CN112020426B - 纤维互锁夹层 - Google Patents

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Abstract

一种三维可渗透热塑性带，用于将纤维束的层(片层)接合在一起以形成高度增韧的树脂灌注的结构。在一个或多个实施方式中，使用三维打印来制造该带，并且将该带应用在纤维束的层之间，以将纤维束的层固定在适当位置并且防止纤维束层的运动。

Description

纤维互锁夹层
相关申请的引证
根据35 U.S.C.第120条，本申请是2018年4月19日提交的命名为“热塑性蜂窝网络增韧复合材料”的共同未决和共同受让的美国发明专利申请第15/957,071号的部分继续申请，这个专利申请通过引证的方式结合于此。
技术领域
本公开描述了新颖的复合结构及其制造方法。
背景技术
包括纤维束层的复合材料由于其重量轻、相对强度高及其具有成型更复杂形状的能力而正在取代金属作为结构材料。然而，包括复合材料(包含纤维束)的常规结构在应力下可能出现裂纹(特别是分层)。
夹层形式的常规复合材料增韧技术(例如热塑性面纱和颗粒)在控制高应力集中区域的失效方面表现出有限的有效性。在许多情况下，需要增韧膜粘合剂来实现所需的全厚度增韧特性，并且机械紧固件可能是可接受设计的默认值。这对于集成飞机结构特别重要，即在整个结构厚度(例如在接头半径处)都会出现高应力区域(100)(见图1)。因此，在接头半径处产生的裂纹(102)将仅需要跳到未增韧层就可以发生脆性破坏。尽管使用全厚度增韧技术可能减轻这种裂纹，但是由于在灌注期间树脂流动路径的中断，在液体模塑结构中不采用常规的全厚度方法(例如膜粘合剂)，从而导致诸如空隙、孔隙和干斑的缺陷。这种缺陷显著降低了复合材料的层压结构的面内特性。
全厚度技术的实例及其约束如下：
·Z-pin：用于通过纤维束的层而堆叠强化，但是在***过程期间可能出现微结构缺陷。
·缝线：用于对包括纤维束的层的干纤维预制件进行增韧，但是在***过程中可能出现微结构缺陷。
·三维(3D)机织/3D针织/3D编织预制件，包括通常采用液体模塑方法施加的纤维束的层。然而，由于在制造过程期间引起的3D预制件内的纤维束错位，这些预制件可能限制于特定的几何形状。
图2示出了表征常规面纱、缝线和z-pin增韧复合材料的阿什比图，并且突出显示了以开孔压缩(OHC)强度和I型层间断裂韧性(Gic)之间的比值表示的面内性能的差距。图2示出了全厚度方法与面纱相比显著地增加了I型断裂韧性，并且利用z-pin可以增加高达1400％。然而，由于在其制造过程期间引起的微结构缺陷，全厚度增强降低了OHC强度方面的压缩特性和其他面内特性，另一方面，作为夹层应用的面纱显示出OHC的较低降低，其中在将面纱应用于包括纤维束的预制件期间，其对纤维束的破坏较小。然而，Gic的有效改善对于一些应用是不够的。因此，代表常规未实现的性能的差距是使用连续全厚度增强来获得较高的I型断裂韧性而不降低面内特性。
因此，需要一种通过复合材料实现连续性并且不降低面内特性的全厚度技术。本发明的实施方式满足了这种需要。
发明内容
本公开描述了一种包括三维网络的带，该三维网络包括附接到多个柱的二维网格。三维网络能以许多方式体现，包括但不限于以下实例。
1.一种包括二维网格的带，该二维网格包括第一组的第一细丝和第二组的第二细丝，其中，第一组的第一细丝在第一方向上对齐，并且第二组的第二细丝在第二方向上对齐以便与第一组的第一细丝相交；以及多个柱，其从二维网格延伸(例如，向上或向下)，使得第一组的第一细丝、第二组的第二细丝和多个柱形成三维网络。
2.根据实施方式1所述的带，其中，三维网络包括面纱夹层。
3.根据实施方式1或2所述的带，其中，三维网络是层压件的层之间的三维夹层。
4.根据实施方式3所述的带，其中，该层是层压件中的相邻层，该多个柱从二维网格延伸至最大距离，该最大距离在垂直于二维网格的方向上测量，并且该最大距离小于从二维网格到相邻层中的一个的底部(最接近表面)的间距。
5.根据实施方式3所述的带，其中，该层是层压件中的相邻层，该多个柱从二维网格延伸至最大距离，该最大距离在垂直于二维网格的方向上测量，并且该最大距离等于从二维网格到相邻层中的一个的顶部(距二维网格最远的表面)的间距，使得柱的顶端与层中的一个的顶部平齐。
6.根据实施方式3所述的带，其中，该层是层压件中的相邻层，该多个柱从二维网格延伸至最大距离，该最大距离在垂直于二维网格的方向上测量，并且该最大距离大于从二维网格到相邻层中的一个的顶部(距二维网格最远的表面)的间距，使得柱延伸穿过相邻层中的一个并位于其上方。
7.根据实施方式1至6中的一项或任何组合所述的带，具有以下尺寸中的一项或任何组合：
·柱具有在0.3毫米(mm)≤H≤5mm范围内的高度H。
·从二维网格延伸的柱在相邻柱之间具有在0.8mm≤SE≤5mm范围内的间距SE。
·第一组细丝中的相邻第一细丝之间的间距Sh为0.8mm≤Sh≤5mm。
·第二组细丝中的相邻第二细丝之间的间距Sv为0.8mm≤Sv≤5mm。
·柱具有在0.02mm≤Ed≤1mm范围内的平均直径Ed。
·第一组中的第一细丝和第二组中的第二细丝独立地具有在0.04mm≤d≤2mm范围内的直径Ed。
8.根据实施方式1至7中的一项或任何组合所述的带，其中，二维网格包括网状物，该网状物包括由第一细丝和第二细丝界定的孔隙，其中，该孔隙占网状物的表面积的40-80％之间，以便促进树脂灌注到带中。
9.根据实施方式1至8中的一项或任何组合所述的带，其中，柱以从零度到五度范围内的角度倾斜，其中，该角度介于穿过柱的基座和柱的顶端的线与垂直于二维网格的方向之间。
10.根据实施方式1至9中的一项或任何组合所述的带，其中，柱从第一细丝和第二细丝之间的交点延伸(例如，向上或向下)。
11.根据实施方式1至10中的一项或任何组合所述的带，其中，柱在第一细丝和第二细丝之间的交点之间的位置处从第一细丝或第二细丝延伸(例如，向上或向下)。
12.根据实施方式1至11中的一项或任何组合所述的带，其中，柱构造为钩到从第二带中的第二二维网格延伸的柱上，以便将带接合到第二带。
13.根据实施方式1至12中的一项或任何组合所述的带，其中，第一细丝、第二细丝和/或柱包括用于例如增材制造的材料，包括但不限于热塑性材料，例如聚酰胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)聚苯砜，或具有改性剂和/或内含物(例如碳纳米管、石墨烯、粘土改性剂、不连续纤维、表面活性剂、稳定剂、粉末和颗粒)的上述热塑性材料的混合形式。
14.根据实施方式1至13中的一项或任何组合所述的带，其中，柱包括拉制(drawn)材料。
15.根据实施方式1至14中的一项或任何组合所述的带，其中，第一细丝、第二细丝和/或柱包括热塑性材料或该热塑性材料的混合物。
16.根据实施方式1至15中的一项或任何组合所述的带，其中，柱从带的第一侧和带的第二侧延伸。
