ES2622417T3

ES2622417T3 - Método para fabricar una estructura compuesta hueca

Info

Publication number: ES2622417T3
Application number: ES07871181.9T
Authority: ES
Inventors: William L. Rodman
Original assignee: Aerosud Tech Solutions (ptd) Ltd; Aerosud Technology Solutions (ptd) Ltd
Current assignee: Aerosud Tech Solutions (ptd) Ltd; Aerosud Technology Solutions (ptd) Ltd
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: EP2190650B1; CN102083616A; US8834782B2; US20090041972A1; EP2190650A1; WO2009020466A1

Abstract

Un método para fabricar una estructura compuesta (108) comprendiendo el método: obtener una pluralidad de miembros (106) que se pueden presurizar cada uno con suficiente rigidez para soportar capas de fibra (104) sobre él en una forma deseada antes de su presurización, teniendo los miembros que se pueden presurizar una superficie exterior (110) y una superficie interior que forman una pared que define una región volumétrica (134), en donde la pluralidad de miembros que se pueden presurizar son acoplados juntos para estar en comunicación fluida con un miembro adyacente que se puede presurizar, teniendo uno de los miembros (106) que se puede presurizar una abertura (130) para permitir la presurización interna de la pluralidad de miembros acoplados que se pueden presurizar; disponer capas de fibra (104) sobre la superficie exterior (110) de los miembros (106) que se pueden presurizar, en donde cada uno de los miembros (106) que se pueden presurizar soporta las capas de fibra sobre él en una forma deseada antes de presurización de los miembros (106) que se pueden presurizar; colocar las capas de fibra (104) y los miembros (106) que se pueden presurizar en un molde (102); sellar las capas de fibra (104) dentro del molde (102) para permitir la presurización de las capas de fibra (104); presurizar una superficie exterior de las capas de fibra (104) con una primera presión; y presurizar la superficie interior de los miembros que se pueden presurizar a través de la abertura (130) con una segunda presión (P), en donde la primera presión (P) y la segunda presión cooperan para comprimir las capas de fibra (104) entre el molde (102) y los miembros (106) que se pueden presurizar.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para fabricar una estructura compuesta hueca Campo del invento

El invento esta relacionado en general con la produccion de componentes y estructuras compuestas reforzadas con fibra, tridimensionales, de forma compleja, grandes, tales como componentes y estructuras compuestas donde los requerimientos para un acabado superficial, resistencia mecanica y tolerancia al dano son elevados.

Antecedentes del invento

Un componente compuesto es un termino generalmente utilizado para describir cualquier parte que consiste de al menos dos constituyentes que son combinados y aun retienen sus identidades flsica y qulmica. Un tipo de componente compuesto es un compuesto reforzado con partlculas (PRC) en el que partlculas de un material seleccionado son embebidas o unidas a una matriz. Un componente compuesto avanzado es un termino generalmente utilizado para describir fibras de elevada resistencia mecanica y modulo embebidas en o unidas a una matriz, tal como una matriz de resina, metal, ceramica, o matriz carbonosa. Las fibras pueden ser fibras continuas, fibras cortas, o filamentos muy finos. La matriz de tipo resina puede ser una resina sintetica polimerizada o una resina natural modificada qulmicamente, que puede incluir pero no esta limitada a materiales termoplasticos tales como polivinilo, poliestireno, y polietileno y materiales termoendurecibles tales como poliesteres, epoxis, y siliconas. Tlpicamente, una interfaz o llmite distinto esta presente entre las fibras y el material de la matriz. Se ha apreciado que el componente compuesto produce una combination de propiedades que no pueden ser conseguidas con ninguno de los constituyentes actuando por si solo.

Un componente compuesto es producido tlpicamente mediante un proceso de multiples operaciones que comienza por depositar las fibras generalmente en retazos de material conocidos como estratificados o capas sobre una superficie impermeable. Para formar la matriz alrededor de las capas de fibra, las capas pueden ser pre-impregnadas con el material de la matriz o pueden ser no impregnadas. las fibras no impregnadas pueden ser embebidas en o unidas al material de la matriz utilizando moldeo por inyeccion, moldeo por inyeccion de reaction (RIM), infusion de resina, u otras tecnicas de embebido o union en la matriz. Una vez que las capas de fibra estan dispuestas en una configuration deseada, se emplean ventajosamente tecnicas de compactacion tales como el embolsado bajo vaclo para eliminar huecos de las capas de fibra. El material de la matriz que rodea las capas puede ser curado empleando estufas, haces de electrones, fuentes de luz ultravioleta, de infrarrojos, o ser curado en autoclave. El curado puede ser llevado a cabo a temperaturas ambientes o elevadas.

