ES2427277T3

ES2427277T3 - Dispositivo manipulador y compactador de membrana para la fabricación automatizada de preformas de materiales compuestos y procedimiento para obtener tales preformas

Info

Publication number: ES2427277T3
Application number: ES10382368T
Authority: ES
Inventors: Miguel Segura Moreno; Ricardo Mezzacasa Lasarte; Francisco Jose Estensoro Astigarraga; Jose Ramon García Martinez; Xabier Irastorza Arregui; Valentin Collado Jimenez; Oihane Beloki Zubiri
Original assignee: Fundacion Inasmet; Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Current assignee: Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-10-29
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: EP2471649B1; EP2471649A1

Abstract

Dispositivo manipulador y compactador de membrana para obtener preformas compuestas por láminas de tejidos defibra útiles en la fabricación automatizada de materiales compuestos, que comprende una estructura de soporte (1)acoplable a un elemento móvil de traslación mediante una estructura de fijación (12); una membrana (4) montada en laestructura de soporte (1); y al menos un conector de vacío (9) montado en la estructura de soporte (1); en el quela estructura de soporte (1) es un marco con una abertura central (1.3, 1.4): la membrana (4) es una membrana elásticamente flexible que comprende una franja perimetral (4.2) inmovilizada en laestructura de soporte (1) que rodea una zona central que tapa la abertura central (1.3, 1.4) de la estructura de soporte (1)caracterizada porque la membrana (4) comprende una capa superior (5) lisa e impermeable al aire con una superficieinferior sustancialmente lisa y una capa inferior (6) permeable al aire; entre la capa superior (5) y la capa interior (6) se encuentran medios de distanciamiento (7, 4.3) para distanciar la carainferior de la capa superior (5) de la cara superior de la capa inferior (6) y permitir una distribución de un vacío aplicadoentre dichas capas (5, 6) a través del conector de vacío (9); la capa superior (5) y la capa inferior (6) están herméticamente unidas entre sí en una zona de unión en la franjaperimetral (4.2) de la membrana (4), alejada de dicha abertura central (1.3, 1.4); el conector de vacío (9) desemboca en dicha zona de la franja perimetral (4.2) vecina a dicha abertura central (1.3, 1.4)entre dicha capa superior (5) y dicha capa inferior (6) de manera que, cuando la superficie inferior de la capa inferior (5)está en contacto con una lámina de un tejido de fibras (13) y se aplica un vacío al conector de vacío (9), el aire essuccionado a través de los medios de distanciamiento (7, 4.3) y de la capa inferior (6) , de manera que la lámina de tejidode fibras (13) queda retenida en la capa inferior (6) por la acción del vacío; la capa superior (5) y la capa inferior (6) de la membrana (4) son elásticamente flexibles de manera que son capaces deadaptarse a la geometría de al menos un molde tridimensional (3) al tener la capacidad de estirarse con la aplicación delvacío y/o la presión.

Description

Dispositivo manipulador y compactador de membrana para la fabricacion automatizada de pre formas de ma teriales compuestos y procedimiento para obtener tales preformas.

Campo tecnico de la invenci6n

La presente invencion se encuadra en el campo tecnico de los equipamientos para la fabricacion automatizada de materiales compuestos reforzados con fibras, y particularmente se refiere a un mecanismo manipulador y compactador y a un procedimiento empleados para fabricar preformas tridimensionales de componentes, tanto basados en fibra seca como en materiales preimpregnados.

Antecedentes de la invenci6n

Los materiales basados en materiales compuestos se estan empleando extensivamente en diversas areas tecnicas y comerciales, como son los sectores aeroespacial, de transporte, de energia eolica y en general en aquellas aplicaciones con importantes requerimientos que combinen bajo peso y alta resistencia mecanica. Para la fabricacion de componentes fabricados a partir de materiales compuestos, pueden emplearse un amplio rango de fibras de refuerzo, como pueden ser: fibra de carbono, fibra de vidrio, fibra ceramica, fibras naturales, etc. Las fibras a su vez se p ueden encontrar en formatos muy diferentes, por ejemplo cortadas en forma de fibras para hilar enrolladas en bobinas, fibras tejidas, etc. Por otro lad o, en un componente, las fibras pueden estar ordenadas al azar, o pueden estar ordenadas de forma unidireccional o multidireccional.

Existen distintas formas de combinar la resina polimerica con la fibra seca, para formar la pieza de material compuesto final. Los procedimientos de fabricacion mas simples son los manuales, en los que la fibra, con la ayuda de una brocha, se impregna manualmente con resina catalizada directamente sobre el molde o estructura de soporte. Sin embargo, la pr incipal desventaja de este ti po de procedimientos es que no se p uede controlar adecuadamente la cantidad de resina que impregna la fibra, ni su distribucion homogenea. Esto significa que la repetitividad entre las distintas piezas de la serie es muy pobre.

Con objeto de evitar estos prob lemas u sualmente s e han emp leado l o q ue s e conoc e com o materi ales preimpregnados, que combinan la fibra y el sistema de resina listo para endurecer. La desventaja principal de estos materiales, ademas de su coste elevado, es que deben mantenerse refrigerados para evitar el curado prematuro de la resina y que su vida util es bastante limitada. Estos materiales pueden depositarse sobre el molde de forma manual o mediante maquinaria automatizada. Una vez realizado el laminado sobre el molde, se lleva a cabo el curado, normalmente mediante aplicacion de calor y presion en un equipo denominado autoclave.

