BR102015023863B1

BR102015023863B1 - método de fabricação de deposição

Info

Publication number: BR102015023863B1
Application number: BR102015023863-0A
Authority: BR
Inventors: Gregg Robert Bogucki; Gregory James Schoepen Hickman; Michael William Hayes
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2020-07-28
Also published as: US20160082659A1; JP2016060204A; US10118375B2; BR102015023863B8; BR102015023863A2; JP6490544B2

Abstract

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE DEPOSIÇÃO, E, ATUADOR TERMINAL Uma parte de polímero reforçado por fibra é fabricada através da rasterização de um cabeçote de deposição sobre um substrato, e aditivamente formando características parciais através da extrusão de um polímero tendo um reforço contínuo admitido a partir do cabeçote de deposição em um substrato

Description

1. Campo:

[001] A presente descrição em geral se refere a técnicas de fabricação aditivas, e lida mais particularmente com um método e aparelho para a deposição de polímeros reforçados por fibra, tais como polímeros termoplásticos.

2. Fundamentos:

[002] A fabricação aditiva é um processo em que partes físicas são produzidas diretamente a partir de um arquivo de CAD (projeto auxiliado por computador) 3-D (tridimensional). Em um tipo de fabricação aditiva conhecido como modelagem de deposição fundida (FDM®) e algumas vezes referido como impressão de 3-D, uma parte é produzida por extrusão de pequenos rebordos de material de polímero termoplástico para formar camadas de material que solidifica após ser extrusado a partir de um bocal. O bocal de extrusão pode ser movido ao longo de um percurso ou “rasterizado” por um mecanismo controlado numericamente para construir a parte a partir do fundo para cima em uma plataforma de construção, uma camada de cada vez.

[003] Partes produzidas por processos de fabricação aditivos conhecidos, tais como FDM®, podem não ser adequados para o uso em algumas aplicações que necessitam de alto desempenho estrutural, tal como na indústria aeroespacial. De maneira a alcançar maior desempenho estrutural, partes termoplásticas usadas nestas aplicações tipicamente necessitam do uso de um reforço admitido tal como fibras descontínuas ou contínuas. No entanto, a integração de um reforço de fibra contínuo para um polímero termoplástico extrusado durante a modelagem de deposição fundida ainda não é prática até aqui.

[004] É conhecida a introdução de fibras de reforço descontínuas (por exemplo, “cortadas”) em um polímero extrusado. Por exemplo, um processo conhecido como PUSHTRUSION® foi desenvolvido para moldar compósitos de polímero reforçados usando um processo de moldagem e composição em linha direto, em que a carga do molde compreende grânulos de polímero extrusados ou fios reforçados com fibras descontínuas. No entanto, o processo de PUSHTRUSION® usa equipamento industrial grande e pesado que deve prover grânulos ou filamentos de polímero reforçados por fibra descontínua para moldar, e não é adequado para o uso nos processos de fabricação aditiva tais como FDM.

[005] De maneira apropriada, existe uma necessidade por um processo de fabricação aditiva tal como FDM que permite a integração de um reforço em um rebordo de polímero depositado em camadas para formar características de uma parte. Também existe uma necessidade por um atuador terminal para realizar o processo descrito acima que permite a admissão de um reforço contínuo em um polímero liquefeito já que o atuador terminal acumula características da parte.

SUMÁRIO

[006] As modalidades divulgadas proveem um método e aparelho para fabricar partes de polímero reforçados usando uma técnica de fabricação aditiva. O reforço pode ser contínuo e é integrado em um rebordo fundido do polímero quando o polímero está sendo depositado em camadas para formar características da parte, similar à modelagem de deposição fundida. As modalidades permitem a fabricação das partes tendo maiores requisitos de desempenho estrutural. Deposição de alta resolução de polímeros continuamente reforçados é tornada possível.

[007] De acordo com uma modalidade divulgada, um método de fabricação de deposição é provido. O método compreende estabelecer uma corrente pressurizada de um polímero fundido através de um tubo, admitir um reforço de fibra dentro da corrente pressurizada, e depositar um rebordo do polímero e o reforço de fibra a partir do tubo em um substrato. O reforço de fibra é admitido alimentando o mesmo no tubo. O reforço de fibra pode compreender um filamento, uma estopa, uma mecha ou um fio. O reforço de fibra pode ser admitido alimentando um de um reforço de fibra seco e um reforço de fibra pré-impregnado o tubo. O reforço de fibra pode ser aquecido. Em uma variação, uma pluralidade de reforços de fibra descontínuos pode ser acoplada em uma cadeia, e a cadeia pode ser admitida estirando a mesma para a corrente pressurizada. O método também pode incluir encapsular o reforço de fibra em um polímero tendo uma temperatura de fusão que é maior do que a temperatura de fusão do polímero na corrente pressurizada. Uma viscosidade de polímero desejada pode ser mantida aplicando uma quantidade de calor variável para o tubo ao longo do seu comprimento. Opcionalmente, o método pode incluir adicionalmente depositar um rebordo de polímero no substrato em que o polímero é desprovido do reforço de fibra. A corrente pressurizada é estabelecida injetando o polímero sob pressão no tubo. A injeção do polímero sob pressão no tubo inclui estabelecer um diferencial de pressão entre uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante do tubo. O método também pode incluir estirar o reforço de fibra através do tubo junto com o polímero usando a corrente pressurizada e/ou por ação capilar. O reforço de fibra pode ser admitido introduzindo o mesmo para uma extremidade a montante do tubo. O polímero é introduzido no tubo de maneira anular em torno do reforço de fibra