17.一种复合制品，包括：第一带，该第一带包括第一二维网格，该第一二维网格包括第一组的第一细丝和第二组的第二细丝，其中，第一组的第一细丝在第一方向上对齐，并且第二组的第二细丝在第二方向上对齐以便与第一组的第一细丝相交；以及柱的第一多个柱，其从第一二维网格延伸(例如，向上或向下)。复合制品还包括第二带，该第二带包括第二二维网格，该第二二维网格包括第三组的第三细丝和第四组的第四细丝，其中，第三组的第三细丝在第三方向上对齐，并且第四组的第四细丝在第四方向上对齐以便与第三组的第三细丝相交；以及柱的第二多个柱，其从第二二维网格延伸(例如，向上或向下)，其中，将柱的第一多个柱中的每个钩到第二多个柱中的一个上。
18.根据实施方式17所述的复合制品，还包括位于第一带和第二带之间的纤维束的层，其中，第一多个第一柱在第一二维网格上方或下方延伸至最大距离，该最大距离在垂直于第一二维网格的方向上测量，并且该最大距离小于从第一二维网格到最靠近第一二维网格的层的底部的间距。
19.根据实施方式17所述的复合制品，还包括位于第一带和第二带之间的纤维束的层，其中，柱的第一多个柱在第一二维网格上方或下方延伸至最大距离，该最大距离在垂直于第一二维网格的方向上测量，并且该最大距离等于从第一二维网格到距第一二维网格最远的层的顶部的间距，使得柱的第一多个柱的顶端与层的顶部平齐。
20.根据实施方式17所述的复合制品，还包括位于第一带和第二带之间的纤维束的层，其中，第一多个第一柱在第一二维网格上方或下方延伸至最大距离，该最大距离在垂直于第一二维网格的方向上测量，并且该最大距离大于从第一二维网格到层的顶部(距二维网格最远的层的表面)的间距，使得第一多个柱延伸穿过该层并位于其上方。
21.一种集成飞机结构，包括根据实施方式16所述的复合制品，还包括附接到第一带的蒙皮；附接到第二带的加强件；以及填充二维网格中的孔隙的树脂。
本公开还描述了一种制造复合制品的方法。该方法能以许多方式实施，包括但不限于以下实例。
22.该方法包括将纤维束的层定位在包括第一带和第二带的多个带之间，其中，每个带包括二维网格，该二维网格包括第一组的第一细丝和第二组的第二细丝，其中，第一组的第一细丝在第一方向上对齐，并且第二组的第二细丝在第二方向上对齐以便与第一组的第一细丝相交；以及多个柱，其从二维网格延伸，使得第一组的第一细丝、第二组的第二细丝和多个柱形成三维网络；并且第一带的柱进入纤维束之间的空间中。
23.根据实施方式22所述的方法，其中，该定位还包括将层铺设在第一带上，使得第一带的柱穿过层的纤维束之间的空间；以及将第二带定位在层上，使得第二带的柱钩到第一带的柱的已经穿过该空间的部分上。
24.根据实施方式23所述的方法，其中，该层是各自包括纤维束的多个层中的一个，并且该定位还包括将该多个层中的每个依次铺设在第一带上，使得：在每层中的纤维束之间的多个不同空间堆叠在彼此上方，并形成穿过所有层的多个堆叠开口，并且第一带的柱延伸穿过或进入堆叠开口；以及将第二带定位在层上，使得第二带的柱钩到第一带的柱的已经穿过或进入堆叠开口的部分上。
25.根据实施方式24所述的方法，其中，该层包括第一层和第二层；第一带的柱具有进入堆叠开口、穿过第一层并进入第二层的第一长度，并且第二带的柱具有进入堆叠开口并穿过第二层的第二长度，但是第二长度太短而不能到达第一层。
26.根据实施方式22至25中的一项或任何组合所述的方法，其中，该柱包括从二维网格的第一侧延伸的第一柱和从二维网格的第二侧延伸的第二柱。
27.根据实施方式26所述的方法，其中，该带包括第三带，该方法还包括将包括纤维束的附加层定位在第二带上，其中，第二带的第二柱朝向层延伸，并且第二带的第一柱朝向附加层延伸；以及将第三带铺设在附加层上，使得第三带中的第二柱钩到从第二带延伸的第一柱上，其中，第三带中的第二柱和/或第二带中的第一柱进入或穿过附加层中的纤维束之间的空间。
28.根据实施方式27所述的方法，其中，该层位于制品的第一部件中，附加层位于制品的第二部件中。
29.根据实施方式27所述的方法，其中，第一部件是集成飞机结构的加强件，并且第二部件是集成飞机结构的蒙皮。
30.根据实施方式22至29中的一项或任何组合所述的方法，还包括将树脂施加到三维网络中的第一细丝、第二细丝和柱之间的多个孔隙空间中的每个中。
31.一种制造复合制品的方法，包括附接多个带，该多个带包括第一带和第二带，其中，第一带附接到第一部件，第二带附接到第二部件，并且每个带包括：二维网格，其包括第一组的第一细丝和第二组的第二细丝，其中，第一组的第一细丝在第一方向上对齐，并且第二组的第二细丝在第二方向上对齐以便与第一组的第一细丝相交；以及多个柱，其从二维网格延伸，使得第一组的第一细丝、第二组的第二细丝和多个柱形成三维网络；其中，将第一带附接到第一部件；并且将第一带和第二带定位成使得第一带的柱钩到第二带中的柱上。
32.根据实施方式31所述的方法，其中，第一部件包括第一多个层，并且第二部件包括第二多个层，每个层包括纤维束。
33.根据实施方式31或32所述的方法，其中，该柱包括从二维网格的第一侧延伸的第一柱和从二维网格的第二侧延伸的第二柱，该多个带包括第三带和第四带，第一部件包括第三带并且第二部件包括第四带，第一带中的第一柱钩到第二带的第二柱上，第一带中的第二柱进入第一多个层中的一个中的纤维束之间的空间或朝向该空间延伸，并且钩到第三带的柱上，第二带中的第一柱进入第二多个层中的一个中的纤维束之间的空间或朝向该空间延伸，并且钩到第四带的柱上。
34.根据实施方式31至33中的一项或任意组合所述的方法，其中，在集成飞机结构中，第一部件是加强件，第二部件是蒙皮。
附图说明
现在参考附图，其中，相同的参考标号在全文中代表对应的部件。
图1示出了包括纤维束层的T形接头中的高应力集中区域。
图2示出了代表在常规结构中无法实现的性能(在实现断裂韧性和保持纤维束层的面内特性的方面)的差距。
图3A示出了根据本文描述的一个或多个实施方式的与纤维束结合的三维(3D)网络。
图3B示出了沉积在3D网络中的材料，该材料包括锚状物、直立部和基座。
图3C示出了其中空间由不同层中的纤维束限定的实施方式。图3D是图3C的顶视图。
图3E示出了其中树脂与复合材料结合的实施方式。
图3F示出了根据一个或多个实施方式的单侧3D打印的带(例如，以可渗透面纱夹层的形式)，其可以设置为连续的卷或带的形式，并且包含定向在面外(也叫做z平面)的柱的图案。
图3G示出了根据一个或多个实施方式的双侧3D打印的带(例如，以可渗透面纱夹层的形式)，其可以设置为连续的卷或带的形式，并且包含定向在面外(也叫做z平面)的柱的图案。
图3H示出了根据一个或多个实施方式的z平面短纤维和布置有基座的图案的关键几何特征。
图3I示出了在带的制造中使用的各种示例性参数。
图3J示出了根据一个或多个实施方式的伴随有熔化结合的单侧带。
图3K示出了根据一个或多个实施方式的具有纯机械结合的双侧带。
图3L示出了根据一个或多个实施方式的具有纯机械结合的双侧带。
图3M示出了根据一个或多个实施方式的设置为卷的带的剖视图。
图4示出了可用于制造本文所述的复合制品的示例性三维(3D)打印机。
图5是示出了根据一个或多个实施方式的制造复合制品的方法的流程图。
图6A示出了根据一个或多个实施方式的用于蜂窝网络的沉积期间的喷嘴的示例性轨迹。