Los altos costes de las materias primas unidos a las elevadas inversiones en equipos (autoclaves, maquinas de deposicion), conllevan unos costes d e produccion muy elevados. Por el lo, se estan desarrollando nuevos procedimientos de produccion, basados en las tecnologias liquidas, que se caracterizan por una primera fase de preformado, en la que es necesario fabricar una preforma de fibra seca, que se coloca posteriormente en un molde, en el que posteriormente se infiltra la resina por la accion del vacio (procedimientos de infusion), de una presion positiva (procedimientos de Moldeo de Transferencia de Resinas o procedimientos RTM) o mediante la accion combinada de ambos. Estos procedimientos no requieren de condiciones de almacenamiento de las materias primas tan estrictas. Las fibras secas no necesitan condiciones especiales de almacenamiento y las resinas, al no estar precatalizadas, tienen vidas utiles mas largas que las de los preimpregnados.

El punto mas critico de los procedimientos de impregnacion via liquida es precisamente el preformado. En general, el material de partida para fabricar una preforma son laminas de tejido (elementos 2D), mientras que el molde presenta una configuracion 3D correspondiente a la pieza de material compuesto a obtenerse. Si el molde es sencillo, lo mas habitual es partir de los patrones 2D y depositarlos manualmente en el molde, que se cierra posteriormente para la impregnacion. Sin embargo, en el caso de moldes mas complejos, no es posible fijar las laminas secas, por lo que es necesario un procedimiento anterior de preformado. El procedimiento mas ampliamente empleado para la fabricacion de componentes de alto caracter estructural es el procedimiento de conformacion en caliente. En el momento de la colocacion, a cada tejido se le aplica (pulverizado o con una brocha) un material denominado como un aglutinante (en ocasiones el tejido de partida viene ya recubierta con la cantidad de aglutinante necesaria para el preformado). Una vez colocada en el molde, se aplican sobre la lamina presion y temperatura, de forma que se activa el aglutinante y el tejido adquiere la forma tridimensional del molde. Este procedimiento se puede hacer lamina a lamina, si la geometria es muy complicada, o en una unica etapa, tras colocar todas las laminas de tejido. La manera de aplicar la presion tambien puede variar. Lo mas habitual es emplear una bolsa de vacio tras la laminacion de todos los tejidos, pero si el preformado debe hacerse lamina a lamina, se emplean elementos similares a las placas, para ir adaptando el tejido a la geometria del molde.

En la actualidad, estos procedimientos de preformado son eminentemente manuales, con los p roblemas que ello conlleva de elevado coste y falta de repetitividad. Si se quiere una fabricacion automatizada, es necesario disefar un dispositivo para recoger los tejidos cuando estan planos, colocarlos sobre el molde y de alguna manera conseguir la activacion del aglutinante mientras se aplica la presion necesaria para obtener la compactacion de la preforma sobre el molde tridimensional.

Con objeto de realizar de forma lo mas automatizada posible los procedimientos para manipular los tejidos de fibra y para el posicionado de las mismas, se han desarrollado distintos mecanismos 2D que permiten manipular tejidos de fibra en dos dimensiones, por ejemplo la "agarradera Coanda de SCHMALZ SCG" yel "cepillo de agarradera Coanda" de la Universidad de Noruega (solicitud de patente WO 2009054732 A1). La limitacion de estos dispositivos estriba en que la deposicion de los tejidos tambien es plana, por lo que no es posible adaptarlas a la geometria de moldes complejos.

Sin embargo, si la fase de compactacion se automatiza tambien (generando una geometria permanente en la preforma, anterior al procedimiento de moldeo con la resina), es necesario ser capaz de actuar en tres dimensiones (3D). Al respecto, se conocen distintos dispositivos que permiten trabajar en 3D, entre ellos, diversos dispositivos basados en membranas flexibles.

La solicitud de patente US 2009/008825 A1 describe un dispositivo cuyo elemento manipulador/compactador tiene la forma de la cavidad del molde. Esta hecho de un material elastico y al coger el tejido dispuesto sobre una superficie, se deforma, adaptandose al tejido. Al d espegarse el terminal de la superficie plana, recupera su forma ori ginal, adoptando el tejido la forma de la cavidad del molde. El principio fisico para conseguir la adhesion del tejido al manipulador queda abierto (vacio a traves d e multiples conductos, fuerza electrostatica, adhesivo, magnetico, etc.). Es un dispositivo apto tanto para tejidos secos como para preimpregnados. Este mecanismo permite desplazar y manipular los tejidos, colocandolos en el molde, La compactacion se lleva a cabo mediante la presion ejercida por la maquina (no descrita) sobre la que se mo nta este terminal, sobre el mol de. La mayor limitacion estriba en que es apto un icamente para mo ldes de dim ensiones re lativamente red ucidas y con g eometrias no com plejas. Cad a molde/pieza requiere adicionalmente herramientas especificas.

La solicitud de patente US 2010/0007065 A1 tambien describe un mecanismo que permite sujetar y manipular tejidos reforzados con fibras. En este caso, si se contempla la compactacion de los tejidos sobre el molde utilizando una membrana elastica, que se adapta a la forma del molde debido a la aplicacion de vacio, por lo que se compacta la preforma. Sin embargo, los tejidos no se manipulan por medio de la membrana mencionada, sino a traves de una multitud de elementos de succion (efecto Bernouilli) ajustables en altura que sujetan el tejido y la llevan hasta el molde en donde se posiciona. Se c ontrola y automatiza con dos sistemas distintos (sistema de manipulacion y sistema de c ompactacion con membrana elastica), con l o que aumenta la com plejidad del mecanismo yde su control. Esta patente es muy generica, centrandose en el conjunto del mecanismo para fabricar preformas mas que en el sistema de posicionado y compactacion.

Tambien en el dispositivo descrito en la solicitud de patente WO 2008110615 A1 se utiliza una superficie flexible, en este caso estando la superficie flexible formada por multiples canales de vacio-soplado en lugar de por una unica membrana. Para activar el a glutinante se usan elementos termicos sin especificar. El dispositivo descrito en este documento no esta orientado a la fabricacion de preformas completas, sino que opera como un tampon para la colocacion de los parches en el FPP, tecnologia que permite la fabricacion de preformas, mediante la colocacion sucesiva de pequefos parches en las posiciones y las orientaciones deseadas para optimizar el comportamiento del componente final.