Un proceso de fabrication existente para producir componentes y estructuras compuestos reforzados con fibra, tridimensionales, de forma compleja, grandes, incluye disponer capas de fibra dispuestas en mandriles de yeso para conformar la forma compleja. Las capas reforzadas con fibra son depositadas e impregnadas sobre los mandriles de yeso, que han sido previamente barnizados para sellarlos. la estructura resultante es embolsada bajo vaclo y curada. El mandril de yeso es retirado golpeandolo a traves del deposito, desmoronando el mandril de yeso para dejar el componente compuesto hueco. Esta tecnica es comunmente utilizada para producir estructuras tales como conductos de acondicionamiento de aire de forma compleja. Este tipo de utillaje puede incluir caracterlsticas de bloqueo que mantienen la forma compleja de los utiles.

Si la resistencia mecanica del componente es un elemento clave, pueden utilizarse materiales de utillaje de acero, aluminio, o invar para crear formas que pueden ser sujetadas o acopladas juntas de otro modo para crear una superficie de molde para depositar las capas de fibra. Por ejemplo, un conducto de entrada de la unidad de alimentation auxiliar para un avion requiere tlpicamente materiales estructurales que exceden los requerimientos de resistencia mecanica que se pueden obtener a partir de las tecnicas de mandril de yeso descritas anteriormente.

Otro metodo de producir grandes estructuras de nucleo compuesto formadas por moldeo por transferencia de resina asistidos por vaclo esta descrito en la Patente de los EE.UU N° 6.159.414 de Tunis, III y col. (Tunis). Tunis describe la produccion de estructuras compuestas empleando nucleos de celda hueca o de bloque de espuma. Los nucleos pueden ser envueltos con un material de fibra y dispuestos en un molde de tal modo que el material de fibra forme una piel superficial. El conjunto es sellado bajo una bolsa de vaclo a una superficie de moldeo. Uno o mas conductos de alimentacion comunican con una red de distribution de resina de canales mas pequenos que facilita el flujo de la resina sin curar al material de fibra y a traves del mismo. La red de distribucion de resina puede comprender una red de ranuras formadas en las superficies o en los nucleos y/o esquinas redondeadas de los nucleos. La red de canales mas pequenos puede tambien estar prevista entre la bolsa de vaclo y el material de fibra, bien integralmente en la bolsa de vaclo o bien a traves de un medio de distribucion separado. La resina, introducida bajo vaclo, se desplaza de una forma relativamente rapida a traves del canal o canales de alimentacion principales y a la red de canales mas pequenos. Despues de la penetration del material de fibra para alcanzar la superficie de los nucleos, la resina se desplaza de nuevo de una manera relativamente rapida a lo largo de los nucleos a traves de las ranuras en los nucleos o los espacios previstos por las esquinas redondeadas para penetrar en el material de fibra envuelto alrededor e incluso entre los nucleos. La resina es a continuation curada despues de impregnar el material de fibra para formar un componente y estructura compuesto reforzado con fibra, tridimensional.

Un inconveniente de emplear los nucleos como ha ensenado Tunis es que los nucleos estan sellados o no ventilados, lo

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que significa que el componente debe ser curado a temperatura ambiente. Mas especlficamente, la ley de los gases ideales establece que la presion dentro de un volumen cerrado es directamente proporcional a la temperatura. Si la resina es curada a una temperatura elevada, tal como poniendo el componente en una estufa o en un autoclave, cada gas atrapado dentro de cada nucleo producirla una presion y esa presion probablemente distorsionarla el nucleo r incluso posiblemente lo harla explotar.

El documento US 5.000.990 describe un metodo de fabrication de partes compuestas moldeadas de una pieza que utiliza un sistema de soporte y molde de pared delgada, inflable.