图6B示出了本文所述的实施方式的用于制造带的示例性喷嘴运动。
图7A示出了使用细丝进给速率R＝0.5转每分钟和喷嘴速度F＝500mm/min的打印条件从锚状物拉制的示例性柱或纤维，该示例性柱或纤维具有150微米的直径、2.9mm的长度和6g/m2的面密度。
图7B示出了根据一个或多个实例的具有钩(例如，鹅颈形状的钩)的柱。
图8示出了根据一个或多个实例的在一侧包括直接沉积的3D带的纤维束的层。
图9示出了根据一个或多个实例的在两侧具有直接沉积的3D带的纤维束的层。
图10示出了包含如本文所述的复合制品的示例性T形接头。
图11A示出了根据一个或多个实例的制造复合制品的方法。
图11B示出了根据图11A所示的方法制造的复合制品。
图11C示出了根据图11A所示的方法制造的复合制品，其中，纤维束的多个层位于一对带之间。
图11D是图11C的实施方式的侧视图。
图11E示出了根据一个或多个实例的使用双侧带制造的复合制品。
图11F是图11E的实施方式的侧视图。
图12A示出了根据一个或多个实例的使用带来连接部件的方法。
图12B示出了根据一个或多个实例的使用带来连接部件的方法，其中，该部件也包括带。
图13示出了用于控制根据本文描述的实施方式的3D打印机的处理环境。
具体实施方式
在以下描述中，参考形成描述的一部分的附图，并且通过图示的方式示出了若干实施方式。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其他实施方式并且可进行结构改变。
技术描述
I.示例性结构
a.网络
本公开报告了一种包括细丝和柱的三维3D网络的带。在一个或多个实施方式中，带与复合材料中的纤维束组合，以便通过在裂纹遇到3D网络中的壁时引起裂纹偏转而不使复合材料的完整性降低来增强复合材料的韧性，从而证明优于热塑性面纱和常规全厚度技术的明显有利特性。具体地，全厚度方法在制造过程期间引起微结构缺陷，并且热塑性面纱具有有限的增韧效果。
图3A示出了示例性复合制品(300a)，其包括与网络(304)混杂或组合的多个纤维束(302)，该网络包括通过包括柱(368)的拉制材料(308b)连接的细丝层306。细丝层306包括第一细丝层306a和第二细丝层306b，并且多个柱(368)中的每个被从第一细丝层(306a)抽出并穿过纤维束(302)之间的不同空间(310)，以便将第一细丝层(306a)连接到第二细丝层(306b)。
包括拉制材料(308b)和细丝层(306)的网络(304)形成物理屏障，以减少复合制品(300a)中的裂纹(层间、层内和/或跨层裂纹)的扩展。在各种实例中，拉制材料(308b)在细丝层(306)之间倾斜，以便形成增加拉制材料(308b)的表面积并为裂纹产生更曲折的路径的非均匀几何形状。
在一个或多个实例中，由空间(310)隔开的纤维束(302)设置在层312(例如，包括片层312c)中，其中，层312包括第一层312a和第二层312b。纤维束302的每个层312(例如第一层312a)位于通过柱(368)连接的两个细丝层306之间，使得从第一细丝层(306a)抽出的多个柱(368)穿过第一细丝层(306a)和第二细丝层(306b)之间的纤维束(302)的第一层312a中的不同空间(310)。在一个或多个实施方式中，纤维束302各自包括增强纤维302b。
柱368包括柱368的第一多个柱366a，第一多个柱从第一细丝层306a延伸并与从第二细丝层306b延伸的第二多个柱366b形成互锁部395。
在所示实例中，柱368的多个柱366a、366b从细丝层306延伸至最大距离396，该最大距离在垂直于细丝层306的方向上测量，其中，最大距离396大于从细丝层306到纤维束302的相邻层312中的一个的顶部T2的间距398，使得柱延伸穿过纤维束的层312。顶部T2是第一层312a的距第一细丝层306a)最远的表面。在其他实例中，最大距离396小于从细丝层306到相邻层312中的一个的底部B的间距398，其中，底部是第一层312a的最靠近第一细丝层306a的表面。在又一实例中，最大距离396等于从细丝层306到纤维束的相邻层312中的一个的顶部T2的间距，使得柱368的顶端T与纤维束302的层312中的一个的顶部T2平齐。
在一个或多个实施方式中，使用3D打印机产生拉制材料(308b)、网络(304)的细丝层(306)和柱368；然而，该工艺在传统意义上不是3D打印，因为柱(368)不是逐层产生的。将3D打印机改为用作一种在x-y平面中将受控量的材料(314)沉积到纤维束302的层312上的工具，然后该工具利用材料(314)的塑性在竖直方向上拉动材料(314)。
图3B示出了一个实例，其中，用于制造网络(304)的工具利用材料(314)的塑性在竖直方向上拉动材料(314)，以形成具有高度H的细直股线或柱(368)。因此，沉积的材料(314)从锚状物(316)(具有宽度W和长度L)抽出并且形成包括基座(318)(例如，挤出基座)和直立部(320)(例如，挤出部)的柱(368)，直立部(320)具有沿着直立部(320)的平均直径Ed和相对于竖直方向(322)的角度θ。在一个实例中，在拉动期间，材料(314)也被进给或沉积以形成柱(368)。可控制材料(314)在沉积或拉动期间的工艺条件以获得柱(368)的各种形状。在一个或多个实例中，锚状物(316)上的基座(318)比柱(368)的直立部(320)部分厚。在一个或多个实例中，直立部(320)具有在0.13mm≤Ed≤0.23mm范围内变化的直径。在一个或多个实例中，直立部(320)是圆锥形或渐缩的或具有恒定的直径。
图3C和图3D示出了这样的实例，其中，层(338a、338b、338c、338d)包括复合制品(300b)中的片层(336a、336b、336c、336d)的堆叠，并且层(338a、338b、338c、338d)各自包括不同取向(370)的(例如，单向的)纤维束(340a、340b、340c、340d)。在此情况下，穿过多个层(338a、338b、338c、338d)或片层(336a、336b、336c、336d)产生空间(342)或孔隙(344)，并且空间(342)或孔隙(344)由不同的片层(336a、336b、336c、336d)或不同的层(338a、338b、338c、338d)中的纤维束(340a、340b、340c、340d)界定、限定或包围。
位于不同平面(346)中的片层(336a、336b、336c、336d)或层(338a、338b、338c、338d)包括相对于彼此以不同角度对齐或定向的纤维束(340a、340b、340c、340d)，以便限定孔隙(344)或空间(342)。在其中层(338a、338b、338c、338d)包括垫的一个实例中，每对相邻层(338a、338b、338c、338d)中的纤维束(302)彼此成90度并且被机织在一起。然而，在其他实例中，纤维束(340a、340b、340c、340d)可相对于彼此以任何角度(例如，45度)定向。在一个或多个实例中，柱(368)的高度H(见图3B)是限定孔隙(344)或空间(342)的层(338a、338b、338c、338d)或片层(336a、336b、336c、336d)的数量的函数。在一个或多个实例中，纤维束(340a、340b、340c、340d)之间的空间(342)在纤维束(340a、340c)之间的中间层(338b)中。
