ITTO20070773A1

ITTO20070773A1 - Procedimento per l'applicazione di un sacco a vuoto attorno ad un barile di fusoliera in materiale composito da polimerizzare.

Info

Publication number: ITTO20070773A1
Application number: IT000773A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Cacace; Gianni Iagulli
Original assignee: Alenia Aeronautica Spa
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-01
Also published as: JP5285078B2; US20100252190A1; ES2394397T3; JP2011504425A; EP2212099B1; WO2009057023A3; US8114241B2; EP2212099A2; WO2009057023A2

Description

DESCRIZIONE dell ' invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per l' applicazione di un sacco a vuoto attorno ad un barile di fusoliera in materiale composito da polimerizzare"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda l' applicazione e la sigillatura di un sacco a vuoto di polimerizzazione per grandi strutture in materiale composito aventi superfici di rivoluzione ad un asse, quali i barili di fusoliera.

Attualmente per la fabbricazione di un tronco di fusoliera di grosso diametro in materiali compositi laminati, si fa uso di nastri di fibra preimpregnati di resina, quali fibre di carbonio con resine epossidiche e grafite con resina bismaleimmidica. I nastri compositi vengono posati in automatico tramite una o più teste di erogazione di un' apposita macchina sulla superficie esterna di un mandrino avente forma di solido di rotazione intorno ad un asse dato. Le teste di erogazione della macchina e il mandrino vengono movimentati relativamente tra loro in modo tale che le teste applichino il nastro sul mandrino seguendo un movimento relativo di traslazione e rotazione rispetto all' asse del mandrino. Si forma così la pelle o "skin" di un tronco di fusoliera in laminato composito sulla superficie esterna del mandrino. Il tutto viene avvolto da un sacco a vuoto e sottoposto ad un singolo ciclo di polimerizzazione in autoclave .

La deposizione del sacco a vuoto costituisce una fase critica nel processo produttivo, per il fatto che il materiale del sacco è di per sé delicato e, essendo molto ampio per rivestire un corpo di grosse dimensioni, vi è un elevato rischio che esso venga danneggiato sia durante la fase di applicazione e sia nelle le fasi di movimentazione e manipolazione precedenti . Un sacco a vuoto standard utilizzato per la polimerizzazione di un tronco di fusoliera è composto da tre fogli separati che vengono posati in successione l'uno sull' altro. Un primo foglio, costituito da un film separatore, viene posto a contatto con il materiale composito da polimerizzare . Un secondo foglio poroso di ventilazione, detto "breather" , viene interposto tra il film ed un terzo foglio impermeabile, generalmente di nylon.

Fino ad ora per l' applicazione del sacco a vuoto sul tronco di fusoliera da polimerizzare si sono seguiti metodi che richiedono tempi lunghi, che comportano notevoli difficoltà logistiche per la manipolazione del materiale da sacco, o che consentono una scarsa precisione nel posizionamento del sacco. In certi casi il sacco viene calato dall' alto sopra il mandrino con l'utilizzo di due carri -ponte . In altri casi il materiale da sacco viene tirato e disteso manualmente sul mandrino da operatori portati da elevatori a cestello. Spesso i due lembi del sacco a vuoto vengono congiunti manualmente da un operatore che si deve sdraiare sul pavimento sotto il mandrino.

Uno scopo generale dell' invenzione è di ottimizzare l' applicazione di un sacco a vuoto su un tronco di fusoliera da polimerizzare, ed soprattutto velocizzare tale processo, rendendolo affidabile e industrialmente competitivo. Altri scopi particolari dell ' invenzione sono di :

garantire l ' integrità del materiale del sacco a vuoto durante la sua manipolazione per assicurare la tenuta del vuoto;

facilitare il posizionamento corretto del sacco a vuoto per scongiurare rotture del sacco durante la pressurizzazione in autoclave (ad esempio si deve evitare il cosiddetto bridging) ;

rendere raggiungibili dagli operatori, in maniera ergonomica e sicura, i percorsi di sigillatura del sacco sull 'attrezzo.

Un ulteriore scopo dell' invenzione è di predisporre il materiale del sacco a vuoto in modo tale da facilitare il conseguimento dei suddetti scopi .

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo l ' invenzione da un procedimento come definito nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferenziali dell ' invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti .

In estrema sintesi, secondo l' invenzione, la stessa rotazione del mandrino attorno al proprio asse di rotazione, che sostanzialmente coincide con l' asse di rivoluzione del barile di fusoliera da polimerizzare disposto sul mandrino e che va coperto dal sacco a vuoto, automaticamente preleva da un contenitore il materiale del sacco e gradualmente lo avvolge attorno alla superficie del barile . Il sacco a vuoto viene progressivamente applicato e sigillato attorno al corpo.

