un material similar a la espuma; mecanizar el material similar a la espuma y la 55 estructura celular para obtener una superficie mecanizada; y moldear y curar el material compuesto sobre la superficie mecanizada para formar una lámina frontal.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un método para fabricar una herramienta de mandril de moldeo sin patrón.60 Las Figuras 2A-2D son ilustraciones de una herramienta de mandril de moldeo sin patrón durante varias etapas de fabricación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Los moldes permanentes se utilizan normalmente para crear cantidades de herramientas de mandril de moldeo de 65 producción para la fabricación de piezas de material compuesto. En contraste, una herramienta de mandril de

moldeo en la presente memoria no se forma con un molde permanente. Más bien, una herramienta de moldeo en la presente memoria está sin patrón.

Se hace referencia a la Figura 1, que ilustra un método para crear una herramienta de mandril de moldeo sin patrón. En el bloque 110, se fabrica una estructura celular según las dimensiones del diseño de una pieza. La estructura celular proporciona un alojamiento que abarcará la herramienta total e incluirá el contorno y el perfil irregular de la pieza. Para ciertas piezas, tales como las piezas de aeronaves, esto puede ser un contorno compuesto complejo o de curvatura constante. La estructura celular se puede formar a partir de tableros base. El sistema de materiales, y la densidad y el grosor de los tableros base se pueden adaptar a una durabilidad deseada de la herramienta de mandril. Los sistemas de materiales pueden incluir, sin limitación, epoxi y Bismaleimida (BMI) . Los tableros base se pueden cortar con un chorro de agua, una fresadora u otra herramienta. Se pueden atar juntos por unión, sujeción mecánica o ambos. Se pueden añadir ángulos para un refuerzo adicional.

Se hace referencia adicional a la Figura 2A, que ilustra una estructura celular 112 de "caja de huevos". Esta estructura celular se forma a partir de tableros base 114, que definen una matriz de celdas abiertas 116. La estructura 112 de caja de huevos está abierto en las partes superior e inferior.

En el bloque 120, la estructura celular 112 se llena con un material 122 similar a la espuma que se expande (ver Figura 2B) . El material 122 similar a la espuma mantiene la estabilidad dimensional durante las condiciones de procesados tales como el moldeo y el curado. Por ejemplo, el material 122 similar a la espuma no debería degradarse o reducirse o expandirse a las temperaturas de infusión de la resina y el curado o el curado del preimpregnado. El material 122 similar a la espuma no debería degradarse o reducirse o expandirse a estas temperaturas. Del mismo modo, el material 122 similar a la espuma no debería distorsionarse bajo presión durante la infusión de la resina o la presión del autoclave de los preimpregnados de curado. Los requisitos de estabilidad dimensional y de resistencia a la compresión se deberían mantener de tal manera que una lámina frontal, que se forma posteriormente en la estructura celular 112, se cura en una posición predecible. Si no se consigue la estabilidad dimensional del material 112 similar a la espuma, se puede añadir material adicional a la lámina frontal. Esto no es deseable. Por ejemplo, si la lámina frontal no está en su lugar deseado, algunas áreas de la lámina frontal se podrían cortar de menos (no limpiar) y otras áreas podrían cortar de más (demasiado material eliminado) .

Ejemplos del material 122 de tipo espuma incluyen, pero no se limitan a, poliuretano, poli-isocianurato, espuma de carbono, de cerámica, y hormigón poroso. El material 122 similar a la espuma puede estar en la forma de bloques, o se puede verter y curarse, o se puede añadir mediante alguna combinación de los anteriores. El material 122 similar a la espuma puede sellarse con materiales compatibles (por ejemplo, resina matriz o una resina alternativa) para evitar que el exceso de adhesivo entre en el material similar a la espuma.

En el bloque 130, el material 122 similar a la espuma y los tableros base 114 se mecanizan para obtener una superficie deseada para el moldeo de una lámina frontal. Un ejemplo de la superficie mecanizada 132 resultante se ilustra en la Figura 2C.

En el bloque 14, la lámina frontal se forma sobre la superficie mecanizada 132. Antes de formar la lámina frontal, sin embargo, se puede aplicar una capa de adhesivo a la superficie mecanizada 132 para ayudar en la unión de la lámina frontal y los tableros base 114 y para evitar que la resina penetre en el material 122 similar a la espuma. El adhesivo es preferiblemente compatible con la resina matriz y puede estar soportado o no soportado.

La lámina frontal se puede formar al colocar tela que incluye fibras de refuerzo sobre la capa adhesiva. Las fibras pueden ser secas o pueden estar preimpregnadas. Si las fibras están secas, las fibras secas posteriormente se infunden con resina. Esta resina ha sido referenciada como resina "matriz". Las fibras de resina infundida o los preimpregnados se enfundan a continuación y se curan. La lámina frontal se puede atar a los tableros base mediante la combinación de fijación mecánica y adhesión. La fijación... [Seguir leyendo]

1. Un método de fabricar una herramienta de mandril de moldeo, el método que comprende:

crear (110) una estructura celular (112) a partir de tableros base (114) , que definen una matriz de células abiertas (116) ; llenar (120) la estructura celular (112) con un material (122) similar a espuma; mecanizar (130) la espuma (122) y la estructura celular (112) para obtener una superficie mecanizada (132) ; y moldear y curar el material compuesto sobre la superficie mecanizada (132) para formar (140) una lámina frontal (142) .

2. El método de la reivindicación 1, que además comprende mecanizar (160) una superficie expuesta de la lámina frontal (142) .

3. El método de la reivindicación 2, que además comprende limpiar, sellar y revestir desprendiblemente (170) la superficie (142) de la lámina frontal mecanizada.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que además comprende eliminar (150) el material (122) similar a espuma después de curar la lámina frontal (142) .

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los tableros base (114) se fabrican de una resina epoxi y tienen el grosor y la rigidez apropiados para los prototipos.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que los tableros base (114) se fabrican de 25 Bismaleimida (BMI) y tienen el grosor y la rigidez apropiados para patrones y series de alta producción.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el material, la rigidez y el grosor de los tableros base (114) se seleccionan según la durabilidad deseada.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la lámina frontal (142) proporciona una superficie de moldeo para una pieza de reparación que tiene una superficie de contorno complejo.