图3E示出了复合制品(300c)，其包括与纤维束302的层(312)和包括柱368的拉制材料(308b)结合的树脂(380)。
b.带
图3F至图3I示出了带350，其包括二维网格352，该二维网格包括细丝355(第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360)，其中，第一组354的第一细丝356在第一方向362(例如，x方向)上对齐，并且第二组358的第二细丝360在第二方向364(例如，y方向)上对齐，以便与第一组354的第一细丝356相交。带350还包括从二维网格352在面外方向365上(例如，向上382a或向下382b，例如，在z方向上)延伸的多个柱368，使得第一组354的第一细丝356、第二组的第二细丝360和该多个柱368形成三维网络390。图3F示出了包括从二维网格352的第一侧S1延伸(例如，向上)的柱368的单侧实施方式，并且图3G示出了包括从二维网格352的第一侧S1和第二侧S2延伸的柱368的双侧实施方式。在各种实例中，细丝层306包括二维网格352。
图3H至图3I示出了可根据带的所需的应用或特性来选择参数，例如柱368的图案和布置(例如z-平面短纤维)，柱以及其上构建柱368的基座(例如二维网格352)的高度、直径、表面纹理和间距。如图3H和图3I所示，参数包括但不限于柱的高度H、Eh、第一组354的第一细丝356的间距Sh、第二组358的第二细丝360的间距Sv、第一组中的第一细丝356的宽度dv、第二组中的第二细丝360的宽度dh、柱的平均直径Ed、柱沿着相对于垂直于二维网格352的方向322b的线322a的角度θ、包括第一细丝356和第二细丝360的二维网格352或网状物374的表面积A，以及柱368相对于第一细丝356和第二细丝360之间的交点398a的位置399。
表1.示例性参数
Figure GDA0004008080510000161
Figure GDA0004008080510000171
表2.其他示例性参数
θ＝相对于竖直方向的挤出角度 0°≤θ≤5°
<![CDATA[E<sub>h</sub>＝挤出高度]]> <![CDATA[0.5mm≤E<sub>h</sub>≤5mm]]>
<![CDATA[S<sub>E</sub>＝挤出间距]]> <![CDATA[1.5mm≤S<sub>E</sub>≤5mm]]>
<![CDATA[S<sub>h</sub>＝面内纤维之间的水平间距]]> <![CDATA[1.5mm≤S<sub>h</sub>≤5mm]]>
<![CDATA[S<sub>v</sub>＝面内纤维之间的竖直间距]]> <![CDATA[1.5mm≤S<sub>v</sub>≤5mm]]>
<![CDATA[E<sub>d</sub>＝挤出平均直径]]> <![CDATA[0.05mm≤E<sub>d</sub>≤0.23mm]]>
<![CDATA[d<sub>v</sub>＝竖直面内纤维的直径]]> <![CDATA[0.4mm≤d<sub>v</sub>≤2mm]]>
<![CDATA[d<sub>h</sub>＝水平面内纤维的直径]]> <![CDATA[0.4mm≤d<sub>h</sub>≤2mm]]>
其他实例包括但不限于选择参数以实现以下中的一个或多个。
1.受控的“孔隙空间”使得树脂和气体能够通过。孔隙空间(见图3H)是孔隙372，其包括第一细丝356、第二细丝360和柱368之间的体积自由空间，并且其旨在由树脂填充。在一个或多个实例中，孔隙372由第一细丝356和第二细丝360界定，并且孔隙包括的表面积占包括网状物374的二维网格352的表面积A的40-80％之间，以便促进将树脂灌注到带350中。在其他实例中，孔隙372由相邻的第一细丝356之间的间距Sh(例如，2mm≤Sh≤5mm)和相邻的第二细丝360之间的间距Sv(例如，2mm≤Sv≤5mm)限定。
2.带350具有包括二维网格352的基座，该二维网格是可渗透的但具有足够的柔性以形成带产品形式或卷产品形式。
4.第一细丝356、第二细丝360和柱368在包括z-方向的所有方向上(而不是仅在形成纤维束302之间的x-y平面层间区域的二维网格352中)形成围绕纤维束302的连续三维网络390。
3.三维网络390包括可渗透的面纱三维夹层，该面纱三维夹层包括与柱368组合的二维网格352，其中，柱368设置为定向在二维网格352的平面之外的短纤维的图案，使得当二维网格352定向在x-y平面中时，柱定向在z平面中或具有在z平面中的部件。
5.纤维束302的层312在室温环境条件下使用三维网络390容易地粘附或接合在一起。
6.三维网络390提供对纤维束302的层312、纤维束302中的增强纤维302b的损坏的减少或防止，其中，该损坏包括以其他方式将由穿过层312的缝合或销的全厚度***引起的损坏。因此，在一个或多个实例中，三维网络390实现显著的全厚度增韧(例如，通过层312)，而不牺牲复合制品(300a)的面内特性(例如，开孔压缩强度)。
7.该多个柱368形成有序架构，第一细丝和第二细丝的二维网络352形成柱的可渗透基座，并且其中，柱和/或二维网格使用增材制造技术来制造。
9.如图3J所示，柱368包括受控的架构，当两个或更多个三维网络390(包括三维夹层)的面或侧面相遇时，该架构使得柱368能够缠结，从而例如在纤维束302的层312之间产生接合机制。更具体地，图3J(也参考图3F和图3G)示出了包括带350的复合制品300d，带350包括连接到第二带350b的第一带350a。第一带350a包括第一二维网格352a，其包括第一组的第一细丝356和第二组的第二细丝360，其中，第一组354的第一细丝356在第一方向362上对齐，并且第二组358的第二细丝360在第二方向364上对齐，以便与第一组的第一细丝356相交；以及柱368的第一多个柱366a，该第一多个柱从二维网格352a延伸(例如，向上或向下)。第二带350b包括第二二维网格352b，其包括第三组的第三细丝356a和第四组的第四细丝360a，其中，第三组的第三细丝356a在第三方向上对齐，并且第四组的第四细丝360a在第四方向上对齐以便与第三组的第三细丝356a相交；以及柱368的第二多个柱366b，该第二多个柱从第二二维网格延伸(例如，向上或向下)，其中，柱368的第一多个柱366a中的每个与柱368的第二多个柱366b中的一个互锁395(例如，钩到其上、与其缠结、缠绕到其上或与其扭转，或与其缠结)。