[008] De acordo com outra modalidade, um método é provido para a fabricação de uma parte composta. Um cabeçote de deposição é rasterizada sobre um substrato. Características da parte são formadas aditivamente através da extrusão de um polímero tendo um reforço a partir do cabeçote de deposição em um substrato. O método pode incluir admitir um reforço descontínuo no polímero, ou alternativamente, admitir um reforço contínuo no polímero. Em uma variação, características podem ser extrusadas que são destituídas do reforço. A extrusão inclui introduzir o polímero e o reforço em uma extremidade a montante de um tubo, forçando o polímero a passar através do tubo para uma extremidade a jusante do tubo, e retirar o reforço através do tubo para a extremidade a jusante do tubo usando o fluxo de polímero através do tubo para estirar o reforço junto com o fluxo de polímero. O método também pode incluir usar ação capilar para ajudar a retirar o reforço através do tubo. O polímero é introduzido injetando o polímero sob pressão em torno do reforço. A extrusão inclui forçar o polímero e o reforço admitido através de uma matriz. O método também pode incluir cortar o polímero e o reforço durante a rasterização do cabeçote de deposição.

[009] De acordo com mais uma modalidade, um atuador terminal é provido para realizar a deposição de um polímero reforçado por fibra. O atuador terminal inclui um fornecimento de um reforço de fibra contínuo, e um fornecimento de um polímero fluente. Um cabeçote de deposição é provido tendo uma entrada de polímero e uma extremidade de fornecimento de material configurada para receber um fornecimento de um reforço de fibra contínuo. A deposição também inclui uma extremidade de deposição configurada para depositar um rebordo do polímero tendo o reforço de fibra contínuo admitido no mesmo. O atuador terminal pode compreender adicionalmente um aquecedor para aquecer o barril de admissão, incluindo pelo menos uma bobina de aquecimento tendo uma pluralidade de voltas de bobina que variam em número ao longo de um comprimento do barril de admissão. O cabeçote de deposição inclui um barril de admissão configurado para admitir o reforço de fibra contínuo. O barril de admissão inclui uma região de convergência em que o reforço de fibra contínuo e o polímero fluente convergem. O barril de admissão também pode incluir uma matriz de extrusão acoplada com a extremidade de deposição. O barril de admissão pode incluir adicionalmente um tubo capilar acoplado com a região de convergência e configurada admitida no reforço de fibra contínuo no polímero.

[0010] As características, funções, e vantagens podem ser alcançadas independentemente das várias modalidades da presente descrição ou podem ser combinadas em outras modalidades em que detalhes adicionais podem ser observados com referência à seguinte descrição e aos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] As novas características que se acredita ser característica das modalidades ilustrativas são definidas nas reivindicações anexas. As modalidades ilustrativas, no entanto, bem como um modo de uso preferido, objetivos e vantagens adicionais das mesmas, serão mais bem entendidos em referência à seguinte descrição detalhada de uma modalidade ilustrativa da presente descrição quando lida em conjunto com os desenhos anexos, em que:

[0012] A Figurai é uma ilustração de um bloco global e diagramático do aparelho para fabricar uma parte reforçada por fibra usando uma técnica de fabricação aditiva;

[0013] A Figura IA é uma ilustração da área designada como “FIG. IA” na Figura 1, partes de um rebordo extrusado sendo quebradas para revelar um reforço de fibra admitido no polímero;

[0014] A Figura 2 é uma ilustração de uma vista de seção transversal de um cabeçote de deposição que forma parte do aparelho mostrado na Figura 1;

[0015] A Figura 3 é uma ilustração de uma vista seccional tomada ao longo da linha 3-3 na Figura 2.

[0016] A Figura 4 é uma ilustração de uma vista alargada da seção designada como “FIG. 4" na Figura 2;

[0017] A Figura 5 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de uma modalidade de um método de deposição;

[0018] A Figura 6 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de um método de fabricação de uma parte composta;

[0019] A Figura 7 é uma ilustração de uma vista de perspectiva de fundo de uma rede de cabeçote de deposição para a deposição de um polímero reforçado por fibra;

[0020] A Figura 8 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de metodologia de serviço e produção de aeronave.

[0021] A Figura 9 é uma ilustração de um diagrama de bloco de uma aeronave.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0022] Em referência à Figura 1, as modalidades discutidas compreendem um atuador terminal 20 que pode ser um rasterizado através de espaço tridimensional por um substrato 23 tal como uma plataforma 24 por qualquer manipulador adequado 30. O manipulador 30 pode compreender, por exemplo, e sem limitação, um mecanismo de pórtico controlado numericamente (não mostrado), e um braço robótico articulado (não mostrado) ou um mecanismo similar. Tanto o atuador terminal 20 quanto o manipulador 30 são operados pela combinação de um controlador 32 e programas de construção 38 ou software similar. O controlador 32 pode compreender, sem limitação, um computador de propósito geral ou de propósito especial programado, tal como um PC (computador pessoal) ou um PLC (controlador de lógica programável).