Compendio del invento

El presente invento se refiere a un metodo para fabricar una estructura compuesta, comprendiendo el metodo: obtener una pluralidad de miembros que se pueden presurizar cada uno con suficiente rigidez para soportar capas de fibra sobre el en una forma deseada antes de su presurizacion, teniendo los miembros que se pueden presurizar una superficie exterior y una superficie interior que forman una pared que define una region volumetrica, en donde la pluralidad de miembros que se pueden presurizar son acoplados juntos para estar en comunicacion fluida con un miembro adyacente que se puede presurizar, teniendo uno de los miembros que se puede presurizar una abertura para permitir la presurizacion interna de la pluralidad de miembros acoplados que se pueden presurizar; disponer capas de fibra sobre la superficie exterior de los miembros que se pueden presurizar, en donde cada uno de los miembros que se pueden presurizar soporta las capas de fibra sobre el en una forma deseada antes de presurizacion de los miembros que se pueden presurizar; colocar las capas de fibra y los miembros que se pueden presurizar en un molde; sellar las capas de fibra dentro del molde para permitir la presurizacion de las capas de fibra; presurizar una superficie exterior de las capas de fibra con una primera presion; y presurizar la superficie interior de los miembros que se pueden presurizar a traves de la abertura con una segunda presion, en donde la primera presion y la segunda presion cooperan para comprimir las capas de fibra entre el molde y los miembros que se pueden presurizar.

Una selection de caracterlsticas opcionales estan descritas en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripcion de los dibujos

A continuation se han descrito en detalle realizaciones preferidas y alternativas del presente invento con referencia a los siguientes dibujos:

La fig. 1A muestra esquematicamente un metodo para fabricar una estructura compuesta tridimensional, de forma compleja en un molde que tiene opcionalmente ranuras alimentadoras de resina donde las capas de fibra son dispuestas sobre miembros suficientemente rlgidos que se pueden presurizar y presurizadas dentro del molde utilizando una pellcula de embolsado de acuerdo con una realization del invento;

La fig. 1B muestra esquematicamente un metodo para fabricar una estructura compuesta tridimensional, de forma compleja en un molde donde las capas de fibra son dispuestas sobre miembros suficientemente rlgidos e interconectados que se pueden presurizar dentro del molde de acuerdo con una realizacion del invento;

La fig. 2 muestra esquematicamente un metodo alternativo para fabricar una estructura compuesta tridimensional, de forma compleja en un molde que tiene ranuras alimentadoras de resina donde las capas de fibra son dispuestas sobre miembros suficientemente rlgidos que se pueden presurizar y presurizadas dentro del molde utilizando las mitades selladas del molde de acuerdo con una realizacion del invento;

La fig. 3 muestra las capas de fibra dispuestas sobre los miembros suficientemente rlgidos que se pueden presurizar de acuerdo con una realizacion del invento;

La fig. 4 muestra esquematicamente un metodo para fabricar una estructura compuesta tridimensional, de forma completa en un molde donde las capas de fibra son dispuestas sobre miembros suficientemente rlgidos que se pueden presurizar que tienen opcionalmente ranuras alimentadoras de resina y presurizadas dentro del molde utilizando una pellcula de embolsado de acuerdo con una realizacion del invento; y

La fig. 5 muestra una estructura compuesta con capas de fibra dispuestas sobre un miembro que se puede presurizar para tomar la forma de una barra de la direction utilizada en un vehlculo aeroespacial de acuerdo con una realizacion del invento.

Descripcion detallada de la realizacion preferida

Una estructura compuesta reforzada con fibra, tridimensional, de forma compleja puede ser formada utilizando presiones que actuan contrarrestandose aplicadas a un deposito estructural de capas de fibra. Las capas de fibra estan dispuestas sobre un miembro que se puede presurizar. El miembro que se puede presurizar puede resultar una parte integral del producto final, o puede ser retirado, dependiendo de la accesibilidad del miembro. En una realizacion preferida, el miembro que se puede presurizar es un miembro de termoplastico hueco moldeado por rotation, un miembro de termoplastico moldeado por soplado, un miembro metalico formado de manera super-plastica, o un miembro formado por vaclo de lamina doble (TSVF) que tiene una abertura u orificio de ventilation. La abertura u orificio de ventilation permite

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que una superficie del miembro que se puede presurizar sea ventilada o presurizada de tal modo que se expanda o se infle contra las capas de fibra. Ventajosamente, el miembro que se puede presurizar ventilado permite que la estructura compuesta reforzada con fibra, tridimensional, de forma compleja sea producida utilizando tecnicas de temperatura elevada, presion y/o en autoclave. Por medio de la abertura, la presion dentro de los miembros que se pueden presurizar puede ser igualada cuando la temperatura sube o puede aplicarse presion adicional, como en el uso de un autoclave. En una realization, varios miembros que se pueden presurizar, que pueden ser de diferentes tamanos y tener formas complejas, estan dispuestos para formar una superficie de deposito grande de forma compleja a las capas de fibra.