10.图3J示出了单侧带实例，其中，第一带350a的柱368的第一多个柱366a与第二带350b的柱368的第二多个柱366b互锁395，第一带350a中的第一二维网格352a粘合393(例如，通过粘合剂熔化粘合或胶合)到纤维束302的第一层312a中的纤维束302，并且第二带350a中的第二二维网格352b粘合393(例如，通过粘合剂熔化粘合或胶合)到纤维束的第二层312b中的纤维束302。在一个或多个实例中，每个带350(包括第一二维网格352a的第一带350a和包括第二二维网格352b的第二带350b)中的二维网格352在特定位置处熔化粘合到纤维束302上，并且二维网格352比柱368厚以用于连接强度，从而形成有效的熔化粘合(即，Ed＜第一细丝356和第二细丝360的dh和dv)，因为形成熔化粘合需要比柱368之间的互锁395更多的材料314。在一些实施方式中，熔化粘合通过加热(例如，用热风枪或烘箱)置于纤维束302上的二维网格352以便局部熔化或软化二维网格352中的第一细丝356和第二细丝360并且促进或增加第一细丝356和第二细丝360在多个熔化粘合位置处粘合到纤维束302来实现。在一个或多个实例中，二维网格352越薄(dh和dv越小)，则二维网格352和纤维束302之间需要的熔化粘合位置越多，因为每个熔化粘合的强度与熔化以形成熔化粘合的二维网格352中的材料的量成比例。
图3K示出了包括双侧带的带350的实例，该双侧带包括从二维网格352的第一侧S1延伸(例如，向上)的柱368和从二维网格352的第二侧S2延伸(例如，向下)的柱368。在所示实例中，包括单双侧带的带350位于纤维束302的第一层312a和纤维束302的第二层312b之间。第一侧S1上的柱368与第一层312a中的纤维束302(或纤维束302中的增强纤维302b)互锁302a(例如，钩到其上或与其缠结)，并且带350的第二侧S2上的柱368与第二层312b中的纤维束302(或纤维束中的增强纤维302b)互锁(例如，钩到其上或与其缠结)。在一个或多个实施方式中，柱368机械地互锁302a(例如，通过柱368和纤维束302之间的物理或摩擦接触)，而在柱368和纤维束302之间没有熔化粘合或粘合剂。在一个或多个实例中，带350的二维网格352和柱368足够厚(即，第一细丝356的直径dv和第二细丝360的直径dh足够大)以用于连接强度，但是柱368可制成比二维网格352略薄(即，Ed＜dh和dv)，因为将施加在纤维束302的层312和二维网格352之间的应变分成足够大数量的柱368，使得每个柱368的应变可由比第一细丝356和第二细丝360薄的柱368维持。然而，在一个或多个实施方式中，与纤维束302互锁而没有熔化粘合的柱368的直径Ed比在带350和纤维束302之间包括熔化粘合或粘合剂的实施方式中的(图3J)更厚，因为互锁而没有熔化粘合或粘合剂的柱368必须适应每个柱更多的应变。
图3L示出了在纤维束的第一层312a和纤维束的第二层312b之间包括两个带350(第一带350a和第二带350b，每个为双侧带)的实施方式，其中，从第一带350a的第一侧S1延伸的柱与从第二带350b的第二侧S2延伸的柱368互锁(例如钩到其上)。从第一带350a的第二侧S2延伸的柱与第一层312a中的纤维束302(例如，纤维束中的增强纤维302b)互锁(例如，钩到其上)，并且从第二带350b的第一侧S1延伸的柱与第二层312b中的纤维束302(例如，纤维束中的增强纤维302b)互锁(例如，钩到其上)。在一个或多个实施方式中，柱368与其他柱368或纤维束中的增强纤维机械地(例如，通过物理或摩擦接触)互锁302a，而没有熔化粘合或粘合剂。然而，可将二维网格352和柱368制造得比在以下实施方式中更薄(即，Ed、dh和dv更薄)：(1)使用在第一层312a和第二层312b之间包括单双侧带的带350(如图3K所示)；或者(2)使用(图3J)的与第二带350b在第一层312a和第二层312b之间互锁的第一带350a——因为使用均为双侧带的两个带350增加了互锁395、302a的数量(在柱之间以及在柱和纤维束的层之间)，从而减小了每个柱所支撑的应变。在一个或多个实施方式中，层312包括层压件392的层，并且第一带350a和/或第二带350b包括形成面纱夹层394或3D夹层394a的三维网络。
因此，当应用多个带350时，产生与纤维束的层312缠结的三维网络390，其中，来自一个带350的柱368与相邻带350的柱368缠结(例如钩到其上)。这个所得到的三维网络390围绕纤维束302的多个层312形成，而不损坏或扭曲纤维束302中的增强纤维302b。柱368相互钩住的受控架构不仅提供了足够的粘合以将纤维束的层312保持在适当位置(例如，在室温下)，而且该钩住还在层压件392中的纤维束302周围产生第一细丝356、第二细丝360和柱368的三维网络390，以便使层压件392增韧。
用于制造二维网格352中的第一细丝356和第二细丝360和/或柱368(例如，z向纤维)的材料的实例包括但不限于在增材制造中使用的材料(例如，聚合物)。该聚合物可包括热塑性材料，例如聚酰胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯砜，或具有改性剂和/或内含物(例如碳纳米管、石墨烯、粘土改性剂、不连续纤维、表面活性剂、稳定剂、粉末和颗粒)的上述热塑性材料的混合形式。
在示例性实施方式中，纤维束302包括多束增强纤维302b。在各种实例中，增强纤维302b包括选自玻璃纤维、芳纶(kevlar)、碳和热塑性材料中的至少一种材料。
在一个或多个实例中，纤维束302被机织或布置成编织织物、机织织物、非卷曲织物或纤维部分。在其他实施方式中，纤维束被布置在具有狭缝或间隙(包括其之间具有间隙的平行束)、编织物或多轴增强件的单向带中。
在一个或多个实施方式中，纤维束302的层312各自包括预制件(例如，飞机或其他结构的预制部件)中的片层，使得预制件包括纤维束的多个层(片层)以及将多个层312紧固在一起的一个或多个带350。纤维束302可构造为形成包括垫的层312。在一个或多个实施方式中，纤维束的层312被认为是预制件中的(例如，干纤维)增强件，并且纤维束的层312可使用树脂380进一步紧固。
图3M示出了包括带350的卷37或设置成卷37的带。
II.示例性制造方法
a.结构制造
图4示出了示例性的3D打印机400，其包括出口(450)(例如，挤出喷嘴(402))、进料器(404)以及熔化器(406)，以用于进给材料(314)(例如，进给到包括纤维束的基层(408)的第一层312a上)，并包括用于在沉积材料(314)时支撑带350和/或层312的平台(410)(例如，打印床或基座)。示例性打印机400包括但不限于台式熔融沉积成型(FDM)3D打印机。在一个或多个实例中，3D打印机由执行计算机程序的软件控制。移动平台(410)和/或喷嘴(402)使得喷嘴(402)和带350/层312可以在x-y平面(412)中相对于彼此移动，并且在z方向(414)上竖直地向上或向下移动。
3D打印机可用于控制沉积材料的形态，使得沉积材料的关键元件包括锚状物(316)、基座(318)和直立部(320)，并且如果需要，包括在其上形成锚状物316、基座318和直立部320的二维网格352。在一个或多个实例中，用于组合包括三维网络(390)的带350和纤维束302的层(312)的过程如图5所示进行。