[0023] O atuador terminal 20 acumula uma parte de polímero reforçado por fibra tridimensional 26, camada 22 por camada 22 na plataforma 24 que se move para baixo 28 já que cada camada de polímero reforçado 22 é completada. A parte de polímero 26, algumas vezes referida aqui como uma parte composta 26, é definida por um ou mais arquivos de CAD (projeto auxiliado por computador) 34 que são convertidos para arquivos com formato STL (estereolitografia) 36 definindo as superfícies da parte 26. Usando os arquivos de STL 36, e um ou mais programas de construção 38, o controlador 32 controla a operação do atuador terminal 20 e o manipulador 30. O manipulador 30 rasteriza o atuador terminal 20 sobre a plataforma 24 para depositar rebordos fundidos 44 de polímero reforçado por fibra macio que subsequentemente solidifica. Como mostrado na Figura IA, cada um dos rebordos fundidos 44 compreende um polímero extrusado 80 tendo um reforço de fibra contínuo 76 admitido no mesmo. Quando o polímero reforçado solidifica, as camadas 22 se fundem para formar as várias características da parte composta reforçada por fibra 26.

[0024] O atuador terminal 20 inclui um cabeçote de deposição 40 que pode ser provido com um bocal de extrusão ou matriz 42 através da qual um rebordo fundido reforçado por fibra 44 de polímero reforçado é depositado na plataforma 24, ou em uma camada subjacente 22. Como mencionado acima, o rebordo 44 inclui um reforço de fibra 76 (Figuras 1, 2, 3 e 4) que é admitido no polímero extrusado 80 quando os rebordos 44 são extrusados para formar as camadas 22 que então solidificam e se fundem. O bocal de extrusão 42 pode ter uma abertura de bocal 42a (Figura 2) para extrusar um rebordo de polímero 44 tendo o reforço de fibra admitido 76. A abertura de bocal 42a pode ter a forma de seção transversal desejada tal como, sem limitação, uma forma de seção transversal circular, quadrada, elíptica, de fita ou retangular.

[0025] O atuador terminal 20 compreende adicionalmente uma alimentação e fornecimento de fibra 48, um fornecimento de polímero pressurizado 50 e um ou mais aquecedores adequados 52. O fornecimento de polímero 50 pode incluir uma ou mais válvulas de controle e reguladores de pressão (não mostrado) como pode ser necessário para controlar o fluxo e a pressão de polímero que é fornecida para o cabeçote de deposição 40. O aquecedor 52 aquece o polímero até ele liquefazer e poder fluir, e ainda provê calor para o cabeçote de deposição 40 para manter a viscosidade do polímero desejada até o polímero 80 e reforço de fibra admitido 76 sair do bocal de extrusão 42. A viscosidade de polímero desejada pode depender de uma variedade de fatores, incluindo sem limitação, a temperatura em que o polímero é aquecido, a quantidade de absorção de calor pelo reforço de fibra 76, o particular polímero 80 sendo usado e sua taxa de cisalhamento, a capacidade do reforço de fibra 76 de ser molhado pelo polímero 80, a taxa de extrusão desejada do cabeçote de deposição 40 e a taxa em que o atuador terminal 20 é rasterizado sobre o substrato 23. Em geral, no entanto, o polímero 80 deve ter uma viscosidade que é baixa o suficiente para molhar o reforço de fibra 76 e ser extrusado a partir do cabeçote de deposição 40.

[0026] Opcionalmente, o aquecedor 52 pode ser usado para aquecer o reforço de fibra 76 antes e/ou quando ele está sendo alimentado para o cabeçote de deposição 40 e se torna admitido no polímero 80. O atuador terminal 20 também pode incluir um cortador adequado 46 que corta o polímero reforçado por rebordo de fibra 44 após uma camada 22 ter sido depositada. O cortador 46 pode compreender, por exemplo, e sem limitação, um cortador de laser, uma faca ultrassónica ou um cortador mecânico tal como uma lâmina de guilhotina (todos não mostrados) que corta tanto através do polímero 80 quanto do reforço de fibra admitido 76.

[0027] O polímero 80 fornecido para o cabeçote de deposição 40 pode ser qualquer polímero que muda de fase que reduz a viscosidade quando aquecido até pelo menos a sua temperatura de transição vítrea, e então solidifica e endurece quando resfriado. Por exemplo, e sem limitação, o polímero 80 retirado para o cabeçote de deposição 40 a partir do fornecimento de polímero 50 pode compreender qualquer polímero termoplástico cristalino ou amorfo adequado, termorrígido ou um copolímero termoplástico.

[0028] O reforço de fibra 76 que é admitido no polímero 80 pode compreender um ou mais filamentos de fibra, estopas, mechas, ou fios que são compatíveis com o polímero 80, tal como fibras de metal, vidro, cerâmica ou metal, ou combinação de tais fibras. O reforço de fibra 76 pode estar na forma de, sem limitação, uma ou mais estopas, mechas ou fios, cada um compreendendo uma multiplicidade de filamentos individuais. Em algumas modalidades, por exemplo, o reforço 76 pode compreender uma única estopa, mecha ou fio compreendendo um peso linear entre 2 e 16 tex, em que um “tex” é a massa em gramas de 1.000 metros de um segmento da estopa, mecha ou fio. O reforço de fibra 76 pode ser um reforço de fibra seco ou pode ser reforço de fibra pré-impregnado.

