用於製造纖維複合網格結構的裝置、系統、和方法

2023-05-29 16:21:36

專利名稱：用於製造纖維複合網格結構的裝置、系統、和方法
用於製造纖維複合網格結構的裝置、系統、和方法 相關申請的交叉參考本申請要求由DavidW. Jensen等人於2005年8月16日提交的名稱為 "用於製造纖維纏繞網格結構的裝置、系統、和方法"的美國臨時專利申請 號60/708,558的權益，該申請通過引證結合在此。發明背景 發明領域本發明涉及纖維複合網格結構的製造，更具體地說涉及利用一個織造 部件、 一個形狀定義部件、以及一種固化組分的複合網格結構的自動化製造。相關技術描述在民用、機械、和航空領域中尋求構造上有效的結構是一種不斷的追 求。 一個高效的桁架結構是具有一個高的強度重量比和/或者一個高的剛度 重量比的結構。 一個高效的街架結構也可描述為是一種相對便宜、易於生 產和組裝、並且不浪費材料的結構。先進的複合結構已經在許多類型的應用中得到使用以創建構造上有 效的結構。某些此類複合結構已經用於創建具有增強的單位質量負荷能力 並且能夠承受多重負載的結構構件。這些複合結構的一個實例是在一個網 格結構中附裝多重的、直構件的一種纖維複合結構，例如IsoTruss。這些纖維複合網格結構可以在多平面彎曲、壓曲、軸向加載、以及組 合載重和扭矩應用中提供出色的重量性能比，並且因此很有價值。然而， 利用現有的方法製造這些結構是勞工密集的、耗時的、並且昂貴的。造纖維複合網格結構的一種裝 置、系統、和方法的需求。有利地，這樣一種裝置、系統、和方法會使制 造纖維複合網格結構的過程自動化並減少與現有的製造這樣結構的方法 相關的成本。發明概述本發明是針對於目前的技術發展水平的要求而開發的，並且特別針對 於那些通過當前可供利用的製造纖維複合網格結構的方法的技術仍未能完全解決的問題和需求。因此，本發明的開發提供了克服本領域中上述討 論的很多或全部缺點的、用於製造纖維複合網格結構的一種裝置、系統、 和方法。製造纖維複合網格結構的裝置配備有多個模塊，這些模塊被配置為用 於在功能上執行織造纖維複合網格結構、限定該纖維複合網格結構的形 狀、以及從一個織造機構傳送該纖維複合網格結構到一個形狀保持結構的 必要步驟。在描述的實施例中這些模塊包括配置為用於在一個網格結構中 將纖維定位的一個織造機構、配置為將這些纖維保持在網格結構中的 一個形狀保持結構、以及配置為用於從該織造機構將纖維傳輸到該形狀保持結 構的一個傳送裝置。在一個實施例中，該裝置進一步包括配置為用於使樹脂固化在保持在 該形狀保持結構中的纖維上的一個固化裝置。在另一個實施例中，該裝置 進一步包括配置為用於將樹脂塗敷到纖維複合網格結構中的纖維上的一 個樹脂浸漬裝置。在一個進一步的實施例中，該裝置包括配置為用於向纖 維複合網格結構施加一個軸向力的一個牽引裝置。在一個實施例中，該裝置的織造機構包括多個角齒輪，這些角齒輪被 配置為用於移動一個攜帶跨越該織造機構表面的纖維的繞線管。在一個進 一步的實施例中，在該多個角齒輪中的一個或多個是由相鄰的一個或多個 角齒輪上的一個正齒輪來驅動，這樣附裝在多個角齒輪之一上的一個電機驅動該多個角齒輪。在另一個實施例中，通過一個單獨的電機驅動該多個 角齒輪中的一個或多個。在一個實施例中，該裝置的織造機構進一步包括一個或多個開關，這 些開關配置為用於將繞線管從該多個角齒輪中的 一個傳輸到該多個角齒 輪中的臨近的一個上。在另一個實施例中，該多個角齒輪中的一個或多個 進一步包括一個開孔，該開孔配置為允許一個纖維穿過其中。在又一個實 施例中，該多個角齒輪中的一個或多個進一步包括一個齒輪組件，該組件 配置為從該織造機構上單獨地移除。同樣提出本發明的 一個用於製造纖維複合網格結構的系統。該系統可 以實施為一個織造機構、 一個形狀保持結構、和一個控制模塊。特別地， 在一個實施例中，該系統包括配置為用於將纖維定位在一個網格結構中的 一個織造機構、配置為利用一個或多個附著機構將纖維保持在網格結構中 的一個形狀保持結構、以及配置為控制該織造機構並引導纖維在網格結構 中定位的一個控制模塊。在一個實施例中，在系統中的一個或多個附著機構可以進一步包括一 個或多個鉤子，該鉤子配置為用於將網格結構保持在一個希望的構形中。 在另一個實施例中，該一個或多個附著機構包括一個或多個伺月良機構，它 們配置為用於網格結構保持在一個希望的構形中。在一個實施例中，該一個或多個附著機構的相對位置是可變的，這樣 在由系統製造的一個纖維複合網格結構中的一個間隔長度是可調整的。