Verrà ora descritta una forma di attuazione preferita ma non limitativa dell ' invenzione . Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui :

la figura 1 è una vista prospettica di un mandrino sulla cui superficie esterna è stato formato un barile di fusoliera in materiale laminato composito da pol imeri zzare ;

la figura 2 è una vista frontale del mandrino della figura 1 e di una struttura per l ' implementazione dell ' invenzione ;

la figura 3 è una frontale schematica, simile alla figura 2 , che illustra una fase di applicazione di un materiale da sacco sul barile di fusoliera;

la figura 4 illustra schematicamente il materiale da sacco secondo l' invenzione;

la figura 5 è una vista schematica del prelievo del materiale da sacco da un carrello; e

le figure 6 e 7 sono viste schematiche che illustrano l' applicazione di un materiale da sacco rispettivamente per una sezione di barile di fusoliera cilindrico e per una sezione semicilindrica .

Nonostante la descrizione che segue verrà fatta in via esclusiva con riferimento alla produzione di un tronco di fusoliera o barile di forma complessivamente cilindrica o semicilindrica, resta inteso che l ' invenzione è utilizzabile in generale per l ' applicazione del sacco a vuoto su strutture di grandi dimensioni in composito ed aventi superfici di rivoluzione ad un asse, come mantelli cilindrici , o rastremati , conici , a seconda delle necessità.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con 10 è indicato un mandrino la cui superficie esterna ha sostanzialmente la forma di un solido di rotazione intorno ad un asse centrale longitudinale x. Nell' esempio illustrato nei disegni , la superficie esterna del mandrino è cilindrica per la fabbricazione di un tronco o sezione mediana della fusoliera di un velivolo. Il mandrino 10 è supportato alle estremità opposte in modo girevole attorno all ' asse x mediante supporti conici 13. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni , i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali "longitudinale" e "assiale" si intendono riferiti all ' asse di rotazione centrale x del mandrino.

Nastri di fibra preimpregnati di resina vengono depositati in automatico sulla superficie esterna del mandrino mediante le teste erogatrici di una speciale macchina (non illustrata) , fino ad ottenere la pelle o "skin" di un barile o tronco di fusoliera 11 in laminato composito non polimerizzato . I dettagli relativi alla formazione del barile laminato non sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell ' invenzione e non verranno pertanto descritti . Basterà qui ricordare il fatto che la deposizione dei nastri avviene facendo ruotare il mandrino attorno all' asse x e facendo contemporaneamente traslare in direzioni assiali le teste erogatrici di nastro in modo coordinato con la rotazione del mandrino. Il mandrino può essere ruotato in entrambi i sensi di rotazione mediante due rotomotori 12 (uno solo dei quali è illustrato nella figura 2) posti alle ,due estremità opposte del mandrino .

Nella figura 2 con 20 è indicata nel suo insieme una struttura di sostegno statica simile ad un' impalcatura disposta attorno al mandrino. La struttura 20 permette agli operatori di essere sostenuti ad altezze diverse per effettuare diverse operazioni di sigillatura del sacco a vuoto attorno al barile laminato sul mandrino. A fianco di ciascuna delle estremità assiali del mandrino la struttura 20 presenta una rispettiva piattaforma 21 a livello della sommità del mandrino; lungo almeno uno dei due lati longitudinali opposti , la struttura 20 prevede una piattaforma longitudinale 22 ad un livello intermedio qui definito equatoriale . Nell ' esempio della figura 2 la struttura 20 ha due piattaforme longitudinali opposte e parallele che corrono a fianco dei lati longitudinali opposti del mandrino .

A fianco del mandrino viene collocato un carrello 23 allungato nella direzione longitudinale e orientato parallelamente all ' asse longitudinale del mandrino . Nel carrello è predisposto, in condizione pieghettata a Z o arrotolata, il materiale da sacco 30. Il materiale atto a costituire il sacco a vuoto è predisposto in forma di kit pre-assemblato, e comprende un singolo foglio multistrato atto ad essere applicato in un unico step, come descritto più avanti . Il foglio 30 è costituito da tre strati sovrapposti , uniti tra loro mediante adesivo o biadesivo. I tre strati corrispondono rispettivamente agli strati tradizionalmente applicati in successione uno sull ' altro, e includono uno strato più interno 31 di film separatore (o "release film" ) , atto a contattare il materiale composito da polimerizzare, uno strato intermedio 32 poroso di ventilazione o "breather" , e uno strato esterno di nylon 33. La larghezza o dimensione trasversale del foglio corrisponde alla lunghezza o dimensione longitudinale del barile di fusoliera e del relativo mandrino .