[0029] A estopa, mecha ou fio pode compreender filamentos secos, no entanto em algumas modalidades, a estopa pode ser pré-impregnada com um polímero que é o mesmo que ou que é diferente do polímero 80 retirado do fornecimento de polímero 50. Também pode ser possível formar um filamento de reforço encapsulando uma estopa, mecha ou fio em um primeiro polímero que possui uma temperatura de fusão relativamente alta, e então alimenta a estopa encapsulada através do cabeçote de deposição 40 onde é admitida dentro de um segundo polímero 80 que possui uma temperatura de fusão que é menor do que aquela do primeiro polímero. Em outras modalidades, o reforço de fibra 76 pode compreender reforços de fibra descontínuos (por exemplo, fibras cortadas) que podem ou não ser alinhadas e são acopladas, como por um ligante, em uma cadeia (não mostrado) que pode ser estirada ou “puxada” através do cabeçote de deposição 40 por uma corrente de fluxo do polímero 80 em que a cadeia de reforços de fibra descontínuos 76 é admitida.

[0030] Atenção é direcionada agora às Figuras 2, 3 e 4 que ilustram detalhes do cabeçote de deposição 40 que compreende a parte de formação do atuador terminal 20.0 cabeçote de deposição 40 inclui um barril de admissão alongado 66 tendo uma extremidade de fornecimento de material 70, e um extremidade de deposição de material 72 a partir do qual um rebordo fundido 44 (Figura 1) do polímero reforçado por fibra é extrusado e depositado, como explicado anteriormente. O barril de admissão 66 inclui um tubo capilar interno 68 tendo a primeira extremidade a montante 68a, e uma segunda extremidade a jusante 68b oposta à extremidade a montante 68a. O tubo capilar 68 se estende de maneira longitudinal a partir da extremidade de deposição de material 72 do barril de admissão 66 para uma região de convergência 86 onde o reforço de fibra 76 é introduzido na e converge com uma corrente de fluxo do polímero 80 que é introduzida no barril de admissão 66 a montante da região de convergência 86.

[0031] Quando o reforço de fibra 76 é introduzido na corrente de fluxo do polímero 80, interação viscosa entre o reforço de fibra 76 e o polímero 80 puxa o reforço de fibra 76 para a extremidade a montante 68a do, e então através do tubo capilar 68. Com a entrada na região de convergência 86, o reforço de fibra 76 se torna admitido na corrente de fluxo do polímero 80 e é portado junto com o polímero 80 através do tubo capilar 68 para a extremidade de deposição de material72 do barril de admissão 66 onde o polímero 80 e o reforço de fibra admitido 76 são extrusados como um rebordo 44.

[0032] A extremidade a jusante 68b do tubo capilar 68 pode ser acoplada com uma matriz de extrusão 42 de maneira a extrusar um rebordo de polímero 44 tendo uma forma de seção transversal desejada. Em algumas aplicações, a matriz de extrusão 42 pode não ser necessária. O tubo capilar 68 possui um diâmetro interno “D” que vai depender de uma variedade de fatores, incluindo a aplicação de deposição particular, a resolução de impressa da parte 26 (Figura 1) sendo fabricada e a fração de volume de reforço de fibra76 que é desejada. A fração de volume do reforço de fibra76 contida no polímero é uma função tanto do diâmetro interno “D” do tubo capilar 68, quanto do número e diâmetro das fibras que formam o reforço de fibra 76. O comprimento do tubo capilar 68 também pode afetar a quantidade de interação de polímero admitido para fibra que é necessária para mover o reforço de fibra 76 através do tubo capilar 68.

[0033] A extremidade de fornecimento de material 70 do barril de admissão 66 é provida com um tubo de guia localizado de maneira central 74 em que o reforço de fibra 76 pode ser alimentado de maneira longitudinal a partir da alimentação e fornecimento de fibra 48 (Figura 1). A extremidade a jusante 74a do tubo de guia 74 é afunilada e inclui uma abertura central 82 (Figuras 3 e 4) que é alinhada de maneira coaxial com o tubo capilar 68. Após ser alimentada para o tubo de guia 74, o reforço de fibra 76 é guiado através da abertura 82, em alinhamento axial com o tubo capilar 68, e entra na região de convergência 86 onde converge com, é exposto a e se torna molhado pelo polímero fundido que flui sobre o externo do tubo de guia 74 para o tubo capilar 68. Quando o reforço de fibra 76 entra na região de convergência 86, se torna admitido no polímero 80 que flui através da região de convergência 86 para o tubo capilar 68.