在 另一個實施例中，該一個或多個附著機構的相對位置是可變的，這樣由系 統製造的一個纖維複合網格結構的直徑是可調整的。在一個實施例中，該系統包括一個或多個附著機構，當該系統製造一 個纖維複合網格結構時該附著機構相對於織造機構移動從而連續地製造 該纖維複合網格結構。在另一個實施例中，該形狀保持結構是彎曲的這樣 由系統製造的纖維複合網格結構是彎曲的。同樣提出本發明的 一個用於製造纖維複合網格結構的方法。在公開的的功能所必需的步驟。在一個實施例中，該方法包括由一個織造機構使纖 維定位以構成一個網格結構、在組裝的網格結構中將纖維傳輸到 一個形狀 保持結構、和在形狀定義部件中約束該已組裝的網格結構的幾何形狀。在一個進一步的實施例中，該方法包括在組裝的網格結構中使樹脂固 化。在另一個實施例中，該方法可以包括利用一個牽引裝置拉緊這些纖維。貫穿本說明書所提及的特徵、優點、或相似的語言並不暗示利用本發 明可以實現的所有這些特徵和優點應該是或就是在本發明的任何單獨的 實施例中。相反，提及這些特徵和優點的語言應理解為表示為對於一個實 施例所描述的一個確切的特徵、優點、或特性是包含在本發明的至少一個 實施例中。因此，貫穿本說明書的這些特徵和優點、以及相似語言的討論 可以，^旦並非必須，涉及同一實施例。另外，所描述的本發明的特徵、優點、和特性可以按任何適合的方式 結合在一個或多個實施例中。相關領域熟練的技術人員應該認識到本發明 的實施可以沒有一個特定實施例的一個或多個特定的特徵或優點也可以。 在其他情況下，在某些實施例中可能認出附加的特徵和優點，它們也許不 存在於本發明的所有實施例中。本發明的這些特徵和優點在下面的描述和附著的權利要求中將會變 得更加清晰，或者可以通過實施以下給出的本發明而領會。附圖簡述為使本發明的優點易於理解，將參考在附圖中展示的特定實施例來提 供以上簡述的本發明的一個更加具體的描述。應理解這些附圖僅僅描述了 本發明典型的實施例並因此不得理解為是對本發明範圍的限制，通過利用附圖將會用額外的詳情和細節來描述和解釋本發明，其中

圖1 M示根據本發明的用於製造纖維複合網格結構的系統的一個實 施例的示意性框圖；圖2 l艮示根據本發明的用於製造纖維複合網格結構的裝置的一個實 施例的側視圖；圖3是展示根據本發明的織造機構裝置的一個實施例的正視圖；圖4是展示根據本發明的織造機構的一個實施例的正視圖；圖5 M示根據本發明的齒輪組件裝置的一個實施例的剖面側視圖； 圖6是展示根據本發明的繞線管攜帶裝置的一個實施例的側視圖；圖7是展示根據本發明的形狀保持結構裝置的一個實施例的側視圖； 圖8是展示根據本發明的轉換裝置的一個實施例的側視圖；以及圖9是展示根據本發明的纖維複合網格結構製造方法的一個實施例的 示意性流程圖。發明詳述為更加突出地強調功能單元的實施獨立性，本說明書中描述的許多功 能單元已經標註為模塊。例如， 一個模塊可以實施為一個或多個機械部件 的組件，包括慣用VLSI電路或門陣列的一個硬體電路，諸如邏輯晶片、 電晶體、或其他分立元件的現成半導體器件。 一個模塊也可以實施於可編 程^/f牛裝置中，例如現場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯裝 置或類似物。模塊也可在由各種類型的處理器執行的軟體中實施。例如， 一個可執 行代碼的已識別的模塊可以包括一個或多個物理的或邏輯的機器指令塊， 例如，它們可以組合為一個目的、過程、或功能。儘管如此， 一個已識別 的模塊的多個可執行部分不必物理上地放在一起，而是可以包括存儲在不 同位置的相異的指令，當在邏輯上聯合到一起時，這些指令就構成了該模 塊並實現為該模塊設定的目的。的確，可執行代碼的一個模塊可以是一個單獨的指令，或者是許多指 令，並且甚至可以在幾個不同的代碼^爻中、在不同的程序之間、以及i 爭越 幾個存儲裝置而分布。類似地，在模塊中可以識別和展示可操作的數據， 並它們能夠以任何合適的形式來實現以及在任何合適的數據結構類型中 進行組織。可操作數據可以作為一個單獨的數據集來收集，或者可以分布在包含不同的存儲裝置的不同位置上，並且可以至少部分地在一個系統或 網絡中僅僅作為電信號存在。貫穿本說明書所提及的"一個實施例"、"一種實施例"、或者相似的語 言是指與該實施例相關而描述的一個特定的特徵、結構、或特性是包括在 本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書出現的短語"在一個實施 例中"、"在一種實施例中"、以及相似的語言可以，但並非必須，全都涉及 同一個實施例。