Il foglio multistrato da sacco viene poi prelevato dal carrello e dispiegato mediante manine di presa distribuite in senso longitudinale e facenti parte di una braga 40 o altro dispositivo di afferramelo sollevabile verticalmente . Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 4 e 5 , il foglio da sacco è fissato, lungo un suo lembo, ad un tubo 34 che può essere stabilmente afferrato da una serie di manine di presa 41 longitudinalmente distanziate lungo il tubo 34 e sollevato a fianco del mandrino. Il movimento di sollevamento della braga 40 è indipendente dal movimento rotatorio del mandrino .

Il mandrino 10 con gli associati roto-motori 12 ed il barile composito da polimerizzare 11 viene accostato o introdotto all' interno della struttura 20. Qui la braga 40 solleva il foglio multistrato 30 fino a portare un primo lembo 30a del foglio 30 a livello della piattaforma equatoriale . Quindi l ' operatore attacca il lembo 30a al mandrino, nell ' esempio della figura 3 applicando una striscia orizzontale di mastice sigillante 35 per tutta la larghezza del foglio. Poi si taglia trasversalmente il foglio al di sopra della linea di sigillatura . Dopodiché si azionano i roto-motori 12, facendo così ruotare lentamente il mandrino attorno al suo asse longitudinale. Per effetto della rotazione del mandrino, il foglio 30 viene prelevato dal contenitore 23 e gradualmente avvolto attorno alla superficie del barile 11. Durante la rotazione, operatori posti sulle piattaforme superiori 21 o alle estremità opposte di una o entrambe le piattaforme longitudinali 22 provvedono alla progressiva sigillatura dei bordi di estremità assiali opposte 3 Od del foglio multistrato sul mandrino. La rotazione lenta e continua del mandrino prosegue fino ad assicurare la completa copertura dell' area da porre sotto sacco e quindi consisterà in una rotazione di 360° per mantelli di rivoluzione chiusi (figura 6) ovvero inferiore a 360° per mantelli aperti (figura 7) . Infine si sigilla il secondo lembo 30b del foglio multistrato mediante applicazione di una striscia trasversale di mastice sigillante 38. A seconda della geometria del barile, il mastice 38 viene applicato o sulla superficie esterna dello stesso foglio già depositato, coprendo il primo lembo 30a (figura 6) , oppure sulla superficie esterna del mandrino (figura 7) .

Facendo ancora riferimento alla figura 4 , nella forma di attuazione preferita dell' invenzione almeno il lembo di chiusura 30b del foglio multistrato è costituito dal solo strato di nylon 33 , in modo tale che, come illustrato nelle figure 6 e 7, il sigillante agisce contro questo strato più impermeabile, assicurando una migliore tenuta all ' aria. Nella figura 6 è illustrata l' applicazione del sacco a vuoto multistrato attorno ad una sezione chiusa di fusoliera, costituita da un barile cilindrico. Qui la sigillatura del primo lembo 30a applicato al composito può anche avvenire mediante la semplice applicazione di nastro adesivo 36 in punti discreti, effettuando poi la sigillatura finale del secondo lembo 30b mediante la striscia trasversale di mastice 38, ottenendo così una sigillatura tra due strati impermeabili (nylon su nylon) . Per l' applicazione del sacco a vuoto attorno ad una sezione aperta di fusoliera, avente forma semicilindrica come illustrato nella figura 7, è invece preferibile predisporre un breve tratto di nylon scoperto anche per il lembo che viene applicato per primo contro il mandrino. A questo scopo il foglio viene tagliato trasversalmente lungo la linea indicata dalla freccia 37 in figura 4 , immediatamente a valle di un passante di solo nylon 33 c chiuso attorno al tubo di presa 34 per vincolare a questo il capo del foglio da sollevare mediante la braga.

Come si potrà apprezzare, l' avvolgimento del materiale da sacco attorno al barile di fusoliera è effettuato in modo agevole, regolare e sicuro grazie al movimento di rotazione dello stesso mandrino su cui il barile è stato laminato. Mentre il mandrino ruota gli operatori possono sigillare con cura i bordi 30d alle estremità assiali opposte del foglio. Durante la stessa rotazione gli operatori possono verificare che la deposizione del materiale da sacco avvenga in modo corretto, con la possibilità di intervenire manualmente per adattare meglio il sacco al barile, senza assumere posizioni scomode o pericolose . Si è sperimentato che rispetto alla tecnica nota, il procedimento secondo l' invenzione consente di dimezzare i tempi complessivi per l ' applicazione e la sigillatura del sacco a vuoto.