La capacidad para igualar la presion en los miembros que se pueden presurizar permite la production de estructuras tridimensionales de forma compleja, tales como bastidores, piezas intercostales, costillas, etc. y permite ademas que las capas de fibra mantengan su correcta forma geometrica.

La fig. 1A muestra esquematicamente un sistema de autoclave 100 que tiene un conjunto de utillaje o molde 102. Las capas de fibra 104 estan dispuestas sobre miembros 106 que se pueden presurizar y el conjunto resultante 108 es colocado en el molde 102. La disposition de las capas de fibra 104 y la fabrication de los miembros 106 que se pueden presurizar sera descrita en mayor detalle a continuation. Con el proposito de clarification solamente, la realizacion ilustrada muestra la superficie exterior 110 de los miembros 106 que se pueden presurizar separados o espaciados de las capas de fibra 104. Sin embargo, durante el montaje, se aprecia que las capas de fibra 104 son depositadas directamente sobre la superficie exterior 110 de los miembros 106 que se pueden presurizar.

El molde 102 es un sistema estanco a las fugas que tiene un cuerpo 112 del molde formado opcionalmente con ranuras o canales 114 alimentadores para infundir material de matriz (no mostrado) en las capas de fibra 104 o para humedecerlas suficientemente. Las ranuras alimentadoras 114 pueden incluir ranuras principales 116 alimentadoras y canales de distribution 118. Alternativamente, las ranuras alimentadoras 114 pueden estar incluidas en los miembros 106 que se pueden presurizar, la cual es una realizacion descrita a continuacion. Sin embargo en muchos casos, es preferible incluir las ranuras alimentadoras 114 en el molde 102 para minimizar las cavidades del material de la matriz, superficies del material de la matriz desiguales, o imperfecciones similares relacionadas con el material de la matriz que podrlan afectar a la calidad de la estructura compuesta reforzada con fibra, acabada. Para componentes aeroespaciales, se ha considerado generalmente una condition de diseno inaceptable tener cavidades en el material de la matriz, superficies desiguales del material de la matriz, o imperfecciones similares relacionadas con el material de la matriz debido a que tales imperfecciones pueden aumentar la probabilidad de agrietamiento en el material residual de la matriz. Por consiguiente, es preferible formar la ranuras alimentadoras 114 en el cuerpo 112 del molde. En una realizacion, el molde 102 es un molde 102 de tipo de dos piezas articuladas mecanizado estrechamente (es decir con una tolerancia pequena).

En un ejemplo, una capa 120 de cascara reforzada, extralble puede ser ensamblada por presion o tomar la forma de una capa exterior u hoja exterior sobre la superficie exterior 110 de las capas de fibra 104. La capa 120 de cascara reforzada podrla entonces ser despegada o separada de otro modo de las capas de fibra 104 despues de que el material de la matriz sea curado. A modo de ejemplo, la capa 120 de cascara reforzada permite que el material de la matriz asociado con la ranuras alimentadoras 114 sea desprendido de las capas de fibra 104 durante las operaciones de acabado (es decir posteriormente al curado del material de la matriz). Hay numerosos medios de inyectar o infundir las capas de fibra 104 con material de la matriz y una vez que se ha tomado una decision de utilizar las ranuras alimentadoras laterales 114 del util, la disposicion, caudal volumetrico, y capacidad volumetrica, por ejemplo, de las ranuras alimentadoras 114 pueden ser optimizados o controlados de otro modo para que el componente estructural particular sea fabricado. Cuando la temperatura es incrementada, los diferentes materiales de la matriz pueden ser utilizados para conseguir resultados mejorados. Por ejemplo y cuando el material de la matriz comprende una resina, pueden emplearse varias resinas diferentes basandose en la temperatura de procesamiento, por ejemplo puede utilizarse una resina de polietileno a bajas temperaturas, una resina epoxi, fenolica o de bismaleimida a temperaturas medias, y finalmente, una resina de poliimida a temperaturas mas elevadas. Ademas de lo anterior, otras resinas tales como nailon, polietersulfona (PES), polieterimida (PEI), o acetal pueden ser utilizadas para personalizar la estructura reforzada con fibra.