方框500表示在使出口和基层(408)/平台相对于彼此移动的同时，将来自出口(450)的材料首先在x-y平面(412)中然后在z方向(414)上沉积到基层(408)或平台上，以便使第一组的第一细丝356和第二组的第二细丝360形成为二维网格352和/或在第一位置处在二维网格352上形成锚状物(316)。
方框502表示在有或没有从出口(450)进给材料(314)的情况下，使出口(450)和平台(410)相对于彼此移动，使得锚状物(316)的一部分被抽出以产生柱(368)。在一个实例中，该步骤包括使喷嘴(402)在z方向(414)上向上拉动或移动预定距离(例如，5mm)，其中材料的进给或进给速率被关闭(没有从喷嘴(402)进给材料(314))，并且利用来自锚状物(316)中的材料(314)的纤维性来产生在z方向上形成柱368的直立部(320)。图7A示出了如何将锚状物(316)的一部分向上拉以产生柱368。图7B示出了具有包括钩36(例如，鹅颈形状的钩)的端部的柱368。在一个或多个实例中，钩36用于将纤维束302的一个层312(例如，片层)锚定到纤维束302的另一个层312(例如，片层)。
方框504表示使出口(450)和基层(408)/平台相对于彼此移动，使得出口(450)位于基层(408)或平台(410)上的下一个位置的上方。
方框506表示重复方框500至504中的步骤，以便产生在二维网格352上包括多个柱368的带350，该二维网格可选地也可以在基层(408)上。
图6A示出了根据一个或多个实施方式的用于形成柱368的喷嘴402的示例性轨迹，示出了随着喷嘴在x-y平面中移动时喷嘴正在挤出的时段、当喷嘴不挤出但通过使喷嘴402在z方向上移动而形成结构(例如，柱368)的时段，以及喷嘴不挤出且不形成结构的时段(例如，在柱368之间)。在一个或多个实例中，在喷嘴正在拉动或挤出以形成柱368时的时段期间，材料(314)也被从喷嘴进给、沉积或排出。
图6B示出了用于形成包括三维网络390的带350的喷嘴402的另一示例性轨迹，示出了形成x方向网格线(例如，第二细丝360)、y方向网格线(例如，第一细丝356)和柱368(例如，在z方向上)的喷嘴402。可使用多个喷嘴402以更快地制造。在一个实例中，第一喷嘴402a用于在x方向上制造第二细丝360，第二喷嘴402b用于在y方向上制造第一细丝356，并且第三喷嘴用于在z方向上制造柱368。在又一实例中，第一喷嘴402a用于制造第二细丝360，并且第二喷嘴402b用于制造第一细丝356和柱368)。
在各种实例中，带350附接或沉积(例如，使用粘合剂)到纤维束302的层312上，使得柱368的有效布置如图8所示(单侧)。图9示出了双侧实例，其中，第一带350a附接(例如，使用粘合剂)到纤维束302的层312的一侧S3上，并且第二带350b附接(例如，使用粘合剂)到纤维束的层312的相背对的侧S4上。
在图9的实例中，第二带350b的第二二维网格352b中的细丝可具有与第一带的第一二维网格352a中的细丝相同或不同的取向。因此，第一二维网格352a可包括第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360，其中，第一组的第一细丝在第一方向362上对齐，并且第二组的第二细丝360在第二方向364上对齐以便与第一组的第一细丝356相交；并且第二带350b可包括第二二维网格352b，该第二二维网格包括第三组354a的第三细丝356a和第四组358a的第四细丝360a，其中，第三组第三细丝356a在第三方向362a(与第一方向362相同或不同)上对齐，并且第四组358a的第四细丝360a在第四方向364a(与第二方向364相同或不同)上对齐以便与第三组354a的第三细丝356a相交。
方框508表示可选地将纤维束302的层(312)联接到柱368，使得一个或多个柱368在层312中的纤维束(302)之间通过。
方框510表示可选地定位第二带350b，使得第二带350b中的柱368与下层的第一带350a中的柱368缠结或钩到其上，以便将层312紧固或锁定到第一带350a和第二带350b之间的适当位置。
虽然纤维束的层312(包括基层408)或二维网格352可使用三维打印来制造，但是在其他实施方式中，层312和/或二维网格352使用不同于三维打印的一种或多种方法来制造。
可重复该过程以制备缠结在一起的多个带350和纤维束302的层312。
方框512表示可选的后处理步骤。尽管带350可以在室温下制造，但是包括带350和纤维束的层312的复合制品(300a)可以可选地加热，使得在柱368和纤维束的层312已经形成或沉积之后将材料(314)粘合到层312。在一个或多个实例中，3D网络(390)中的材料(314)在各种强度水平下粘合到纤维束(302)中的增强纤维302b，经受沉积的材料(314)的表面张力和材料(314)的熔化温度。可使用其他后处理技术，使用真空成形或辊，在三维中将纤维束(302)中的增强纤维302b和3D网络390加热并粘合在一起。
方框514表示可选地通过树脂(380)将纤维束302的层312和带350结合。树脂(380)可填充纤维束的层312与3D网络390之间的间隙或孔隙372。树脂可以使包括3D网络390的带350与纤维束302的层312粘合以形成复合制品300c。
方框516表示最终结果，即包括一个或多个带350的复合制品300a、300b、300c、300d。
b.示例性实施方式
复合制品300a、300b、300c、300d和/或带350能以许多方式实施。实例包括但不限于以下实例(参考图3至图9)中的一项或任何组合。
1.一种带350，该带包括二维网格352，二维网格包括第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360，其中，第一组354的第一细丝356在第一方向362上对齐，并且第二组358的第二细丝360在第二方向364上对齐以便与第一组354的第一细丝356相交；以及多个柱368，其从二维网格352延伸(例如，向上382a或向下382b)，使得第一组354的第一细丝356、第二组358的第二细丝360和多个柱368形成三维网络390。
2.根据实施方式1所述的带350，其中，三维网络390包括面纱夹层。
3.根据实施方式1或2所述的带350，其中，三维网络390是层压件392中的纤维束302的层338a、312之间的三维夹层(例如，三维网络介于第一层312a和第二层312b之间)。
4.根据实施方式3所述的带350，其中，纤维束的层338a、312(例如，第一层312a和第二层312b)是层压件392中的相邻层，多个柱368从二维网格352延伸至最大距离396，最大距离396在垂直于二维网格352的方向上测量，并且最大距离396小于从二维网格352到相邻层312、338a中最靠近二维网格352的一个层的底部B的间距398。