Los sistemas descritos en las solicitudes de patente JP 2007118598 (A) y JP 2008230020 (A) tambien utilizan membranas flexibles para en este caso producir preformas de material compuesto mediante aplicacion de presion con medios sencillos. El sistema descrito en el segundode estos documentos presenta la particularidad de que introduce elementos adicionales cuyo objetivo es mantener el espesor de la pieza de material compuesto constante en las zonas de borde, sin que se produzcan huecos o haya falta de resina en las mencionadas zonas. Sin embargo, estos dispositivos no permiten ni la manipulacion, ni el posicionado de los tejidos con el mismo mecanismo que realiza la compactacion de la preforma, lo que debe ser realizado por otros medios.

En el dispositivo descrito en la patente EP1808282B1 se emplea un sistema de doble membrana (una mas rigida que la otra), para moldear preimpregnados con presion. Se pretende conseguir presion positiva sin un autoclave, salvando asi las limitaciones causadas por el autoclave. El preimpregnado puede calentarse de diversas formas, con objeto, si es necesario, de realizar el curado de la pieza. Este sistema permite tambien la utilizacion de vacio para ayudar en la compactacion del preimpregnado. Sin embargo este dispositivo no tiene en cuenta ni la manipulacion ni el posicionado de los tejidos, que han de realizarse por otros medios.

Un desarrollo que se esta llevando a cabo y que pretende implementar tanto la manipulacion como el posicionado de los tejidos de fibra, asi como tambien la compactacion de las mismas para obtener preformas de material compuesto es un dispositivo denominado efector final de preformacion que esta desarrollando la Universidad de Munich dentro del proyecto de investigacion "CFK-Tex". Este dispositivo permite, por una parte, sujetar los tejidos de carbono por medio de una membrana elastica (resistente al calor y permeable al aire mediante orificios en la membrana) sobre la que van colocados diversos elementos de succion mediante vacio que realizan la fuerza de sujecion, asi como calentar los tejidos mediante elementos calefactores. Por otra parte, tambien permite compactar los tejidos en el molde mediante una combinacion de la pr esion ejercida por la memb rana elastica y un movimiento de rodillo (mediante robot), permitido por la geometria del mecanismo(efector final). Este sistema esta limitado por el hecho de que es valido solamente para determinadas geometrias. Ademas requiere un sistema de succion relativamente complejo.

El documento EP 2 266 78 5 A1 revela u n dispositivo de acuerdo con un preambulo de la reivindicacion 1 yun procedimiento de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 15.

Como se puede observar, ninguno de los sistemas del estado de la tecnica anterior permite recoger laminas de tejidos de fibras dispuestas en 2D, transferirlas a un molde para dotarlas de una geometria 3D y compactarlas para obtener una preforma 3D mediante un unico dispositivo, que resulta un inconveniente tanto a nivel del coste de esos sistemas como a nivel de los tiempos de obtencion de las preformas.

Descripci6n de la invenci6n

Asi, la presente invencion se refierea un dispositivo manipulador y compactador de membrana parala fabricacion automatizada de pre formas, tanto de fibra seca co mo de ma teriales prei mpregnados. La s preformas se emp lean posteriormente en la fabricacion de componentes estructurales.

El dispositivo manipulador incluye las siguientes ventajas frente al actual estado de la tecnica:

-: La fabricacionde las preformas se realiza de modoautomatico, mejorando lacalidadde las mismas y disminuyendo los costes de fabricacion.

-: Se trata de un sistemaflexible y reconfigurable, quese adapta a diferentes tamafos y geometrias de molde.

-: Es compatible con diversos sistemas y estrategias de calentamiento para activacion del aglutinante.

-: Es aplicable tanto para preformas de fibra seca como para preformas de materiales preimpregnados.

El dispositivo manipulador y compactador conforme a la presente invencion comprende una estructura de soporte acoplable a un elemento de traslacion movil mediante una estructura de fijacion; una membrana montada en la estructura de soporte; y al menos un conector de vacio montado en la estructura de soporte; y en el que la estructura de soporte es unmarcocon una abertura central; la membrana es una membrana elasticamenteflexible que comprende unafranja perimetral inmovilizada en la estructura de soporte que rodea una zona central quetapa la aberturacentral de la estructura de soporte comprendiendo la membrana una capa superior lisa impermeable al aire con una superficie inferior sustancialmentelisa y una capa inferior permeable al aire, por ejemplo, unacapainferior provista de una multitudde orificios;

medios de distanciamiento para distanciar la cara inferior de la capa superior de la cara superior de la capa inferior y para permitir una distribucion de un vacio aplicado entre dichas capas a traves del conector de vacio se localizan entre la capa superior y la capa inferior;

la capa superior y la capa inferior estan hermeticamente unidas entre si en una zona de union en la franja perimetral de la membrana, alejada de dicha abertura central;

el conector de vacio desemboca en dicha zona de la franja perimetral vecina a dicha abertura central entre dicha capa superior y dicha capa inferior de manera que, cuando la superficie inferior de la capa inferior esta en contacto con una lamina de un tejido de fibras y se aplica un vacio al conector de vacio, se succiona aire a traves de los medios de distanciamiento y de la capa inferior, de manera que la lamina de tejido de fibras queda retenida en la capa inferior por la accion del vacio;

la capa superior y la capa inferior de la membrana son elasticamente flexibles de manera que, son capaces de adaptarse a la geometria de moldes tridimensionales, al tener la capacidad de estirarse con la aplicacion del vacio y/o de la presion.