En el ejemplo ilustrado, el molde 102 incluye ademas una lamina 122 de cobertura, una pellcula de embolsado 124, y una sonda 126. La lamina 122 de cobertura puede ser acoplada al cuerpo 112 del molde para asegurar las capas de fibra 104 y los miembros 106 que se pueden presurizar dentro del molde 102. La lamina 122 de cobertura puede tomar la forma de un material en lamina o placa que es generalmente colocado en contacto inmediato con las capas de fibra 104 durante el curado para transmitir una presion normal y proporcionar una superficie lisa en el componente acabado. En una realizacion, la lamina 122 de cobertura toma la forma de un material en lamina de tres capas, reforzado, pero puede tomar otras formas dependiendo del sistema de autoclave 100 y de otras consideraciones de diseno.

La pellcula de embolsado 124 es sellada a distintas partes del molde 102 con un agente de sellado 128. Ademas, la pellcula de embolsado 124 es sellada a bebederos o puertos 130 de presion que se extienden desde los miembros 106 que se pueden presurizar. La pellcula de embolsado 124 preferiblemente toma la forma de un material transpirable poroso de tres capas, pero puede tomar otras formas dependiendo del sistema de autoclave 100 y de otras consideraciones de diseno.

La sonda 126 funciona tlpicamente para colocar las capas de fibra 104 bajo una presion de vaclo extrayendo aire del molde 102. En otras realizaciones, sin embargo se aprecia que la sonda 126 pueda operar para aumentar la presion

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dentro del molde 102. La pellcula de embolsado 124 puede ser tambien sellada a la sonda 126 utilizando el agente de sellado 128.

La fig. 1B muestra esquematicamente el sistema de autoclave 100 que tiene un conjunto de utillaje o molde 102 de acuerdo con otra realization del invento. La realization ilustrada es sustancialmente similar a la realization previa de modo que se han vuelto a utilizar numeros similares excepto donde hay diferencias. En esta realizacion, las capa de fibra 104 son dispuestas sobre miembros 106a y 106b que se pueden presurizar que se interconectan dentro del molde 102. De nuevo y con propositos de clarificar solamente, la realizacion ilustrada muestra una superficie exterior 1 10 de los miembros 106a y 106b que se pueden presurizar como separada o espaciada de las capas de fibra 104. Sin embargo durante el montaje, se aprecia que las capas de fibra 104 son apretadas directamente sobre la superficie exterior 1 10 de los miembros 106a, 106b que se pueden presurizar.

Los miembros 106a, 106b que se pueden presurizar interconectados estan en comunicacion fluida entre si. Como se ha ilustrado, el miembro 106a que se puede presurizar incluye un primer puerto 107 de fluido que se extiende a un segundo puerto 109 de fluido del miembro 106b que se puede presurizar. Ademas, las capas de fibra 104 son dispuestas de modo que no bloqueen o interfieran con los puertos 107, 109. Cuando la presion dentro del miembro 106a que se puede presurizar es cambiada mediante el unico bebedero 130, la presion dentro del miembro 106b que se puede presurizar cambia consecuentemente debido a la interconexion de fluido. Para sellar los miembros 106a, 106b que se pueden presurizar durante la presurizacion, puede ponerse una cantidad de agente de sellado 111 alrededor del primer puerto 107 de fluido. Preferiblemente, el agente de sellado 111 es dispuesto de modo que no se extruya a las capas de fibra 104 durante la presurizacion.

La fig. 2 muestra un ejemplo ligeramente diferente para presurizar el sistema de autoclave 100, sin utilizar la pellcula de embolsado 124. En este ejemplo, la lamina 122 de cobertura es sellada contra el cuerpo 112 del molde, del molde 102 y los bebederos 130 de los miembros 106 que se pueden presurizar. Se ha apreciado que otras configuraciones del sistema de autoclave 100 y metodos de sellar el molde 102 pueden operar de acuerdo con el invento, pero no se describiran adicionalmente en este documento con propositos de brevedad.