5.根据实施方式3所述的带350，其中，层338a、312(第一层312a和第二层312b)是层压件392中的相邻层，多个柱368从二维网格352延伸至最大距离396，最大距离396在垂直于二维网格352的方向上测量，并且最大距离396等于从二维网格352到相邻层312、338a中距二维网格最远的一个层的顶部T2的间距，使得柱368的顶端T与层312中的该一个层(例如，第一层312a)的顶部T2平齐。
6.根据实施方式3所述的带350，其中，层338a、312(例如，第一层312a和第二层312b)是层压件392中的相邻层，多个柱368从二维网格352延伸至最大距离396，最大距离396在垂直于二维网格352的方向上测量，并且最大距离396大于从二维网格352到相邻层312、338a中距二维网格352最远的一个层的顶部T2的间距，使得柱延伸穿过层338a、312中的该一个层(例如，第一层312a)并位于其上方(即，从其一侧至另一侧)。
7.根据实施方式1至6中的一项或任何适当组合所述的带350，具有以下尺寸中的一个或多个：
·柱368具有在0.3mm≤H≤5mm范围内的高度H。
·从二维网格352延伸的柱368在相邻的柱368之间具有在0.8mm≤SE≤5mm范围内的间距SE。
·第一组354的第一细丝中的相邻的第一细丝356之间的间距Sh为0.8mm≤Sh≤5mm，并且第二组358的第二细丝中的相邻的第二细丝360之间的间距Sv为0.8mm≤Sv≤5mm。
·柱368具有在0.02mm≤Ed≤1mm范围内的平均直径Ed。
·第一组354中的第一细丝356和第二组358中的第二细丝360独立地具有在0.04mm≤d≤2mm范围内的直径dv、dh。
·二维网格352包括网状物374，该网状物包括由第一细丝356和第二细丝360界定的孔隙372，其中，孔隙372占网状物374的表面积A的40-80％之间，以便促进将树脂380灌注到带350中。
·柱368以从零度到五度范围内的角度θ倾斜，其中，角度θ在穿过柱368的基座318和柱368的顶端T的线322a与垂直于二维网格352的方向322b之间。
8.根据实施方式1到7中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，柱368从第一细丝356和第二细丝360之间的交点398a延伸(例如，向上382a或向下382b)。
9.根据实施方式1至8中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，柱368在第一细丝356和第二细丝360之间的交点398a之间的位置399处从第一细丝356或第二细丝360延伸(例如，向上382a或向下382b)。
10.根据实施方式1至9中的一项或任何功能组合所述的带350，包括第一带350a，其中，第一带350a中的柱368构造为钩到、缠结到或交织到从第二带350b中的第二二维网格352b延伸的柱368，以便将第一带350a接合到第二带350b。
11.根据实施方式1至10中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，第一细丝356、第二细丝360和/或柱368包括用于增材制造的材料。
12.根据实施方式1至11中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，柱368包括拉制材料和/或纤维。
13.根据实施方式1至12中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，第一细丝356、第二细丝360和/或柱368包括热塑性材料或热塑性材料的混合物。
14.根据实施方式1至13中的一项或任何功能组合所述的带350(例如，粘合剂)，包括第一带350a，其中，柱368包括任何形状或构造，当将第一带350a和第二带350b压在一起时，该形状或构造适合于与包括第二带350b的相邻带上的柱368交织、机械互锁、缠结、混合、缠绕、连接、钩挂、粘附、锁定或者通过静电力或摩擦力附接到其上。这样，第一带350a和第二带350b彼此粘附。例如，柱368可以弯曲或倒塌在其自身上，或者具有均匀或不均匀的横截面。
15.一种复合制品300d，包括第一带350a(例如，根据实施方式1至14中的一项或任何组合所述的第一带)，该第一带包括第一二维网格352a，该第一二维网格包括第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360，其中，第一组的第一细丝356在第一方向362上对齐，并且第二组的第二细丝360在第二方向364上对齐以便与第一组的第一细丝356相交；以及柱368的第一多个柱366a，其从第一二维网格352a延伸(例如，向上382a或向下382b)。复合制品300d还包括第二带350b(例如，根据实施方式1至14中的一项或任何组合所述的第二带)，该第二带包括第二二维网格352b，该第二二维网格包括第三组354a的第三细丝356a和第四组358a的第四细丝360a，其中，第三组354a的第三细丝356a在第三方向362a上对齐，并且第四组358a的第四细丝360a在第四方向364a上对齐以便与第三组的第三细丝356a相交；柱368的第二多个柱366b，其从第二二维网格352b延伸(例如，向上382a或向下382b)，其中，柱368的第一多个柱366a中的每个钩到柱368的第二多个柱366b中的一个上。
16.根据实施方式15所述的复合制品，还包括介于第一带350a和第二带350b之间的纤维束302的层338a、312，其中，柱368的第一多个柱366a从第一二维网格352a延伸至最大距离396(例如，向上或向下)，最大距离396在垂直于第一二维网格352a的方向上测量，并且最大距离396小于从第一二维网格352a到层312、338a的底部B的间距398。
17.根据实施方式15所述的复合制品，还包括在第一带350a和第二带350b之间的纤维束302的层338a、312，其中，柱368的第一多个柱366a从第一二维网格352a延伸至最大距离396(例如，向上或向下)，最大距离396在垂直于第一二维网格352a的方向上测量，并且最大距离396等于从第一二维网格352a到相邻层312、338a中的一个层的顶部T2的间距，使得柱368的顶端T与层312中的该一个层的顶部T2平齐(顶部T2位于相邻层312的距第一二维网格352a最远的表面上)。
18.根据实施方式15所述的复合制品，还包括在第一带350a和第二带350b之间的纤维束302的层312、338a，其中，柱368的第一多个柱366a从第一二维网格352a延伸至最大距离396(例如，向上或向下)，最大距离396在垂直于第一二维网格352a的方向上测量，并且最大距离396大于从第一二维网格352a到相邻层312、338a中的一个层的顶部T2的间距，使得柱延伸穿过相邻层312、338a中的该一个层并位于其上方(即，从层312的一侧穿过至层312的另一侧)。顶部T2位于相邻层312的距第一二维网格352a最远的表面上。
19.一种集成飞机结构1000，包括根据实施方式15至18中任一项所述的复合制品，还包括附接到第一带350a的蒙皮；附接到第二带的加强件；以及填充二维网格352中的孔隙372的树脂380。