[0034] A extremidade de fornecimento de material 70 do barril de admissão 66 inclui adicionalmente um caminho de passagem de polímero anular 69 que cerca o tubo de guia 74. Em uma modalidade, polímero fundido fluente 80 pode ser introduzido para o caminho de passagem de polímero anular 69 através de uma entrada de polímero 69a na extremidade de fornecimento de material 70(como ilustrado), em uma direção em geral paralela à direção em que o reforço de fibra 76 é alimentado para o tubo de guia 74. Alternativamente, em outra modalidade (não mostrado), o polímero fundido fluente 80 pode ser alimentado cruzado através do lado do barril de admissão 66 para o caminho de passagem 69 em uma direção que é transversal à direção em que o reforço de fibra 76 é alimentado no tubo de guia 74.

[0035] O polímero 80 é injetado a partir do fornecimento de polímero 50 para a entrada de polímero 69a em uma pressão “PI”, e flui através do caminho de passagem anular 69. O caminho de passagem anular 69 se afunila e converge com a extremidade afunilada 74a do tubo de guia 74, fazendo com que o polímero que flui 80 passe do e sobre o reforço de fibra 76 para a extremidade a montante 68a do tubo capilar 68. A pressão “PI” é maior do que a pressão atmosférica “Pa” na extremidade de deposição de material72 do barril de admissão 66, consequentemente um diferencial de pressão de PI-Pa existe entre as extremidades opostas 68a, 68b do tubo capilar 68. Este diferencial de pressão ajuda a retirar e admitir o reforço de fibra 76 no polímero fluindo 80.

[0036] O aquecedor 52 mostrado na Figura 1 pode incluir uma ou mais bobinas de aquecimento elétrico 52a que tanto cercam quanto são admitidas no barril de admissão 66 como mostrado na Figura 2. As bobinas de aquecimento elétrico 52a proveem o calor necessário para manter o polímero 80 em um estado fluente com uma viscosidade desejada. Pode ser desejável manter a temperatura do barril de admissão 66 na extremidade de fornecimento de material 70 em uma temperatura que é maior do que a temperatura na extremidade de deposição de material72 de maneira a garantir molhar de maneira adequada o reforço de fibra 76 já que é inicialmente retirado para o tubo capilar 68. De maneira a variar a quantidade de calor fornecido para o polímero 80 enquanto viaja ao longo do comprimento do barril de admissão 66 e desta forma controlar a viscosidade do polímero 80, as bobinas de aquecimento 52a podem ter um número maior de voltas de bobina na extremidade de fornecimento de material 70 no barril de admissão 66 comparado com o número de voltas de bobina na extremidade de deposição de material 72.

[0037] Em uso, um ou mais reforços de fibra 76 são alimentados de maneira folgada para o tubo de guia 74 tal que eles não são posicionados em qualquer quantidade substancial de compressão, isto é eles não são forçados para o tubo de guia 74, e consequentemente o curvamento dos reforços de fibra 76 é evitado. Como foi mencionado anteriormente, o barril de admissão 66 é aquecido até uma temperatura que mantém o polímero 80 capaz de fluir e garante molhar de maneira substancialmente completa o reforço de fibra 76. O polímero 80 sob pressão Pl é introduzido na entrada de polímero 69a, enchendo o caminho de passagem anular69, e estabelecer um fluxo do polímero 80 através da região de convergência 86 para a extremidade a montante 68a do tubo capilar 68. O polímero diferencial de pressão PI-Pa estabelecido entre a entrada de polímero 69a e a extremidade de deposição de material 72 mantém o fluxo de polímero 80 para o tubo capilar 68. Em outras palavras, o polímero 80 busca equilibrar fluindo a partir da entrada de polímero 69a em uma pressão relativamente alta PI para a extremidade de deposição de material 72 em pressão relativamente menor Pa.

[0038] O fluxo do polímero 80 através da região de convergência 86 produzida pelo diferencial de pressão PI-Pa, faz com que o polímero 80 “pegue” e retire o reforço de fibra 76 junto com o fluxo de polímero 80 para a extremidade a montante 68a do tubo capilar 68 onde se torna admitido no polímero 80. Adicionalmente, o reforço de fibra 76 é estirado através do tubo capilar 68 pela ação capilar produzida pelas forças intermoleculares entre o polímero 80 e o tubo capilar circundante 68. Quando o reforço de fibra 76 é estirado para o tubo capilar 68, reforço de fibra 76 se torna admitido dentro do fluxo de polímero 80 e é extrusado e então depositado junto com o polímero 80 em um rebordo fundido 44 (Figura 1) para formai-camadas sucessivas 22 da parte 26 quando o atuador terminal 20 é rasterizado sobre o substrato 23.

[0039] Quando uma camada 22 ou outra funcionalidade da parte 26 foi formada, o cortador 46 corta o rebordo 44, e o fornecimento de polímero 50 pode ser desligado até o atuador terminal 20 estar pronto para depositar a próxima camada 22. O corte do rebordo 44 resulta no corte tanto do polímero 80 quanto do reforço de fibra 76 admitido no polímero 80. Em algumas aplicações, pode ser possível interromper temporariamente a alimentação do reforço de fibra 76 de maneira a depositai-rebordos 44 que são puramente de polímero 80 (desprovido de reforços de fibra) de maneira a formar as camadas 22 que não contêm um reforço.