La fig. 3 muestra el conjunto 108 que comprende las capas de fibra 104 y los miembros 106 que se pueden presurizar. Los miembros 106 que se pueden presurizar pueden ser configurados para no ser extralbles despues de que las capas de fibra 104 y el material de la matriz inyecto o infundido es curado. La integration de los miembros 106 que se pueden presurizar con las capas de fibra 104 para hacer el componente aerotransportable puede o no ser conseguida utilizando un material de union entre ellos. Cuando se fabrican componentes aerotransportables complejos, puede ser deseable incluir los miembros 106 que se pueden presurizar como una parte permanente del componente aerotransportable. Sin embargo, el tipo de material, el tamano, y el peso de los miembros 106 que se pueden presurizar tendrla probablemente que ser controlado estrechamente para que el componente aerotransportable satisfaga los requerimientos de diseno. Por ejemplo, cuando se fabrican componentes aeroespaciales, el grosor de los miembros 106 que se pueden presurizar ayudara al peso total del componente aerotransportable. Si los miembros 106 son demasiado delgados, o si no estan hechos de un material duradero, entonces los detalles de embolsado pueden colapsarse, hendirse o explotar durante la presurizacion y el curado del conjunto 108 dentro del molde 102 (fig. 1). Adicionalmente, la presencia de los miembros 106 que se pueden presurizar en contacto con las capa de fibra 104 podia afectar a las propiedades de ingenierla del componente aerotransportable. Ademas, la resistencia mecanica, propiedades, y fiabilidad estructural del material 132 que se puede unir necesitaran ser adoptadas bajo petition para cada componente aerotransportado para minimizar e impedir preferiblemente la propagation de grietas desde el material 132 de union a las capas de fibra 104 curadas. Los miembros 106 que se pueden presurizar son preferiblemente materiales termoplasticos moldeados por soplado, TSVF o moldeados por rotation con camaras interiores o regiones volumetricas 134 que se pueden presurizar. Los miembros 106 que se pueden presurizar puede ser fabricados para tener formas complejas, contornos, y otras caracterlsticas sobre los que son dispuestas las capas de fibra 104. Cada miembro 106 que se puede presurizar incluye preferiblemente al menos una abertura o bebedero 130 para ventilar el miembro hueco 106 que se puede presurizar a presion de autoclave o a alguna otra presion "P". Presurizando o ventilando la camara interior 134, el miembro 106 que se puede presurizar es empujado contra las capas de fibra 104 sin curar para comprimir y emparedar las capa de fibra 104 entre el miembro 106 que se puede presurizar y el molde 102. Esta compresion de la capa funciona para mitigar la formation de arrugas en el componente aerotransportado. Debido a que todos los miembros funcionan al unlsono y se expanden sustancialmente de manera uniforme las capas de fibra son colocadas simultaneamente bajo tension, lo que tiende a minimizar las arrugas en el componente producido. En una realizacion, el miembro que se puede presurizar puede ser producido a partir de un tubo de titanio qulmicamente puro en el que el tubo de titanio esta formado de manera super-plastica para crear una forma compuesta de matriz metalica.

En un ejemplo, el bebedero 130 es utilizado para introducir una presion P en la camara 134 que es mayor que la presion de autoclave. Despues de presurizar y curar las capas de fibra 104, el bebedero 130 puede evacuar gases producidos en la camara. A modo de ejemplo, el bebedero 130 puede tomar la forma de un accesorio acoplado a una bomba de aire u otra fuente de presion. Ademas y dependiendo de la disposition del conjunto 108, la presurizacion y el curado de las capas de fibra 104 puede ser conseguido presurizando solamente las camaras 134 de los miembros 106 que se pueden presurizar, eliminando as! la necesidad de la pellcula de embolsado 124 descrita en la fig. 1. En un ejemplo, capas de fibra 104 impregnadas (algunas veces denominadas como pre-impregnadas) estan dispuestas sobre el miembro 106 que se puede presurizar. El uso de capas de fibra impregnadas puede eliminar la operation de inyectar o infundir material de matriz en el molde 102. En otro ejemplo, se ha utilizado un proceso de moldeo por transferencia de resina para infundir

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resina en las capas de fibra 104 y los miembros 106 que se pueden presurizar son presurizados sin ser colocados en el molde 102.

En un ejemplo, una pluralidad de miembros 106 que se pueden presurizar son acoplados puntos para estar en comunicacion fluida con un miembro 106 adyacente que se puede presurizar de tal modo que aire, un gas, o algun otro fluido pueden circular libremente a uno de los miembros 106 que se pueden presurizar y simultanea o contemporaneamente presurizar todos los miembros 106 que se pueden presurizar que estan en comunicacion fluida entre si. Un ejemplo esta descrito anteriormente con referencia a la FIGURA 1B. Las capa de fibra 104 puede ser apretadas o dispuestas con una inclination de 45 grados, lo que permite al miembro 106 que se puede presurizar expandirse considerablemente durante el proceso de curado. Preferiblemente, la disposition de las capa de fibra 104 y la configuration de los miembros 106 que se pueden presurizar cooperan para asegurar la compresion de todas las capas de fibra 104 e impedir as! arrugas durante el proceso de curado.