涉及的信號承載介質可以具有任何在一個數字處理裝置上能夠產生 信號、導致信號生成、或促使執行可用計算機處理的指令程序的形式。一 個信號承載介質可以實現為一根傳輸線、 一個光碟、數字視頻盤、 一個磁帶、 一個Bernoulli驅動器、 一張^磁碟、 一個穿孔卡、快閃記憶體、集成電i 各、或 者其他數字處理裝置的存儲裝置。另外，所描述的本發明的特徵、結構、或特性可以任何合適的方式結 合在一個或多個實施例中。在下面的描述中，提供很多具體的細節，例如 程序設計、軟體模塊、用戶選擇、網絡業務、資料庫查詢、資料庫結構、 硬體模塊、硬體電路、硬體晶片等等，以此提供一個對本發明諸實施例的 透徹的理解。然而，相關領域熟練的技術人員應該認識到實施本發明可以 不利用該具體細節的一個或多個，或者用其他的方法、組件、材料等等。 在其他情況下，未示出或詳述一些眾所周知的結構、材料、或操作以避免 混淆了本發明的重要方面。一個複雜的複合結構的製造的一些基本特徵在2004年12月9日公開 的美國專利公開號No.US2004/0247866Al中予以描述，該文件通過引用 結合在本文中。圖1展示用於製造一個網格結構的一個系統100。在一個實施例中， 該系統100可以包括一個網格結構製造裝置102、 一個織造機構104、 一 個轉換裝置106、 一個形狀保持結構108、 一個樹脂浸漬裝置110、 一個固 化裝置112、 一個牽引裝置114、以及一個控制模塊116。該系統110從纖 維製造一個網格結構。在一個實施例中，網才各結構製造裝置102包括一個織造機構104、 一 個轉換裝置106、 一個形狀保持結構108、 一個樹脂浸漬裝置110、 一個固 化裝置112、以及一個牽引裝置114。該織造才幾構104引導組成該網格結 構的多根纖維的相對位置。在一個實施例中，該織造機構104可織造多根 纖維。在另一個實施例中，該織造機構104可以編結多根纖維。在又一個 實施例中，該織造機構104可以將一根或多跟纖維相互纏繞。
本領域的技術人員應該認識到，該織造機構104的各種構造應認為是 在本發明的範圍之內。例如，在一個實施例中，該織造機構104可以在網 格結構的接合點上使纖維交織，這些接合點可以比非交織的接合點更堅固 和耐用。在另一個實施例中，該織造機構104可以圍繞網格結構的直元件 纏繞纖維以幫助加固纖維。在又一個實施例中，該織造機構104可以有能 力將纖維安排到多個網格構造中，例如IsoTrusses、矩形網格結構桁架、 扁平網4各結構面板、以及類似物。
在一個實施例中，轉換裝置106將來自織造機構104的纖維引導到形 狀保持結構108上。該轉換裝置106可以包括多個鉤子、扣鉤、引導件、 或者類似物。該轉換裝置106用以確保纖維恰當地轉換到一個正確的幾何 形狀之中。
在一個實施例中，形狀保持結構108從轉換裝置106接收纖維並以恰 當的形狀為網格結構保持這些纖維。該形狀保持結構108約束網格結構的 幾何形狀並在結構的固化過程中維持該幾何形狀。該形狀保持結構108可 以構形為在一個網格結構形成時連續地操作，釋放已經固化的結構部分， 並從轉換裝置106接收另外的未固化的網格結構部分。在一個實施例中， 該形狀保持結構108可以包括多個鉤子、扣鉤、夾子、或者類似物，它們 保持在一個框架中的並且連接到網格結構上。
本領域的技術人員應該認識到形狀保持結構108的多種構造應認為是 在本發明範圍之內。例如，在一個實施例中，該形狀保持結構108可以包 括一個心軸。在另一個實施例中，該形狀保持結構108可以包括一個整體 的轉換裝置106。在另一個實施例中，該形狀保持結構108可以包括約束 網格結構的幾何形狀的多個機器臂。在又一個實施例中，該形狀保持結構108可以包括一個框架，該框架具有一個可變幾何形狀，這樣可使網格結 構彎曲。
樹脂浸漬裝置110在網格結構中的纖維上塗敷樹脂。該樹脂稍後被固 化並作為一個基質將纖維保持在位置上。在一個實施例中，該樹脂浸漬裝 置110將樹脂噴灑到保持在形狀保持結構108中的纖維上。
在另一個實施例中，樹脂浸漬裝置110在織造機構104中的纖維上塗 敷樹脂。在又一個實施例中，該樹脂浸漬裝置將樹脂塗敷到在轉換裝置106 中的纖維上。在另一個實施例中，用樹脂預先浸漬纖維(預浸)並且不包 括樹脂浸漬裝置110。在一個實施例中，固化裝置112使由形狀保持結構 108保持的網格機構中的樹脂固化。該固化裝置112可以在網格結構進行 組裝時連續地固化網格結構中的樹脂。在一個實施例中，該固化裝置112 可以包括一個熱固化裝置。