[0040] Atenção é direcionada agora à Figura 5 que ilustra vastamente um método de fabricação de deposição que emprega um atuador terminal 20 do tipo descrito acima. Começando em 54, uma corrente pressurizada de um polímero 80 é estabelecida através de um tubo 68 que pode ser um tubo capilar. A corrente pressurizada do polímero 80 pode ser estabelecida através do estabelecimento de um diferencial de pressão entre a entrada de polímero 69a (Figura 2) e a extremidade a jusante 68b do tubo capilar 68. Em 56, um reforço de fibra 76 é admitido dentro da corrente de polímero pressurizada. Em algumas modalidades, o método pode incluir opcionalmente aquecer o reforço de fibra 76 antes de ser admitido na corrente pressurizada do polímero 80. Em 58, um rebordo 44 do polímero 80 tendo o reforço de fibra 76 admitido no mesmo é depositado a partir do tubo em um substrato23. A corrente pressurizada do polímero 80 pode ser estabelecida fornecendo o polímero 80 para a extremidade a montante 68a do tubo capilar 68 em uma pressão Pique é maior do que a pressão Pa em que o polímero existe para extremidade a jusante 68b do tubo capilar 68 e é depositado a partir da extremidade de deposição de material 72.

[0041] A Figura 6 ilustra vastamente um método de fabricação de uma parte composta 26 pela técnica de fabricação aditiva anteriormente descrita. Em 60, um cabeçote de deposição 40 é rasterizada sobre um substrato 23. Em 62, características da parte composta 26 são formadas aditivamente através da extrusão de um polímero 80 tendo um reforço de fibra contínuo admitido 76 a partir do cabeçote de deposição 40 para o substrato 23. A extrusão do polímero 80 junto com o reforço de fibra admitido contínuo 76 pode ser alcançada através do fluxo de uma corrente pressurizada do polímero 80 através de um tubo capilar 68 gerado por um diferencial de pressão PI-Pa, entre uma extremidade a montante 68a e uma extremidade a jusante 68b do tubo capilar 68.

[0042] Em algumas aplicações, de maneira a aumentar a velocidade de fabricação, pode ser necessário ou desejável empregar um atuador terminal 20 tendo mais do que um único cabeçote de deposição 40. Em referência à Figura 7, uma pluralidade de cabeçotes de deposição 40 pode ser agrupada em um arranjo 88 em um único atuador terminal 20 (Figura 1). Cada um dos cabeçotes de deposição 40 pode incluir um bocal de extrusão 42 a partir do qual um rebordo (não mostrado) do polímero reforçado por fibra pode ser depositado em um substrato 23 (Figura 1) para formar aditivamente características da parte.

[0043] Modalidades da descrição podem encontrar uso em uma variedade de aplicações potenciais, particularmente na indústria do transporte, incluindo, por exemplo, aplicações aeroespacial, marinha, automotiva e outra aplicação onde parte de polímero reforçado por fibras pode ser usada. Assim, em referência agora às Figuras 8 e 9, modalidades da descrição podem ser usadas no contexto de um método de serviço e fabricação de aeronave 90 como mostrado na Figura 8 e uma aeronave 92 como mostrado na Figura 9. Aplicações de aeronave das modalidades discutidas podem incluir, por exemplo, sem limitação, componentes de protótipo, partes de corrida de produção baixa e estruturas reforçadas que podem ser difíceis ou custosas de fabricar usando processos convencionais. Durante a pré-produção, o método de exemplo 90 pode incluir especificação e projeto 94 da aeronave 92 e busca por material 96. Durante a produção, fabricação de componente e subconjunto 98 e integração do sistema 100 da aeronave 92 ocorre. Durante a fabricação do componente e subconjunto 98, o método e aparelho divulgado pode ser empregado para produzir componentes ou subconjuntos que são então integração como parte da integração do sistema 100. Além disso, as modalidades podem ser usadas para produzir componentes que permitem que outros componentes sejam montados juntos e/ou integrados. A seguir, a aeronave 92 pode passar por certificação e projeto 102 de maneira a ser colocada em serviço 104. Enquanto em serviço 104 por um consumidor, a aeronave 92 é programada para manutenção de rotina e serviço 106, que também pode incluir modificação, reconfiguração, reforma, e assim por diante. As modalidades discutidas podem ser usadas para fabricar partes ou componentes que são usados para reparar ou substituir componentes como parte da manutenção e serviço 106.

[0044] Cada um dos processos do método 90 pode ser realizado ou transportado por um integrador de sistema, uma terceira parte, e/ou um operador (por exemplo, um cliente). Para os propósitos desta descrição, um integrador de sistema pode incluir sem limitação qualquer número de fabricantes de aeronave e subcontratantes de sistema principal; uma terceira parte pode incluir sem limitação qualquer número de vendedores, subcontratantes e fornecedores; e um operador pode ser uma linha aérea, companhia de leasing, entidade militar, organização de serviço, e assim por diante.