De acuerdocon una realizacion de la invencion, la estructura de soporte puede comprender una partesuperior yuna parte inferior que estan acopladas entre si mediante medios de fijacion y que aprisionan entre si la franja perimetral de la membrana elastica y el conector de vacio atraviesa una de dichas partes de la estructura de soporte para desembocar entre la capa superi or e inferior de la membrana. Asim ismo, la estructura de sopo rte p uede ser herme ticamente acoplable a una zona de moldeo de una mesade trabajo de compactacion cuandoesta superpuesta al molde, de manera que, cuando esta superpuesta al molde se forma, en la abertura central de la estructura de soporte, un espacio hermetico delimitado entre la membrana y dicha zona de moldeo. En este caso, la membrana esta hecha de un material suficientemente estirable como para, cuando esta superpuesta al molde rodeando el mismo y se aplica un vacio en dicho espacio hermetico, desplazarse hacia el molde y presionar laminas de tejido de fibras previamente depositadas hacia el moldey compactar dichas laminas de tejido de fibras para formar una preforma de material compuesto. Alternativa o complementariamente, la estructura de soporte tambien puede estar dotada de una campana de sobrepresion hermeticamente montada acoplada a la estructura de soporte de manera que cubra superiormente la abertura central de la estructura de soporte. En este caso, la membrana esta hecha de un material suficientemente estirable como para que, cuando esta superpuesta al molde rodeando el mismo y se presuriza el interior de la campana, desplazarse hacia el molde y presionar laminas de tejido de fibras previamente depositadas hacia el molde y compactar dichas laminas de tejido de fibras para formar una preforma.

La estructura de soporte puede estar adicionalmente dotada de sistemas de aplicacion de aglutinante y/o sistemas de calentamiento (resistencias cal entadas, i nfrarrojos, air e caliente, etc.) qu e puedan req uerirse para activar e l aglutinante y unir los tejidos de fibra durante el procedimiento de compactacion de la preforma. Cuando la estructura de soporte esta dotada de un sistema de calentamiento, la membrana flexible ha de tener cierta resistencia termica que permite calentar la preforma a traves de ella. Distintos tipos de cauchos, como por ejemplo las siliconas reunen todas las caracteristicas de elasticidad, resistencia mecanica y resistencia termica que se requieren.

En una realizacion d el di spositivo conforme a la i nvencion, la capa inferior comprende un a supe rficie inferior sustancialmente lisay una superficiesuperior, enfrentada a la superficie inferior de la capa superior y los medios de distanciamiento comprenden una multitud protuberancias distanciadoras que emergen preferentemente de la superficie superior de al menos la zona centraldela capa inferior, si bienalternativao complementariamente pueden emerger tambien de la superficie inferior de al menos la zona central de la capa superior. Estas protuberancias distanciadoras forman un paso de aire por el que pasa el aire succionado a traves de la capa inferior hacia el conector de vacio, asi permiten que cuando se aplica el vacio al conector de vacio, este se distribuya en toda la zona central debida a los intersticios que dejan entre si las protuberancias. Preferentemente, la capa inferior y/o la capa superior de la membrana estan reforzadas en sus franjas perimetrales para evitar roturas o dafos debidos al esfuerzo al que se ven expuestas estas capas durante el uso del dispositivo.

Alternativa o complementariamente, los medios de distanciamientopueden comprender, al menos en una zona de la franja perimetral vecina a la abertura central de la estructura de soporte, una capa de distribucion de vacio intermedia que separa las capas superior e inferior que permite la distribucion del aire succionado a traves de la capa inferior hacia el conector de vacio, en cuyo caso el conector de vacio desemboca en la capa de distribucion de vacio. La capa de distribucion de vacio puede estar interpuesta ademas entre las respectivas zonas centrales de la capa superior y de la capa inferior y puede estar integrada en la capa inferior de la membrana elastica. La capa de distribucion de vacio puede estar hecha de un material distribuidor de vacio seleccionado entre tejidos deaireacionde poliester enhilo, mallas elasticas de algodon y similares. Este material de distribucion de vacio sirve para evitar la obturacion del paso del aire entre las capas de la membrana en las zonas en las que no hay protuberancias y para garantizar la distribucion uniforme del vacio entre la capa superior y la capa inferior.

La ca pa superior de la membrana flexible puede e star he cha de u n material elastico seleccionado en tre silicona, neopreno, goma s butilicas, go mas ni trilicas y similares y tiene un e spesor que vendra dado de las n ecesidades impuestas por el molde, que deben conjugar la necesidad de estiramiento para adaptarse a la superficie del mismo y la resistencia de la membrana.

La capa inferior puede estar hecha de un material similar al de la capa superior de la membrana. Las protuberancias necesarias para separar la cara inferior de la capa superior de la cara superior de la capa inferior pueden ser tetones. La permeabilidad al aire de la capa inferior de la membrana flexible se puede conseguir mediante orificios de paso de aire dispuestos entre las protuberancias distanciadoras como por ejemplo entre los tetones anteriormente mencionados. La capa inferior dotada de tetones se puede fabricar, por ejemplo, a partir de silicona liquida moldeada sobre un molde con formas que originen los tetones. Una vez moldeada la capa inferior se le realizan una serie de orificios en las zonas entre tetones con objeto convertirla en porosa al aire.