正如本領域的技術人員所能認識到，可以實施固化裝置112的多種類 型和構造而不偏離本發明的範圍和精神。例如，在一個實施例中，該固化 裝置112可以使用一種微波固化裝置。在另一實施例中，該固化裝置112 可以使用一種紫外線(UV)固化裝置。在又一個實施例中，該固化裝置 112可以在網格結構中使樹脂全面地固化。在另一個實施例中，該固化裝
在一個實施例中，牽引裝置114在網格結構上施加一個軸向力。該軸 向力可以通過網格結構轉移到織造機構104中的纖維上。隨著該結構逐步 地進行組裝，通過該牽引裝置114生成的軸向力從網格結構製造裝置102 中將網格結構拉出，並在組裝網格結構時在纖維上保持適當的張力。在一 個實施例中，該牽引裝置114包括帶有連接到網格結構的一根纜繩的一個 電才幾驅動絞盤。
本領域的技術人員應該認識到可以實施牽引裝置112的多種類型和構 造而不偏離本發明範圍和精神。例如，在一個實施例中，該牽引裝置112 包括附加到與網格結構連接的纜繩上的一個配重。在另一個實施例中，該 牽引裝置112包括由形狀保持結構108施加的並施加到網格結構上的張 力。在一個實施例中，控制模塊116提供對網格結構製造裝置102的各種 部件的控制。該控制模塊116可以包括一個配置在軟體代碼中的計算裝置 以便控制織造機構104、轉換裝置106，形狀保持結構108、樹脂浸漬裝置 110、固化裝置112、和/或者牽引裝置114的運動和動作。在一個實施例 中，該控制模塊116可以配置為允許一個用戶選擇或設計一個網格結構的 幾何形狀、調整網格結構製造裝置102的部件以創建該結構、並且在創建 所希望的結構時控制該網格結構製造裝置102的部件的動作。
圖2展示了製造纖維複合網格結構的一個裝置200的一個實施例的側 視圖。該裝置200可以包括一個織造機構104、 一個轉換裝置106、 一個 形狀保持結構108、 一個固化裝置112、以及一個牽引裝置114。同樣展示 了多根纖維202和一個網格結構204。該裝置200用纖維織造一個網格結 構。織造機構104、轉換裝置106、形狀保持結構108、固化裝置112、以 及牽引裝置114在功能上相似於以上對於圖1討論的相同編號的要件。
在一個實施例中，多根纖維202包括由裝置200構成網格結構的纖維。 這些纖維202可以是任何用來製作複合結構的纖維，例如碳、芳族聚醯胺、 玻璃纖維，或類似物。在一個實施例中，這些纖維202在進入裝置200之 前浸漬了樹脂。在另一個實施例中，該纖維202在進入裝置200之前不浸
漬樹脂。
網格結構204通過裝置200從多個纖維202構成。在一個實施例中， 該網格結構204可以是一個IsoTruss結構。在另 一個實施例中，該網格結 構204可以是一個具有矩形橫截面的網格結構街架。在又一個實施例中， 該網格結構204可以是一個扁平網4各結構面板。在另一個實施例中該，網 格結構204可以是一個彎曲的網格結構。在另一個實施例中，該網格結構 204可以是一個有錐度的網格結構。
圖3展示了一個織造機構300的實施例的一個前視圖。該織造機構300 包括多個角齒輪(horngear) 302、以及一個或多個繞線管承載件304。該 織造機構300在跨越織造機構300面的一個路徑上傳送一個或多個繞線管 承載件304,以便將纖維定位在一個網格結構中。本領域的技術人員會認識到，包括任何數量的角齒輪302和以任何形狀進 行安排的織造機構300的變體均應認為是在本發明範圍和精神之內。圖1 展示了一個織造機構300包括16個安排在一個正方形面板中的角齒輪 302。在另一個實施例中，織造機構300可以包括幾百個角齒輪302。在另 一個實施例中，這些角齒輪302可以安排在跨越織造機構300的面的一個
圓圏中。
在一個實施例中，多個角齒輪302各自包括一個或多個槽口 306、 一 個開孔308、以及一個旋轉軸310。每個角齒輪302圍繞其旋轉軸310旋 轉並可以在一個槽口 306中攜帶一個繞線管承載件304。 一個角齒輪302 可以將一個繞線管承載件304傳送到一個臨近的角齒輪302。 一個繞線管 承載件304的傳送可以響應於具有對準的槽口 306的兩個角齒輪302以及 一個開關(未示出)方向而發生。通過這些傳送， 一個繞線管承載件304 可以沿著一條跨越織造機構300的表面的路徑而行進。