[0045] Como mostrado na Figura 9, a aeronave 92 produzida pelo método de exemplo 90 pode incluir uma fuselagem 108 com uma pluralidade de sistemas 110 e um interior 112. Exemplos dos sistemas de alto nível 110 incluem um ou mais de um sistema de propulsão 114, um sistema elétrico 116, um sistema hidráulico 122 e um sistema ambiental 120. Qualquer número de outros sistemas pode estar incluído. Apesar de um exemplo de aeroespacial ser mostrado, os princípios da descrição podem ser aplicados a outras indústrias, tais como as indústrias marinha e automotiva. As modalidades discutidas podem ser empregadas para fabricar partes ou componentes de polímero reforçado por fibra de corrida de produção baixa ou protótipo de projeto personalizado usados na fuselagem 108, qualquer um dos sistemas 110 ou o interior 112.

[0046] Sistemas e métodos admitidos aqui podem ser empregados durante qualquer um ou mais dos estágios do método de serviço e produção 90. Por exemplo, componentes ou subconjuntos correspondendo ao processo de produção 98 podem ser fabricados ou produzidos de uma maneira similar aos componentes ou subconjuntos produzidos enquanto a aeronave 120 está em serviço. Ainda, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação das mesmas pode ser usada durante os estágios de produção 98 e 100, por exemplo, expedindo substancialmente a montagem ou reduzindo o custo de uma aeronave 92. Similarmente, uma ou mais das modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação das mesmas podem ser usadas enquanto a aeronave 92 está em serviço, por exemplo, e sem limitação, para manutenção e serviço 106.

[0047] Como usado aqui, a frase “pelo menos um de”, quando usada com uma lista de itens, quer dizer que diferentes combinações de um ou mais dos itens listados podem ser usadas e apenas um de cada item na lista pode ser necessário. Por exemplo, “pelo menos um do item A, item B, e item C” pode incluir, sem limitação, item A, item A e item B, ou item B. Este exemplo também pode incluir item A, item B, e item C ou item B e item C. O item pode ser um particular objeto, coisa, ou categoria. Em outras palavras, pelo menos um de quer dizer que qualquer combinação de itens e número de itens pode ser usada a partir da lista, mas nem todos os itens na lista são necessários.

[0048] Assim, em resumo, de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é provido: Al. Um método de fabricação de deposição, compreendendo: estabelecer uma corrente pressurizada de um polímero através de um tubo; admitir um reforço de fibra dentro da corrente pressurizada; e depositar um rebordo do polímero e o reforço de fibra a partir do tubo em um substrato. A2. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, em que admitir o reforço de fibra inclui alimentar pelo menos um de uma estopa, uma mecha e um fio no tubo. A3. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, em que admitir o reforço de fibra inclui alimentar um de um reforço de fibra seco e um reforço de fibra pré-impregnado no tubo. A4. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, em que admitir o reforço de fibra inclui alimentar um de um reforço de fibra contínuo e um reforço de fibra descontínuo no tubo. A5. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, compreendendo adicionalmente: aquecer o reforço de fibra. A6. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, compreendendo adicionalmente: acoplar junto uma pluralidade de reforços de fibra descontínuos em uma cadeia, e em que admitir um reforço de fibra inclui estirar a cadeia para a corrente pressurizada. A7. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, compreendendo adicionalmente: encapsular o reforço de fibra em um polímero tendo uma temperatura de fusão que é maior do que a temperatura de fusão do polímero na corrente pressurizada do mesmo. A8. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, compreendendo adicionalmente: manter uma viscosidade desejada do polímero aplicando uma quantidade de calor variável para o tubo ao longo de um comprimento do tubo. A9. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, compreendendo adicionalmente: depositar um rebordo de polímero no substrato, em que o polímero é desprovido do reforço de fibra. AIO. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo Al, em que estabelecer a corrente pressurizada inclui injetar o polímero sob pressão no tubo. Al 1. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo AIO, em que injetar o polímero sob pressão no tubo inclui estabelecer um diferencial de pressão entre uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante do tubo. Al2. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo AIO, compreendendo adicionalmente: estirar o reforço de fibra através do tubo usando a corrente pressurizada. Al3. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo AIO, compreendendo adicionalmente: estirar o reforço de fibra através do tubo usando ação capilar. A14. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo AIO, em que admitir o reforço de fibra inclui introduzir o reforço de fibra em uma extremidade a montante do tubo. A15. Também é provido, o método de fabricação de deposição do parágrafo A14, em que introduzir o polímero na extremidade a montante do tubo inclui introduzir o polímero de maneira anular em torno do reforço de fibra.