Comose desprende de lo anterior, el dispositivomanipuladory compactador conforme a la presente invencion, debido a la permeabilidad al aire de la capa inferior de la membrana, que se consigue por ejemplo a traves de los orificios practicados en la misma, puede realizar un vacio que permite agarrar las laminas de tejido de fibras dispuestas en 2D y transportarlas hasta el molde (por ejemplo, mediante un robot que manipula el dispositivo de la invencion). Una vez que la lamina de tejido de fibras ha sido depositada en el molde, la membrana puede actuar como una membrana de compactacion tradicional por presion negativa (vacio) o positiva (presurizacion) que compacta las laminas de tejido de fibras contra el molde. De esta manera, el dispositivo conforme a l a presente invencion permite asi realizar las operaciones tanto de dispo sitivo de ag arre (agarrade ra) como de d ispositivo de co mpactacion. El di spositivo se convierte asi en una agarradera compactadora que permite manipular, posicionary compactar multiples tipos de tejido de fibr as con obj eto de obtener preformas de un a forma mas auto matizada y sencilla, que ademas es mu y versatil para trabajar con una amplia variedad de geometrias de distintos tamafos y formas (escalable), ya que puede adaptarse de forma sencilla a geometrias 3D diferentes yrelativamente complejas, sin necesidad de realizar modificaciones o adaptaciones estructurales en el dispositivo.

El procedimiento conforme a la invencion para manipular y compactar laminas de tejidos de fibra para obtener preformas destinadas a la fab ricacion de ma teriales compuestos co mprende re coger su cesivas laminas de tejido de fibras dispuestas bidimensionalmente en una primera estacion de trabajo, sucesivamentetransferir las laminas de tejido de fibras a un a segunda estacion de trabajo y colocar la s laminas d e fibra de tejido sobre un mo lde tridimensional apilandolas unas sobre otras para obtener una preforma y compactar las laminas de tejido de fibras colocadas, bien una por una, bien por grupos en etapas sucesivas, o bien en una etapa unica, dependiendo de la complejidad del molde; y en el que se emplea el dispositivo manipulador y compactador anteriormente descrito y comprende las etapas de

recoger una primera lamina de tejido de fibras de la primera estacion de trabajo posicionando el dispositivo sobre la primera lamina de tejido de fibras y aplicando un vacio entre la capa superior y la capa inferior de la membrana elastica de manera que la primera lamina de tejido de fibras quede adherida por succion de aire a la parte central de la superficie inferior de la capa inferior de la membrana elastica; transferir el dispositivo con la primera lamina de tejido de fibras a la segunda estacion de trabajo y hacer descender el dispositivo hacia una zona de moldeo en la que se encuentra el molde;

colocar la primera lamina de tejido de fibras sobre el molde, cortar el vacio, fijar la lamina al molde si procede y hacer ascender el dispositivo dejando la primera lamina de tejido de fibras colocada sobre el molde y desplazar el dispositivo a la primera estacion de trabajo para recoger una segunda lamina de tejido de fibras;

recoger, transferir y colocar la segunda y cada sucesiva lamina de tejido de fibras de forma analoga a la primera lamina de tejido de fibras sobre la lamina de tejido de fibras anteriormente colocada hasta haber colocado la ultima lamina de tejido de fibras de la preforma;

someter al menos una de las laminas de tejido de fibra de vidrio colocadas sobre el molde a una etapa de compactacion que comprende:

hacer descender la estructura de soporte sobre al menos una de las laminas de tejido de fibras acumuladas sobre el molde hasta que la estructura de soporte contacte con la zona de moldeo y la parte inferior de la estructura de soporte (1) y la zona de moldeo (15.1) queden en contacto hermetico a traves de una junta de estanqueidad (2) de manera que la cavidad entre la membrana (6) y la zona moldeo (15.1) quede sellada;

aplicar a la memb rana flexible una p resion neu matica seleccionada entre p resion negativa, p resion posi tiva y combinaciones de las mismas, de manera que se deforme hasta adoptar la forma del molde, para ejercer presion en las laminas de tejido de fibras colocadas en el molde y asi compactar la preforma; y

cortar la presion neumatica y retirar el dispositivo.

Como se puede observar, de acuerdo con el procedimiento conforme a la presente invencion, primero se aplica vacio a traves del conector de forma que el vacio aplicado en toda la zona entre las capas de la membrana, succiona el aire exterior (inferior) a traves de la capa inferior y en caso, a traves de la capa de distribucion de vacio, por ejemplo a traves de los or ificios dispuestos en las zonas entre los tetones de l a capa inferior, de manera que el dispositivo funciona como una agarradera que succiona la lamina de tejido de fibras que se e ncuentre debajo, pudiendo esta ultimo ser manipulada y transportada hasta el emplazamiento del molde de preformado. Tras llevar cada lamina de tejido de fibras hasta el molde de preformado, se deposita sobre el molde reduciendo el nivel de vacio hasta que el tejido se suelta de la agarradera. Posteriormente, la preforma se compacta mediante la aplicacion de vacio a traves del molde o del conector, o en el caso de que la campana de presion se proporcione en la estructura de soporte, la preforma se compacta alternativa o complementariamente mediante la presurizacion del interior de la campana. El vacio aplicado en la zona entre el molde y la membrana flexible hace que las laminas de tejido de fibras adopten la forma del molde de preformado. Este vacio ta mbien puede utilizarse para asegurar la colocacion de los tejidos sobre el molde mientras dura el posicionado de las distintas capas que conforman la preforma. Mientras se realiza la compactacion, a la v ez puede activarse el aglutinante de las c apas de tejido que forman la preforma mediante el sistema de calentamiento que se integra en el dispositivo.

De acuerdo con lo que se desprende de la descripcion anterior, lapresente invencion permite automatizar de una forma sencilla el procedimiento de preformado tradicional, logrando asi un recorte en e l tiempo de procedimiento y un abaratamiento del mismo.