相鄰的角齒輪302相同的速率旋轉，但是在相反的方向。在另一個實施例 中，每個角齒輪302的旋轉是獨立控制的。該多個角齒輪302可以由一個 或多個電機驅動。
該多個角齒輪302可各自包括在旋轉軸線310上的一個開孔308。 一 根或多根纖維可以穿過該開孔308然後結合到網格結構之中。在一個實施 例中，穿過開孔308的纖維構成了網格結構的縱向構件。穿過開孔308的 纖維可以通過網格結構的前進通過開孔308被拉動。
在一個實施例中，該一個或多個繞線管承載件304在它們穿過織造機 構300時各自可以攜帶一個纖維繞線管。纖維可以從該繞線管拉出並通過 繞線管承載件304的運動和網格結構的前進而安排進入網格結構。當繞線 管承載件304跨織造機構300移過時，纖維可以被編結、織造、和/或者彼 此纏繞。
圖4展示了 一個織造機構400的實施例的一個正視圖。該織造機構400 包括多個角齒輪302、 一個或多個繞線管承載件304、和一個或多個開關402。該織造機構400在跨越織造機構400的面的一個路徑上傳送該一個 或多個繞線管承載件304,以便將纖維定位到一個網格結構中。
在一個實施例中，該多個角齒輪302和該一個或多個繞線管承載件304 優選地配置為與以上關於圖3說明的相似編號的部件類似的方式。該一個 或多個開關402在角齒輪302之間引導繞線管承載件304的傳輸。在一個 實施例中，這些開關402位於角齒輪302之間的界面處。
在一個實施例中，該一個或多個開關402包括一個可變幾何形狀的引 導件，它在一個傳送狀態和一個連續狀態之間進行切換。在傳送狀態中橫 穿一個開關402的繞線管承載件304被傳送到相鄰的角齒輪302。在連續 狀態中橫穿一個開關402的繞線管承載件304繼續在它當前的角齒輪302 上行進。
該一個或多個開關402可以由一個螺線管在一個傳送狀態和一個連續 狀態之間進行切換。在另一個實施例中，該一個或多個開關402可以由一 個電機進行切換。在另一個實施例中，該一個或多個開關402可以氣動地 進行切換。
圖5展示了 一個齒輪組件500的一個實施例的側視截面圖。該齒輪組 件500包括一個角齒輪302、 一個織造機構表面502、 一根軸504、以及一 個驅動齒輪506。該齒輪組件500控制在織造機構中的角齒輪302的旋轉。
在一個實施例中，角齒4侖302包4舌一個開孔308和一個旋轉軸310。 該角齒輪302、開孔308和旋轉軸310優選地配置為與以上關於圖3說明 的相似編號的部件類似的方式。該角齒輪302圍繞旋轉軸310旋轉並且可 以跨越織造機構300攜帶一個或多個繞線管承載件304。
在一個實施例中，織造機構表面502為繞線管承載件提供了進行滑動 的表面。在一個實施例中，將該織造機構表面502被分割成段以便每個齒 輪組件500可以從織造機構移除以便養護和修理。該齒輪組件500可以滑 向角齒輪302以便移除。在另一個實施例中，齒輪組件500可以滑向驅動 齒輪506以便移除。在又一個實施例中，分段的織造機構表面502可以通 過一個緊固件可移除地附裝到相鄰的織造機構表面502上。在一個實施例中，軸504可以附裝到角齒輪302上並同該角齒輪302 共享一個旋轉軸310。該軸504將來自驅動齒輪506的動作轉移到角齒輪 302上。在另一個實施例中，該軸504是中空的並且^是供一個開孔308。 用於構成網格結構的纖維可以穿過該開孔308。該軸504可以由足夠堅固 的和剛性的任何材料製成，以便將來自驅動齒輪506的力傳送到該角齒輪 302上，例如鋼、鋁、合金、塑膠、複合物、或者類似物。
在一個實施例中，驅動齒4侖506可以附裝到軸504上並同該軸504和 角齒輪302共享一個旋轉軸。該驅動齒輪506可以是在相鄰的齒輪組件500 中同相鄰的驅動齒4侖506相嚙合的一個正齒4侖。該驅動齒4侖506可以由一 個相鄰的驅動齒輪506來驅動。該驅動齒4侖506可以驅動一個相鄰的驅動 齒壽侖506。驅動齒4侖506向4侖軸504傳送旋轉動作以i"更驅動角齒輪302。 該驅動齒4侖506可以由〗壬何足夠堅固的、剛性的、和耐用的材料製成，以 便傳送旋轉動作，例如鋼、鋁、合金、塑膠、合成物、或者類似物。
本領域的技術人員應該認識到，可以使用驅動齒輪506的多種構造而 不偏離本發明範圍和精神。例如，在一個實施例中，該驅動齒輪506可以 由一個電機獨立地驅動。在另 一個實施例中，該驅動齒輪506可以通過一 個皮帶驅動。