La fig. 4 muestra un sistema de autoclave 200 que tiene un molde 202 que comprende un cuerpo 212 de molde sin ranuras alimentadoras. En su lugar, la ranuras alimentadoras 214 estan formadas en los miembros 206 que se pueden presurizar, que estan configurados para ser extralbles de las capas de fibra 204 despues del curado. El sistema de autoclave 200 en muchos aspectos, es similar al sistema de autoclave 100 descrito anteriormente, con la unica diferencia de que la ranuras alimentadoras 214 estan formadas en los miembros 206 que se pueden presurizar. Un proposito para formar las ranuras alimentadoras 214 en los miembros 206 que se pueden presurizar es conseguir una red de distribution de material de matriz mas deseable o mas intrincada. Otro proposito para formar la ranuras alimentadoras 214 en los miembros 206 que se pueden presurizar es reducir algo de la complejidad y el coste de fabricar el cuerpo 212 del molde. Por ejemplo, cuando se forma la red de distribucion de material de matriz en el cuerpo 212 del molde, se aprecia que el esquema de apretado de las capas de fibra 104 deberla ser bien pensado cuidadosamente.

La fig. 5 muestra un componente aeroespacial 300, por ejemplo una biela de arrastre, que es un componente de trayecto de carga principal que acopla una gondola del motor al larguero posterior de un ala de un avion. Cuando el motor crea empuje, la carga es dirigida a traves de la gondola, a la biela de arrastre 300, que transfiere la carga al larguero posterior. Debido a que la biela de arrastre 300 es hueca e incluye una configuracion con el cuello hacia abajo, no ha sido posible crear este componente utilizando ninguna de las tecnologlas de compuestos reforzados con fibra conocidas, dadas las limitaciones de espacio y la geometrla de la biela de arrastre 300. Intentos para fabricar barras de arrastre 300 que no sean de materiales compuestos reforzados con fibra no han sido satisfactorios porque es diflcil unir accesorios metalicos en los extremos de las barras de arrastre 300 de material compuesto debido a que deben ser taladrados agujeros en las extremidades de la biela de arrastre 300, pero esto debilita significativamente la superficie de acoplamiento de compuesto debido al "area que queda fuera" de los agujeros taladrados.

En el ejemplo ilustrado, la biela de arrastre 300 incluye un cuerpo alargado 302 con accesorios 304 en cada extremo para unirse a la gondola y al larguero posterior, respectivamente. El cuerpo alargado 302, que incluye las partes 306 con el cuello hacia abajo, comprende capas de fibra 308 dispuestas en un miembro aerotransportado 310 que se puede presurizar. En un ejemplo, los accesorios 304 son accesorios 312 compuestos de fibra formados integralmente con el cuerpo alargado 302. En otra realization, los accesorios 304 son accesorios metalicos 314 unidos al cuerpo alargado 302.

Un metodo para producir la biela de arrastre implica obtener el miembro aerotransportado 310 que se puede presurizar y disponer las capas de fibra pre-impregnadas o sin impregnar sobre el miembro 310 que se puede presurizar. Opcionalmente, pueden emplearse ciclos de disminucion de volumen para compactar las capas embolsando bajo vaclo las capas a temperatura ambiente o una temperatura ligeramente elevada. Ademas y opcionalmente ademas, pueden ensamblarse insertos metalicos en las capas de fibra. Los insertos metalicos pueden tomar la forma de componentes de utillaje extralbles que estan enchavetados o asegurados in situ para crear una superficie controlada o pueden ser accesorios metalicos unidos in situ. Las operaciones antes mencionadas pueden ser repetidas hasta que la biela de arrastre 300 sin curar este suficientemente completa.

En un ejemplo, la biela de arrastre 300 sin curar puede ser colocada en un molde del tipo "de dos piezas articuladas" y el miembro 310 que se puede presurizar es conectado a una fuente de presion. El molde es cerrado y sellado. El miembro 310 que se puede presurizar es presurizado y sometido a energla de curado, tal como temperatura, infrarrojos, haz de electrones, radiation ultravioleta u otro proceso de curado sustancialmente equivalente. Despues del curado, la biela de arrastre 300 curada es retirada del molde, cualquier exceso de material de matriz puede ser eliminado utilizando tecnicas y procesos conocidos, y puede aplicarse un revestimiento protector de acabado o de otro tipo a la biela de arrastre 300 curada.