Breve descripci6n de las figuras

A continuacion se describen aspectos y realizaciones de la invencion sobre la base de unos dibujos esquematicos, en los que

la figura 1 es una vista de una estacion de trabajo que incluye una realizacion del dispositivo manipulador conforme a la presente invencion;

las figuras 2a y 2b son vistas parciales en seccion del dispositivo manipulador que ilustran esquematicamente la recogida de un tejido de material compuesto desde una mesa de manipulacion;

la figura 3 es una vista parcial en perspectiva superior de una realizacion de la capa con tetones que forma parte de la membrana del dispositivo manipulador;

la figura4aes una vista enperspectiva superior antero-lateral del dispositivomanipulador mostrado en la figura 1, dispuesto en el molde sin membrana, en la posicion de compactacion;

la figura 4b es analoga a la figura 1, pero con el dispositivo manipulador provisto de la membrana;

la figura 5 es una vista de la estructura de soporte con la membrana en posicion de compactacion;

la figura 6 es una vista en seccion longitudinal del dispositivo manipulador dispuesto en posicion de compactacion sobre el molde en la mesa de trabajo de compactacion.

En estas figuras se muestran referencias numericas que identifican los siguientes elementos:

1 Estructura de soporte

1.1 Estructura soporte-parte superior

1.2 Estructura soporte-parte inferior

1.3 Abertura central en la parte superior de la estructura de soporte

1.4 Abertura central en la parte inferior de la estructura de soporte 2 Junta de estanqueidad de la estructura 3 Mo lde 4 Membrana elastica multicapa

4.1 Intersticio entre capas

4.2 Franja perimetral de la membrana 5 Capa lisa de la membrana 6 Capa con protuberancias de la membrana 7 Protuber ancia 8 Orificio entre tetones 9 Conector de vacio 10 Fijacion entre partes de la estructura 11 Fijacion de la estructura a la mesa de trabajo 12 Estructura de fijacion a un elemento movil de traslacion

12.1 Placa de fijacion

12.2 Patas 13 Tejido de fibras 14 Mesa de trabajo de manipulacion de tejidos 15 Mesa de trabajo de compactacion (molde)

15.1: Zona del moldeo 16 Campana de presion

16.1: Conector de presurizacion 17 Conector de vacio en molde de compactacion

Realizaciones de la invenci6n

En la realizacion mostrada en la figura 1, el dispositivo manipulador conforme a la presente invencion comprende una estructura de soporte -1- que enmarca una membrana elastica multicapa -4- y una estructura de fijacion -12- acoplable a un elemento movil de traslacion en si convencional (no mostrado en las figuras). El dispositivo manipulador se emplea para recoger una o mas laminas de tejido de fibras -13- de una mesa de trabajo y transferirlas a una mesa de trabajo de compactacion -15- en la que se encuentra un molde -3- y para compactar la o las laminas de tejido de fibras dispuestas

35 sobre el molde -3-.

Como se puede ver en las figuras 2a y 2b, la membrana multicapa -4- comprende una capa lisa -5- superior y una capa con protuberancias -6- inferior. Las citadas protuberancias -7-, mostradas en la realizacion mostrada en las figuras como tetones, si bien tambien podrian ser ranurados en otrasrealizaciones, quedan enfrentadas a la cara inferior de la capa lisa -6-. Como muestra la figura 3, la capa con protuberancias -6- comprende en una multitud de protuberancias -7- que

40 emergen de su cara superior, asi como una multitud de orificios pasantes -8- distribuidos entre las protuberancias -7-.

La capa lisa -5- yla capa con protuberancias -6- estandispuestas en el marco de tal forma que, cuando se aplicaun vacio al intersticio -4.1- y por tanto a traves de los orificios -8- de la capa con protuberancias -6-, se ejerce una fuerza de succion para recoger el tejido de fibras -13- de la mesa de trabajo de manipulacion -14- y mantenerla adosada a la cara inferior de la capa de protuberancias -6- para poder transferirla, los extremos libres de las protuberancias -7- se adosan a la cara inferior de la capa lisa -5-.

Conforme a lo que muestran las figuras 4a y 4b, la estructura de fijacion comprende una placa de fijacion -12.1- unida a la estructura de soporte -1- mediante sendas patas -12.2- laterales. La estructura de soporte -1- tiene, vista en planta superior, una forma de marco y comprende una parte superior -1.1- y una parte inferior -1.2- que enmarcan la membrana elastica -4- y aprisionan las franjas perimetrales -4.2- de la misma, de manera que la membrana -4- queda firmemente retenida en la estructura de soporte -1-.

Como se puede apreciar en la figura 4a, que muestra el dispositivo manipulador sin la membrana elastica en su posicion de compactacion en la zona de moldeo -15,1- de la mesa de trabajo de compactacion -15-, la estructura de soporte -1- quedadispuesta alrededor de lazona de moldeo-15.1- de la mesa detrabajo decompactacion-15- en la quese encuentra el molde -3-. Como ilustrala figura4b, en estaposicion de compactacion, la cara inferior de lamembrana elastica -4-presiona las laminas de tejido de fibras -13- que se han depositado sobre el molde -3-en la parte superior del molde -3- de manera que, al haber descendido la estructura de soporte -1-, la membrana se estira y ejerce presion sobre las partes de las laminas de tejido de fibras -13- que se encuentran en la cara superior del molde -3-. Despues, cuando se aplica vacio a traves del conector de vacio en molde (17) la membrana 4 se desplaza hacia el molde -3- de manera que las laminas de tejido de fibras depositadas sobre el molde con anterioridad, quedan presionadas contra el contorno el molde-3- y quedan compactadas por la a ccionde la membrana -4-. Alternativa o complementariamente, enel dispositivo mostrado en las figuras 4b puede proporcionarse una campana de presion -16- hermeticamente acoplada la parte superior -1.1- de la estructura de soporte y que cubre superiormente la abertura -1.3, 1.4- y por tanto, la membrana -4- superpuesta al molde -3-. Cuando, mediante un sistema neumatico (no mostrado en las figuras), se presuriza el interior de la campana a traves de un conector de presurizacion -16.1-, se fuerza a la membrana -4- a desplazarse hacia el molde -3- , de manera que las laminas de tejido de fibras depositadas sobre el molde con anterioridad, quedan presionadas contra el contorno el molde -3- y quedan compactadas por la accion de la membrana -4-. En cualquiera de los dos casos la membrana -4- adopta la configuracion mostrada en la figura 4b.