圖6展示了一個繞線管承載件600的一個實施例的側視圖。該繞線管 承載件600包括一個繞線管602、 一個角齒輪界面口 604、以及一個軌道 引導件606。該繞線管承載件600由角齒輪302跨越一個織造機構表面502 來傳送並且在從繞線管602拉出纖維以製作網格結構時攜帶一個纖維繞線管。
在一個實施例中，繞線管602纏繞了從繞線管402中拉出的一根單股 纖維。該繞線管602可以從繞線管承載件600中移除。在另一個實施例中， 該繞線管602與繞線管承載件600 —體化。在另 一實施例中，該繞線管602 攜帶了多於一股的纖維。
在一個實施例中，角齒輪界面604具有與織造機構中一個角齒輪302 上的槽口相匹配的形狀。當繞線管承載件300移動時角齒輪界面604允許 繞線管承載件300安全地停留在一個旋轉的角齒輪302中。在一個實施例，允許在一個角齒輪302的槽 口中的任何旋轉定向。在另一實施例中，該角齒輪界面604可以有一個成 形的截面，允許在一個角齒輪302中的槽口中特定的旋轉定向。
在一個實施例中，軌道引導件606同織造機構面502上的一個軌道交 界並引導繞線管承載件600的動作。該軌道引導件606可以同一個開關相 互作用以控制繞線管承載件在角齒輪之間的傳輸。
圖7展示了 一個形狀保持結構700的一個實施例。該形狀保持結構700 包括一個框架702和一個或多個附著機構704。該形狀保持結構700約束 一個固化網格結構706的幾何形狀。
在一個實施例中，框架702可以為一個或多個附著機構704提供一個 基座。當網格結構706進行組裝時該框架702可以保持靜止並且允許一個 或多個附著機構704隨著網格結構706行進。在一個體代實施例中，當組 裝網格結構時該框架702可以隨著該網格結構706行進。在一個實施例中， 該框架702可以包括圍繞網格結構706安排的一個或多個軌道。
本領域的技術人員應該認識到，可以實施框架702的多種類型和構造 而不偏離本發明範圍和精神。例如，在一個實施例中，該框架702可以包 括環繞網;f各結構706的一個或多個環。在另一個實施例中，該框架702可 以包括圍繞網格結構706安排的一個或多個軌道。在另一個實施例中，該 框架702可以包括一個基座，其上安裝了用於控制一個或多個附著機構704 的致動器。
在一個實施例中，該框架702是可調的，這樣網^f各結構706的一個直 徑708可以改變。在另一個實施例中，該框架702是可調的，這樣網格結 構706的一個間隔長度710可以改變。在另一實施例中，在組裝網格結構 706的過程中可以改變直徑708和/或間隔長度710。
在另一個實施例中，該框架702是可調的，這樣網格結構706可以保 持在一個彎曲或弧形的位置。在另一個實施例中，該框架702可以配置為 將一個網格結構706保持在一個iso-truss構形中。在另 一實施例中，該框 架702可以配置為將一個網格結構706保持為 一個扁平板的構形。在另一實施例中，該框架702可以配置為將一個網格結構706保持在一個矩形截 面的構形中。
該一個或多個附著機構704附裝在網格結構706上並且約束該網格結 構706的幾何形狀。在固化過程中保持網格結構706的形狀。在一個實施 例中，該一個或多個附著機構704是連接到框架702上的多個鉤子。
本領域的技術人員應該認識到，可以實施一個或多個附著才幾構704的 各種類型和構造而不偏離本發明範圍和精神。例如，在一個實施例中，該 一個或多個附著^f幾構704可以包括一個夾持才幾構。在另一實施例中，該一 個或多個附著機構704可以包括一個幾何形狀可變的機構，它允許對網格 結構706的約束和釋放。在另一實施例中，該一個或多個附著機構704可 以包括一個或多個帶有可控伺服機構的機器臂。
在另一實施例中，該一個或多個附著機構704是可調的，這樣網格結 構706的直徑708可以改變。在另 一實施例中，該一個或多個附著才幾構704 是可調的，這樣網格結構706的間隔長度710可以改變。在另一個實施例 中，在組裝一個網格結構706的過程中可以改變該直徑708和/或者間隔長 度710。
在一個實施例中，形狀保持結構700可以充當一個牽引裝置。該形狀 保持結構700在製造過程可以在纖維上提供張力。該形狀保持結構700也 可以從繞線管中拉出並纖維並且在組裝網格結構706時將網格結構706從 織造糹幾構移開。
圖8展示了 一個轉換裝置800的一個實施例的側視圖。該轉換裝置800 包括一個或多個傳遞輪802。該轉換裝置800將來自織造機構104的纖維 引導到形狀保持結構108上。