[0049] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é provido: B1. Um método de fabricação de uma parte composta, compreendendo: rasterizar um cabeçote de deposição over um substrato; e aditivamente formar características da parte composta através da extrusão de um polímero tendo um reforço a partir do cabeçote de deposição no substrato. B2. Também é provido, o método do parágrafo Bl, compreendendo adicionalmente: admitir um reforço descontínuo no polímero. B3. Também é provido, o método do parágrafo Bl, compreendendo adicionalmente: admitir um reforço contínuo no polímero. B4. Também é provido, o método do parágrafo Bl, em que aditivamente formar características da parte composta inclui descontinuar a extrusão do polímero tendo o reforço e continuar a extrusão do polímero que é desprovido do reforço a partir do cabeçote de deposição no substrato. B5. Também é provido, o método do parágrafo Bl, em que extrusar o polímero tendo o reforço inclui: introduzir o polímero tendo o reforço em uma extremidade a montante de um tubo, forçar o polímero para fluir através do tubo para uma extremidade a jusante do tubo, e estirar o reforço através do tubo para a extremidade a jusante do tubo usando o fluxo através do tubo para estirar o reforço junto com o fluxo através do tubo. B6. Também é provido, o método do parágrafo B5, compreendendo adicionalmente: usando ação capilar para ajudar a estirar o reforço através do tubo. B7. Também é provido, o método do parágrafo B5, em que introduzir um polímero tendo o reforço inclui injetar o polímero sob pressão em torno do reforço. B8. Também é provido, o método do parágrafo Bl, em que a extrusão inclui forçar o polímero tendo o reforço através de um tubo e uma matriz. B9. Também é provido, o método do parágrafo Bl, compreendendo adicionalmente: cortar o polímero tendo o reforço durante a rasterização do cabeçote de deposição. Cl. Um atuador terminal para realizar a deposição de um polímero reforçado por fibra, compreendendo: um fornecimento de um reforço de fibra contínuo; um fornecimento de um polímero fluente; e um cabeçote de deposição tendo uma entrada de polímero e uma extremidade de fornecimento de material configurada para receber um fornecimento de um reforço de fibra contínuo, o cabeçote de deposição incluindo adicionalmente uma extremidade de deposição configurada para depositar um rebordo do polímero tendo o reforço de fibra contínuo admitido no mesmo. C2. Também é provido, o atuador terminal do parágrafo Cl, em que o cabeçote de deposição inclui: um barril de admissão configurado para admitir o reforço de fibra contínuo no polímero, o barril de admissão incluindo uma região de convergência em que o reforço de fibra contínuo e o polímero fluente convergem. C3. Também é provido, o atuador terminal do parágrafo C2, em que o barril de admissão inclui adicionalmente uma matriz de extrusão acoplada com a extremidade de deposição. C4. Também é provido, o atuador terminal do parágrafo C2, em que o barril de admissão inclui adicionalmente um tubo capilar acoplado com a região de convergência e configurado para admitir o reforço de fibra contínuo no polímero. C5. Também é provido, o atuador terminal do parágrafo C4, em que: o tubo capilar inclui uma extremidade a montante acoplada com a região de convergência e uma extremidade a jusante configurada para extrusar o polímero tendo o reforço de fibra contínuo admitido no mesmo. C6. Também é provido, o atuador terminal do parágrafo C2, compreendendo adicionalmente: um aquecedor para aquecer o barril de admissão, o aquecedor incluindo pelo menos uma bobina de aquecimento tendo uma pluralidade de voltas de bobina que variam em número ao longo de um comprimento do barril de admissão.

[0050] A descrição das diferentes modalidades ilustrativas foi apresentada para os propósitos de ilustração e descrição, e não está intencionada de ser exaustiva ou limitada para as modalidades na forma divulgada. Muitas modificações e variações serão aparentes para os peritos na técnica na técnica. Adicionalmente, diferentes modalidades ilustrativas podem prover diferentes vantagens se comparadas com outras modalidades ilustrativas. A modalidade ou as modalidades selecionadas são escolhidas e descritas de maneira a explicar melhor os princípios das modalidades, a aplicação prática, e para permitir que outros peritos na técnica entendam a descrição para várias modalidades com várias modificações como são adequadas para o uso particular contemplado.

Claims

1. Método de fabricação de deposição, caracterizado pelo fato de que compreende: estabelecer uma corrente pressurizada de um primeiro polímero (80) através de um tubo (68), em que o primeiro polímero possui uma primeira temperatura de fusão; admitir um reforço de nanotubo de carbono dentro da corrente pressurizada, em que o reforço de nanotubo de carbono é pré-impregnado com um segundo polímero que tem uma segunda temperatura de fusão, em que a segunda temperatura de fusão é maior que a primeira temperatura de fusão, e em que a admição é realizada acima da primeira temperatura de fusão, mas abaixo da segunda temperatura de fusão, em que, como resultado da admição, um polímero combinado é formado; manter uma terceira temperatura em uma extremidade de fornecimento de material (70) de um barril de admissão (66) que contém o tubo (68) a uma temperatura mais alta que uma quarta temperatura em uma extremidade de deposição de material (72) do barril de admissão (66); e depositar um rebordo (44) do polímero combinado a partir do tubo (68) em um substrato (23).

2. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que admitir o reforço de nanotubo de carbono inclui alimentar um fio de nanotubo de carbono no tubo.

3. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que admitir o reforço de nanotubo de carbono inclui alimentar nanotubos de carbono alinhados no tubo.

4. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que admitir o reforço de nanotubo de carbono inclui alimentar um comprimento contínuo de nanotubos de carbono intertravados mecanicamente na corrente pressurizada.

5. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: puxar o reforço de nanotubos de carbono através do tubo usando a corrente pressurizada e a ação capilar.

6. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: pré-impregnar o reforço de nanotubo de carbono com um polímero, e em que admitir o reforço de nanotubo de carbono inclui alimentar continuamente o reforço de nanotubo de carbono na corrente pressurizada.

7. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: aquecer o reforço de nanotubos de carbono para uma transição vítrea do primeiro polímero.

8. Método de fabricação de deposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro polímero é diferente do segundo polímero.