Como sepuede ver en las figuras 5y6, la partesuperior -1.1- yla parteinferior -1.3- presentan sendas aberturas centrales -1.3, 1.4- y aprisionan entre si las franjas perimetrales -4.2- de la membrana elastica -4- compuesta por la capa lisa -5- yla capa con protuberancias -6-. Las partes -1.1, 1.2- de la estructura desoporte -1- estan acopladas entre si mediante sendas fijaciones -10- provistas en los perfiles del marco, en forma de tornillos que atraviesan las partes -1.1, 1.2-y roscan en respectivas tuercas. En uno de los perfiles de laparte superior -1.1- de la estructura de soporte -1- se proporciona un conector de vacio-9-. De acuerdo con lo que se puede apreciar en la figura 6, en la posicion de compactacion, la estructura de soporte -1-queda inmovilizadaen la mesa de trabajo de compactacion-15- mediante sendas fijaciones -11- en forma de tornillos que atraviesan respectivas perforaciones en la mesa de trabajo -15-, en la parte inferior -1.1- y en la parte superior -1.2- en los perfiles de la estructura de soporte-1-. Esta configuracion es opcional, no siendo necesaria en el caso de queel robot manipulador seacapaz de ejercer la fuerza necesaria para garantizar el hermetismo entre la cara inferior de la membrana y la zona de moldeo. En la cara inferior de la parte inferior -1.2- de la estructura de soporte -1- se proporciona una junta de estanqueidad -2- que, en la posicion de compactacion del dispositivo manipulador mostrada en la figura 6, queda presionada contra la cara superior de la mesa de trabajo de compactacion -15-, de manera que se forma una camara hermetica en las aberturas centrales -1.3, 1.4- de las partes superior -1.1- e inferior -1.2-, delimitada superiormente por la capa lisa -5- de la membrana -4- e inferiormente por la cara superior de la mesa de trabajo de compactacion -15-.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo manipulador y compactador de membrana para obtener preformas compuestas por laminas de tejidos de fibra utiles en lafabricacion automatizada de materiales compuestos, que comprende unaestructura de soporte (1) acoplable a un elemento movil de traslacion mediante una estructura de fijacion (12); una membrana (4) montada en la estructura de soporte (1); y al menos un conector de vacio(9) montado en la estructura de soporte (1); en el que

la estructura de soporte (1) es un marco con una abertura central (1.3, 1.4):

la membrana (4) es una membrana elasticamente flexible que comprende una franja perimetral (4.2) inmovilizada en la estructura de soporte (1) que rodea una zona central que tapa la abertura central (1.3, 1.4) de la estructura de soporte (1) caracterizada porque la membrana (4 ) comprende una capa superior (5) lisa e impermeable al aire con una superficie inferior sustancialmente lisa y una capa inferior (6) permeable al aire;

entre la capa superior (5) y la capa interior (6) se encuentran medios de distanciamiento (7, 4.3) para distanciar la cara inferior de la capa superior (5) de la cara superior de la capa inferior (6) y permitir una distribucion de un vacio aplicado entre dichas capas (5, 6) a traves del conector de vacio (9);

lacapasuperior (5) y la capa inferior (6) estanhermeticamente unidas entre si en una zona de union en la franja perimetral (4.2) de la membrana (4), alejada de dicha abertura central (1.3, 1.4);

el conector de vacio (9) desemboca en dicha zona de la franja perimetral (4.2) vecina a dicha abertura central (1.3, 1.4) entre dicha capa superior (5) y dicha capa inferior (6) de manera que, cuando la superficie inferior de la capa inferior (5) esta en contacto con una lamina de un tejido de fibras (13) y se aplica un vacio al conector de vacio (9), el aire es succionado a traves de los medios de distanciamiento (7, 4.3) y de la capa inferior (6) , de manera que la lamina de tejido de fibras (13) queda retenida en la capa inferior (6) por la accion del vacio;

la capa superior (5) y la capa inferior (6) de la membrana (4) son elasticamente flexibles de manera que son capaces de adaptarse a la geometria de al menos un molde tridimensional (3) al tener la capacidad de estirarse con la aplicacion del vacio y/o la presion.
2. Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la capa inferior

(6) esta provista de una multitud de orificio (8) de paso de aire.
3. Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque

la capa inferior (6) comprendeuna superficieinferior sustancialmente lisa y una superficie superior, enfrentada a la superficie inferior de la capa superior (5);

los medios de distanciamiento (7, 4.3) comprenden una multitud protuberancias distanciadoras (7) que emergen de la superficie superior de la zona central de la capa inferior (6) y/o dela superficie inferior de lazona central de lacapa superior (5);

las protuberancias distanciadoras (7) forman un paso de aire por el que pasa el aire succionado a traves de la capa inferior (6) hacia el conector de vacio (9).
4.

Dispo sitivo manipulador y co mpactador d e memb rana segun la rei vindicacion 3, caracterizado porque las protuberancias (7) contactan, al menos cuando se aplica un vacio al conector de vacio (9), con la superficie inferior en la parte central de la capa superior (5) y se forman pasos de aire entre las protuberancias distanciadoras (7).
5.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la parte central de la capa superior (5) y la parte centralde la capa inferior (6) estandistanciadas entre si por un intersticio (4.1) de manera que, cuando se aplica un vacio al conector de vacio (9), la parte central de la capa inferior (6) es atraida hacia la capa superior (5) de manera que las protuberancias (7) contactan con la superficie inferior de la capa superior (5).
6.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque las protuberancias distanciadoras (7) que emergen de la capa inferior (6) son tetones.
7.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque la capa inferior comprende orificio (8) de paso de aire dispuestos entre las protuberancias distanciadoras (7).
8.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque los medios de distanciamiento (7) comprenden, al menos en una zona de la franja perimetral (4.2) vecina a la abertura central (1.3, 1.4) de la estructura de soporte (1), una capa de distribucion de vacio intermedia que separa la capa superior

(5) y la capa inferior (6) y que permite la distribucion del aire succionado a traves de la capa inferior hacia el conector de vacio (9) y porque el conector de vacio (9) desemboca en la capa de distribucion de vacio.
9. Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun la reivindicacion 8, caracterizado porque la capa de distribucion de vacio esta interpuesta ademas entre las respectivas zonas centrales de la capa superior (5) y de la capa inferior (6).

1�. Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado porque la capa de distribucion de vacio esta integrada en la capa inferior (6).
11.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la capa de distribucion de vacio esta hecha de un material distribuidor de vacio seleccionado entre tejidos de aireacion de poliester en hilo, mallas elasticas de algodon y similares.
12.

Dispositivo manipulador y compactador de membranasegun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque

la estructura de soporte (1) comprende una parte superior (1.1) y una parte inferior (1.2) que estan acopladas entre si mediante medios de fijacion (10) y que aprisionan entre si la franja perimetral (4.2) de la membrana elastica (4);

el conector de soporte (9) atraviesa una de dichas partes (1.1, 1.2) de la estructura de vacio (1) para desembocar entre la capa superior (5) y la capa inferior (6) de la membrana (4).
13.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de soporte (1) es hermeticamente acoplable a una zona de moldeo (15.1) de una mesa de trabajo de compactacion (15) cuando esta superpuesta sobre el molde (3), de manera que cuando esta superpuesta sobre el molde (3) se forma, en la abertura central (1.3, 1.4) de la estructura de soporte (1), un espacio hermetico delimitado entre la membrana (4) y dicha zona de moldeo (15.1) y porque la membrana (4) esta hecha de un material suficientemente estirable como para, cuando esta superpuesta al molde (3) rodeando el mismo y se aplica un vacio en dicho espacio hermetico, desplazarse hacia el molde (3) y presionar laminas de tejido de fibras (13) previamente depositadas hacia el molde (3) y compactar dichas laminas de tejido defibras (13) para formar una preforma.
14.

Dispositivo manipulador y compactador de membrana segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una campana de sobrepresion (16) hermeticamente montada acoplada a la estructura de soporte de manera que cubre superiormente la abertura central (1.3, 1.4) de la estructura de soporte (1) y porque la membrana (4) esta hecha de un material suficientemente estirable como para, cuando esta superpuesta sobre el molde (3) rodeando el mismo y sepresuriza el interior de lacampana(16), desplazarse hacia el molde (3) y presionar laminas detejido de fibras (13) previamente depositadas hacia el molde (3) y compactar dichas laminas de tejido de fibras (13) para formar una preforma.
15.

Procedimiento para manipular ycompactar laminas de tejidos de fibra para formar preformas destinadas a la fabricacion de materiales compuestos que comprenderecoger sucesivas laminas de tejido de fibras (13) dispuestas bidimensionalmente en una primera estacion de trabajo (14); transferir sucesivamente las laminas de tejido de fibras (13) a una segunda estacion de trabajo (15) y colocar las laminas de fibra de tejido (13) sobre un molde (3) tridimensional, apilandolas unas sobre otras para obtener una preforma y compactar las laminas de tejido de fibras (13), en su lugar, en al menos una etapa; caracterizado porque se emplea el dispositivo manipulador y compactador de membrana definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 y porque comprende:

recoger una primera lamina de tejido de fibras (13) de la primeraestacion de trabajo (14) posicionando el dispositivo sobre la primera lamina de tejido de fibras (13) y aplicando un vacio entre la capa superior (5) y la capa inferior (6) de la membrana elastica (4) de manera que la primera lamina de tejido de fibras (13) quede adherida, por succion de aire, a la parte central de la superficie inferior de la capa inferior (6) de la membrana elastica (4);

transferir eldispositivocon la primera lamina detejido defibras (13) a la segundaestacion detrabajo (15) y hacer descender el dispositivo hacia una zona de moldeo (15.1) en la que se encuentra el molde (3);

colocar la primera lamina de tejido de fibras (13) sobre el molde (3), cortar el vacio, fijar la primera lamina de tejido de fibras (13) si procede, hacer ascender el dispositivo dejando la primera lamina detejido de fibras (13) colocada sobre el molde (3) y desplazar el dispositivo a la primera estacion de trabajo (14) para recoger una segunda lamina de tejido de fibras (13);

recoger, transferir ycolocar la segunday cada sucesivalamina de tejido de fibras (13) de forma analoga a la primera lamina de tejido de fibras sobre la lamina de tejido de fibras anteriormente colocadahasta haber colocado la ultima lamina de tejido de fibras de la preforma;

someter al menos una de las laminas de tejido de fibra de vidrio (13) colocadas sobreel molde (3) a una etapade compactacion que comprende:

hacer descender la estructura desoporte(1)sobre al menos una de las laminas de tejido defibras (13) acumuladas sobre el molde (13) hasta que la estructura de soporte (1) contacte con la zona de moldeo (15.1) y la parte inferior de la estructura de soporte (1) y la zona de moldeo (15.1) queden e n con tacto hermetico a traves de una ju nta de estanqueidad (2) de manera que la cavidad entre la membrana (6) y la zona moldeo (15.1) quede sellada;

aplicar a la membrana flexible (4) un a pre sion ne umatica seleccionada en tre pre sion nega tiva, pre sion po sitiva y combinaciones de las mismas, de manera que se deforme hasta adoptar la forma del molde (3) para ejercer presion en las laminas de tejido de fibras (13) colocadas en el molde y asi compactar la preforma; y

cortar la presion neumatica y retirar el dispositivo.

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