該一個或多個傳遞4侖802各自可以包4舌一個4侖軸804和一個或多個鉤 子806。在一個實施例中，該輪軸802旋轉並為該一個或多個鉤子806提 供一個附著點。在一個實施例中，當輪軸804旋轉時該一個或多個鉤子806 勾住來自織造機構104的纖維。該一個或多個鉤子806可以在預定的方向上將纖維攜帶到形狀保持結構108上。在一個實施例中，該一個或多個鉤
子806可以響應形狀保持結構108與纖維的接觸而釋放這些纖維。
本領域的技術人員應該認識到，可以使用轉換裝置800的不種類型和 構造而不偏離本發明的範圍和精神。例如，在一個實施例中，該轉換裝置 800可以包括一個或多個伺服驅動的致動器，該致動器配置為與纖維接合 並將它們傳遞給形狀保持結構108。在另一個實施例中，該轉換裝置800 可以包括一個四桿連接，它配置為將在預定路徑上來自織造機構104的纖 維攜帶到形狀保持結構108。
接下來的示意性流程圖總體上是作為邏輯流程圖來陳述。這樣，描述 的次序和標記的步驟表明了本發明的一個實施例。可以考慮其他的步驟和 方法，它們在功能、邏輯、或者效果上等同於所展示方法的一個或多個步 驟、或它們的多個部分。此外，所採用的格式和符號是提供用以解釋該方 法的邏輯步驟並應理解為並非限制本發明的範圍。儘管在流程圖中採用各 種箭頭類型和線類型，但它們應理解為並非限制相應方法的範圍。當然， 一些箭頭和其他連接符可能用於僅^5l表明該方法的邏輯流程。例如， 一個 箭頭可以表明在所描述方法中列舉的步驟之間的未指明期限的等待或者 監控期。此外， 一個特定方法發生的次序可能或者可能不嚴格地遵從所示 相應步驟的次序。
圖9展示了一個用於製造網格結構的方法900。首先，在902，纖維 束安排在製造裝置中。在選擇的諸實施例中，纖維可以在一個角齒輪302 中穿過一個開孔308,或者放置在繞線管承載件304上的一個繞線管602 上。這些纖維所希望的安排可以由有待製作的網格結構來決定。
下一步，在904,將纖維附裝到牽引裝置。可以將纖維捆綁到牽引裝 置。在另一個實施例中，通過緊固件將纖維附裝到牽引裝置。
下一步，在906，通過牽引裝置拉緊纖維。由牽引裝置施加的張力使 這些纖維保持在位。該張力也可以拉動纖維通過該裝置。在另一個實施例 中，該張力拉動組裝的網格結構通過該裝置。下一步，在908,這些纖維由織造機構定位。纖維可以由織造機構並排安 排、圍繞其他纖維纏繞、織造在一起、和/或者編結在一起。纖維的定位可 由織造機構來控制以便將纖維以希望的構造進行安排以構成 一 個網格結 構。
下一步，在910，組裝的網格結構轉移到一個形狀保持結構上。該網 格結構可以放置到引導件和/或者附著機構704上。
下一步，在912，由形狀保持結構約束網格結構的幾何形狀。當該網 格結構柔軟時，該形狀保持結構以希望的形狀和構造來保持網4各結構。形 狀保持結構也可以拉緊這些纖維。
下一步，在914，固化網格結構中的樹脂。通過固化過程使得保持在 形狀保持結構中的柔性結構變堅硬。可以通過一個熱加工、 一個微波加工、 一個紫外線加工，或者類似方法使樹脂固化。在一個實施例中，可以使樹 脂在形狀保持結構中整全固化。在另一個實施例中，可以使樹脂在形狀保 持結構中部分地固化。
下一步，在916,該網格結構從形狀保持結構中釋出。可以通過一個 或多個可變的幾何形狀的附著機構704的作用來釋放該結構。在另一個實 施例中，可以通過釋放在一個或多個附著機構704上的張力來釋力文該結構。
本發明可以在其他一些特定的形式中實施而不偏離它的精神和必要 特徵。所描述的諸實施例在所有的方面應被認為僅僅是示例性的而並非限 制性的。因此，本發明的範圍是由附屬權利要求而不是由以上描述來指明。 所有出現在權利要求等同物的範圍和含意之內的變化都應包含在它們的 範圍之內。
權利要求
1.一種製造纖維複合網格結構的裝置，該裝置包括配置為在一個網格結構中使纖維定位的一種織造機構，該織造機構包括一個或多個繞線管，該一個或多個繞線管各自配置為用於攜帶纖維；以及多個角齒輪，這些角齒輪配置為跨越該織造機構的面來移動該一個或多個繞線管，以便控制由該一個或多個繞線管攜帶的纖維在該網格結構中的位置；以及一個形狀保持結構，該形狀保持結構配置為在網格結構中保持這些纖維直至該網格結構固化到一種剛性狀態。
2. 權利要求l所述的裝置，進一步包括一個固化裝置，該裝置配置為 使保持在該形狀保持結構中的這些纖維上的樹脂固化。