Como se ha descrito anteriormente, aspectos del invento permiten la fabrication de estructuras compuestas reforzadas con fibra, de forma compleja que de otro modo no podrlan ser producidas o requerirlan tecnicas de ensamblaje sustancialmente avanzadas y caras. Ademas, aspectos del invento pueden permitir la fabricacion de una estructura compuesta reforzada con fibra, de forma compleja que tiene un peso sustancialmente reducido cuando se la compara con un componente metalico similar, permitir nuevos disenos radicales y configuraciones estructurales, y puede reducir los costes de production de estructuras compuestas reforzadas con fibra de forma compleja.

Con cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente, o alguna combination de las mismas, el componente

aerotransportado puede ser producido como un unico componente monolltico o puede ser hecho en piezas o secciones que son acopladas juntas despues de que cada pieza o seccion sea presurizada y curada.

Por consiguiente, el alcance del invento no esta limitado por la descripcion de la realization preferida. En su lugar, el invento deberla ser determinado completamente por referencia a las reivindicaciones siguientes.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para fabricar una estructura compuesta (108) comprendiendo el metodo:

obtener una pluralidad de miembros (106) que se pueden presurizar cada uno con suficiente rigidez para soportar capas de fibra (104) sobre el en una forma deseada antes de su presurizacion, teniendo los miembros que se pueden presurizar una superficie exterior (110) y una superficie interior que forman una pared que define una region volumetrica (134), en donde la pluralidad de miembros que se pueden presurizar son acoplados juntos para estar en comunicacion fluida con un miembro adyacente que se puede presurizar, teniendo uno de los miembros (106) que se puede presurizar una abertura (130) para permitir la presurizacion interna de la pluralidad de miembros acoplados que se pueden presurizar;

disponer capas de fibra (104) sobre la superficie exterior (110) de los miembros (106) que se pueden presurizar, en donde cada uno de los miembros (106) que se pueden presurizar soporta las capas de fibra sobre el en una forma deseada antes de presurizacion de los miembros (106) que se pueden presurizar;

colocar las capas de fibra (104) y los miembros (106) que se pueden presurizar en un molde (102);

sellar las capas de fibra (104) dentro del molde (102) para permitir la presurizacion de las capas de fibra (104);

presurizar una superficie exterior de las capas de fibra (104) con una primera presion; y

presurizar la superficie interior de los miembros que se pueden presurizar a traves de la abertura (130) con una segunda presion (P), en donde la primera presion (P) y la segunda presion cooperan para comprimir las capas de fibra (104) entre el molde (102) y los miembros (106) que se pueden presurizar.
2. El metodo de la reivindicacion 1 en donde obtener los miembros que se pueden presurizar incluye obtener los miembros (106) que se pueden presurizar a partir del grupo consistente de miembros termoplasticos moldeados por rotacion, miembros termoplasticos moldeados por soplado, miembros metalicos formados de manera super-plastica, y miembros formados bajo vaclo de doble lamina.
3. El metodo de la reivindicacion 1 en donde sellar las capas de fibra (104) dentro del molde (102) incluye sellar una pellcula de embolsado (124) con respecto al molde (102) y con respecto a la abertura (130) de los miembros (106) que se pueden presurizar.
4. El metodo de la reivindicacion 1 en donde sellar las capas de fibra (104) dentro del molde (102) incluye aislar las capas de fibra (104) de una presion ambiente.
5. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas infundir un material de matriz en las capas de fibra (104) para impregnar eficientemente las capas de fibra (104) dentro del molde (102).
6. El metodo de la reivindicacion 5, en donde infundir el material de matriz incluye infundir una resina en forma sustancialmente llquida.
7. El metodo de la reivindicacion 1, en donde presurizar la superficie exterior de las capas de fibra (104) con la primera presion incluye someter la superficie exterior de las capas de fibra (104) a un vaclo.
8. El metodo de la reivindicacion 1, en donde presurizar la superficie exterior de las capas de fibra (104) con la primera presion incluye someter la superficie exterior de las capas de fibra (104) a una presion mayor de una atmosfera.
9. El metodo de la reivindicacion 1, en donde presurizar la superficie interior de los miembros (106) que se pueden presurizar incluye someter la superficie interior de los miembros (106) que se pueden presurizar a una presion mayor de una atmosfera.
10. El metodo de la reivindicacion 1, en donde presurizar la superficie interior de los miembros (106) que se pueden presurizar a traves de la abertura (109) incluye presurizar (P) la superficie interior de los miembros (106) que se pueden presurizar a traves de un bebedero (130).