Si intende che l ' invenzione non è limitata alle forme di attuazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi di implementazione dell ' invenzione, e che è invece suscettibile di modifiche relative a forme, dimensioni, dettagli strutturali e funzionali . L' invenzione è utilizzabile in generale per qualsiasi componente in composito avente la superficie esterna prossima a quella di un solido di rivoluzione ad un asse (cilindri, tronchi di cono, paraboloidi , ellissoidi, ecc . ) . Infine si apprezzerà che l' invenzione è applicabile anche per la fabbricazione di prodotti diversi da quelli precedentemente citati, ad esempio serbatoi, silos, razzi, missili, etc .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l ' applicazione di un sacco a vuoto attorno ad un corpo in materiale composito da polimerizzare quale un barile di fusoliera (11) formato per laminazione su almeno una parte della superficie esterna di un mandrino (10) avente forma di solido di rotazione intorno ad un asse longitudinale (x) , caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di : a) predisporre, a fianco di detta superficie del mandrino, un materiale da sacco in forma di foglio (30) di larghezza trasversale corrispondente alla lunghezza longitudinale del barile (11) , b) attaccare o sigillare un primo lembo trasversale (30a) del foglio sulla superficie esterna del barile (11) o del mandrino ( 10) , cl) far ruotare il mandrino (10) attorno a detto asse (x) , così da avvolgere il foglio (30) attorno al barile (11) , c2 ) sigillare bordi di estremità assiali opposte (3 Od) del foglio (30) sul mandrino (10) mentre il mandrino (10) ruota attorno a detto asse (x) , e d) sigillare un secondo lembo trasversale (30b) del foglio su detta superficie esterna del barile (11) o del mandrino .
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il foglio (30) è un singolo foglio multistrato costituito da tre strati sovrapposti : uno strato più interno (31) di film separatore, atto a contattare il materiale composito da polimerizzare, uno strato intermedio (32) poroso di ventilazione, e uno strato esterno impermeabile (33) .
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che i tre strati (31 , 32 , 33) sono uniti tra loro mediante adesivo o biadesivo .
4. Procedimento secondo la rivendicazione 2 o 3 , caratterizzato dal fatto che almeno il secondo lembo trasversale (30b) del foglio (30) è costituito solo dallo strato esterno impermeabile (33) .
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4 , caratterizzato dal fatto che anche il primo lembo trasversale (30a) del foglio è costituito solo dallo strato esterno impermeabile (33) .
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in dette fasi cl) e c2) i bordi di estremità assiali opposte (30d) del foglio sono sigillati progressivamente mentre il mandrino ruota per av volgere il foglio attorno al barile, e che dette fasi cl) e c2) sono effettuate contemporaneamente .
7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase a) include la fase di predisporre, in adiacenza al mandrino (10) , una struttura statica (20) di sostegno simile ad un' impalcatura, dove la struttura (20) comprende almeno una piattaforma longitudinale (22) che si estende parallelamente alla superficie esterna del mandrino e vicino ad essa, sostanzialmente per tutta la lunghezza longitudinale del mandrino.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la struttura (20) comprende due piattaforme longitudinali opposte e parallele (22) che corrono a fianco dei lati longitudinali opposti del mandrino, sostanzialmente per tutta la lunghezza longitudinale del mandrino.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che almeno una piattaforma longitudinale (22) della struttura (20) è collocata ad un livello a circa metà altezza del mandrino (10) in modo tale da consentire ad un operatore di raggiungere manualmente una zona mediana della superfide esterna del barile di fusoliera sul mandrino .
10. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la struttura (20) comprende inoltre, a fianco di ciascuna delle estremità assiali del mandrino (10) , una rispettiva piattaforma (21) a livello della sommità del mandrino.
11. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase a) include la fase di predisporre, a fianco del mandrino (10) un carrello (23) allungato nella direzione longitudinale e orientato parallelamente all' asse longitudinale del mandrino, dove il carrello contiene il foglio (30) ordinatamente piegato o arrotolato.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase b) è preceduta dalla fase di sollevare verticalmente, mediante un dispositivo di presa e sollevamento (40, 41) azionabile indipendentemente dal mandrino, il primo lembo (30a) del foglio, così da disporre questo lembo a fianco della superficie esterna del barile (11) ad un livello prossimo a quello dell' asse di rotazione (x) del mandrino.
13. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase c) è preceduta dalla fase di tagliare trasversalmente il foglio (30) al di sopra della linea di sigillatura o di attacco del primo lembo trasversale (30a) del foglio sulla superficie esterna del barile (11) o del mandrino (10) .
14. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nelle fasi cl) e c2) il mandrino viene fatto ruotare mediante gli stessi mezzi di azionamento (12) utilizzati per far ruotare il mandrino attorno a detto asse (x) nella precedente fase di formazione del barile (11) mediante deposizione di nastri compositi sulla superficie esterna del mandrino.