3. 權利要求l所述的裝置，進一步包括一個樹脂浸漬裝置，該裝置配 置為將 一種樹脂塗敷到在該纖維複合網格結構中的這些纖維上。
4. 權利要求l所述的裝置，進一步包括一個牽引裝置，該裝置配置為 將一個軸向力施加到該纖維複合網格結構上。
5. 權利要求l所述的裝置，其中該多個角齒輪中的一個或多個是由該 多個角齒輪中的一個相鄰的一個或多個角齒輪上的一個正齒輪來驅動，這 樣附裝到該多個角齒輪之一的一個電機驅動該多個角齒輪。
6. 權利要求l所述的裝置，其中該多個角齒輪中的一個或多個是由一 個單獨的電機來驅動。
7. 權利要求l所述的裝置，其中該織造機構進一步包括一個或多個開 關，該開關配置為將該繞線管從該多個角齒輪之一傳送到該多個角齒輪中 的臨近的一個。
8. 權利要求l所述的裝置，其中該多個角齒輪中的一個或多個進一步 包括一個開孔，該開孔配置為允許一根纖維穿過其中。
9. 權利要求l所述的裝置，其中該多個角齒輪中的一個或多個進一步 包括一個齒輪組件，該組件配置為從該織造機構獨立地移除。
10. 權利要求1所述的裝置，進一步包括一個轉換裝置，該轉換裝置 配置為將這些纖維從該織造機構傳送到該形狀保持結構上。
11. 一個製造纖維複合網格結構的系統，該系統包括 一個配置為將纖維定位在一個網格結構中的織造機構，該織造機構包括一個或多個繞線管，該一個或多個繞線管各自配置為用於攜帶纖維； 以及多個角齒輪，這些角齒輪配置為跨越該織造機構的面來移動該一個或 多個繞線管，以便控制由該一個或多個繞線管攜帶的纖維在該網;f各結構中 的位置；一個形狀保持結構，該結構配置為利用一個或多個附著機構將這些纖 維保持在一個網格結構中；以及一個控制模塊，該模塊配置為控制該織造機構並引導這些纖維在該網 格結構中的定位。
12. 權利要求ll所述的系統，其中該一個或多個附著機構包括一個或多個鉤子，該鉤子配置為以一個希望的構形來保持該網格結構。
13. 權利要求ll所述的系統，其中該一個或多個附著機構包括一個或 多個伺服機構，該機構配置為以一個希望的構形來保持該網格結構。
14. 權利要求ll所述的系統，其中該一個或多個附著機構的相對位置是可變的，這樣在由該系統製造的一個纖維複合網格結構中的一個間隔長 度是可調的。
15. 權利要求ll所述的系統，其中該一個或多個附著機構的相對位置是可變的，這樣由該系統製造的一個纖維複合網格結構的一個直徑是可調的。
16. 權利要求ll所述的系統，其中當該系統製造一個纖維複合網格結 構時該一個或多個附著機構相對於該織造機構而移動以便連續地製造該 纖維複合網格結構。
17. 權利要求ll所述的系統，其中該形狀保持結構是彎曲的，這樣由 該系統製造的該纖維複合網格結構是彎曲的。
18. —種製造纖維複合網格結構的方法，該方法包括將纖維定位以便利用一個織造機構來形成一個網格結構，該織造機構 配置為將纖維定位在一個網格結構中，該織造機構包括一個或多個繞線管，該一個或多個繞線管各自配置為攜帶纖維；以及多個角齒輪，這些角齒輪配置為跨越該織造機構的面來移動該一個或 多個繞線管，以便控制由該一個或多個繞線管攜帶的纖維在該網格結構中 的4立置；以及在該形狀定義組件中約束該組裝的網格結構的幾何形狀。
19. 權利要求17所述的方法，其中該方法進一步包括在該組裝的網格 結構中使樹脂固化。
20. 權利要求17所述的方法，進一步包括利用一個牽引裝置拉緊這些 纖維。
全文摘要
公開了一種用於複合網格結構製造的裝置、系統、和方法，包括配置為在一個網格結構中使纖維定位的一個織造機構104和配置為在該網格機構中保持纖維形狀的一個形狀保持結構108。該織造機構104包括一個或多個繞線管304，該一個或多個繞線管304各自配置為用於攜帶纖維。該織造機構104包括多個角齒輪302，它們配置為跨越該織造機構104的表面移動該一個或多個繞線管以控制纖維在網格結構中的位置。有益地，這樣一種裝置、系統、和方法會使纖維複合網格結構的製造過程自動化並減少與現有的製造這類結構的方法相關的成本。
文檔編號B65H81/00GK101583552SQ200680028036
公開日2009年11月18日 申請日期2006年8月16日 優先權日2005年8月16日
發明者伊夫·佩特, 博伊德·蓋尼爾, 史蒂夫·漢森, 基思·戴維斯, 大衛·L·布隆克, 戴維·W·詹森, 格裡高裡·拉爾森, 泰勒·埃文斯, 薩瑞塔·科斯勒, 詹姆士·T·艾爾斯, 詹尼弗·博伊斯 申請人:布萊阿姆青年大學