20.根据实施方式1至19中的一项或任何功能组合所述的复合制品300d，其中，纤维束302的层312在相邻带350之间，并且纤维束布置为形成包括纤维束的一个或多个编织物、包括纤维束的非卷曲织物、包括纤维束的机织或机织材料(包括三维机织或三维机织材料)，或者包括纤维束的单向带。
21.根据实施方式1至20中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，带350作为与纤维束302的层分开的产品来制造。
22.根据实施方式21所述的带350，其中，将带制造成带的卷，以便形成包括带的卷。
23.根据实施方式1至23中的一项或任何功能组合所述的复合制品300a、300b、300c、300d，包括第一带350a的柱与第二带350b的柱交织或混合，其中，该交织或混合包括机械互锁机构(例如，第一带350的柱包括钩，该钩钩到或互锁到包括环的第二带的柱上，或者第一带350的柱包括钩，该钩钩到或互锁到包括钩的第二带的柱上)。
24.根据实施方式1至23中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，带350包括具有材料组成和尺寸(例如，高度H、平均直径Ed、相邻柱368之间的间距SE)的柱368，第一细丝356和第二细丝360具有材料组成和尺寸(例如，相邻第一细丝之间的间距Sh、相邻第二细丝360之间的间距Sv、第一细丝和第二细丝的直径dv、dh)，使得带350具有在20≤Aw≤100克每平方米(gsm)范围内的面积重量Aw、45≤Aw≤60gsm的面积重量、大约50gsm的面积重量、大于6gsm的面积重量，或者至少40gsm或至少50gsm的面积重量，并且其中，面积重量是带350的每个单位面积(宽度×长度)的带350的总重量(柱368的重量+带中的第一细丝356的重量+带中的第二细丝360的重量)。
25.根据实施方式1至24中的一项或任何功能组合所述的带350，其中，柱368包括钩，或者每个柱具有包括钩的端部，例如，具有鹅颈形状或如图7B所示的钩。
26.根据实施方式1至25中的一项或任何功能组合所述的复合制品300d，包括带350，其将纤维束302的层312和带粘贴或锚定在一起，以便在室温下形成T形加强件预制件。
27.根据实施方式1至26中的一项或任何功能组合所述的复合制品300d，包括层压件，其中，带350包括具有材料组成和尺寸(例如高度H、平均直径Ed、相邻柱368之间的间距SE)的柱368，第一细丝356和第二细丝360具有材料组成和尺寸(例如相邻第一细丝之间的间距Sh、相邻第二细丝360之间的间距Sv、第一细丝和第二细丝的直径dv、dh)，并且层312包括具有材料组成和尺寸的纤维束302，使得与其中纤维束302的层不用带而紧固在一起的复合制品300d相比，当带的面积重量为2gsm或在2gsm≤Aw≤60gsm的范围内时复合制品300d表现出增加至少80％或至少200％的Gic。
在一个或多个实例中，包含z向纤维的柱368在中间细丝层(306)之间连接，以形成围绕纤维束(302)分布的连接的三维网络390。纤维束可包括以增强形式(包括编织物、机织物、非卷曲织物和单向形式)布置的纤维或细丝。细丝可以主要由碳、玻璃和/或芳族聚酰胺组成。与前述细丝组合的其他细丝也可包括聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酰亚胺、苯氧树脂和聚苯砜。包括增强纤维的多层纤维束可以用编织物、机织物、非卷曲织物和单向形式形成。柱在这些多层纤维束内的纤维束之间的孔隙空间内的位置与二维网格352一起产生(例如，热塑性的)网络(在x、y和z方向上)。
本领域技术人员理解，所讨论的带和/或纤维束的层的各种元件能以如本文所讨论的各种方式组合。
b.柱形态
可使用三维打印机(400)来控制沉积材料(314)的形态。在本文所述的说明性实施方式中，沉积材料(314)的关键元件包括锚状物(316)、基座(318)和直立部(320)，如图3B所示。
表3：根据打印设置形成的示例性挤出部和锚状物形态
Figure GDA0004008080510000331
Figure GDA0004008080510000341
注：尺寸范围很大程度上由喷嘴(402)直径、打印设置和用户输入(软件/编程语言)确定。在本文所述的任何实例中，柱368可定义为仅包括直立部(320)(不包括基座(318))。在其他实例中，柱368定义为包括基座(318)和基座(318)上的直立部(320)。高度H和平均直径Ed可以指例如基座(318)和直立部(320)的组合高度或直立部(320)的高度。
在一个或多个实例中，二维网格352和/或柱368具有帮助通过树脂机械互锁的粗糙或不规则的表面。
在一个或多个实例中，柱在基座(318)处较厚，柱368从该基座抽出。
示例性应用
在一个或多个实施方式中，本文所述的带350用于增韧在飞机上使用的复合材料，特别是在经受模式I或模式II载荷的高应力集中区域，例如，在集成飞机结构(IAS)中。集成飞机结构目前通过紧固件连接，该紧固件提供冗余源以促进由于复合材料的差的断裂韧性性质而导致的在另外的脆性环氧树脂中的可预测的失效。然而，使用紧固件的主要问题是其引起的重量增加，因为部件通常被制成比考虑到由于紧固件孔的高应力集中而所需的厚度的更厚。另外，由于螺栓和紧固件引起的复合材料失效在孔处局部地开始，但是然后倾向于在全厚度方向上扩展。通过增加断裂韧性并提供用于更可预测的失效的手段，IAS可使用本文所述的复合制品而更有效地接合。更具体地，本文所述的带350的实施方式改进了模式I和模式II断裂韧性，以提供需要采用的用于稳定复合材料失效的方式，从而减少用于连接复合材料部件的紧固件，或者最小化在机械接合时应用于部件厚度的安全系数。
此外，本文所述的方法有利于用干纤维预制件制造集成飞机结构的速率和成本有效的方法，该干纤维预制件包括纤维束302的多个层312，包括编织物、机织物和非卷曲织物。本文所述的带的实施方式不抑制树脂在纤维束的层312之间流动，并且有助于纤维束的层312的界面之间的结合强度。带350可以容易地放置成穿过机翼、机身、尾翼、边缘或整流罩，以使得能够在室温下铺设纤维束的层，具有使用手或一系列自动铺设技术的灵活性。图10示出了集成飞机结构1000的制品1052(T形接头1002)，其包括：第一部件1050(蒙皮1004)，其包括或附接到一个或多个带350；第二部件1054(加强件1006)，其包括或附接到一个或多个带350；以及树脂380，其填充带350的二维网格352中的孔隙372。如本文所示，带350可包括第一带350a和第二带350b，其中，从第一带350a延伸的柱368与从第二带350b延伸的柱368互锁。在一个或多个实例中，第一带350a附接到加强件的第一表面1010，并且第二带350b附接到蒙皮1004的第二表面1012(第一表面1010、第二表面1012、第一带350a和第二带350b在蒙皮和加强件之间的界面1008处)。在一个或多个实例中，集成飞机结构1000在飞机的机翼中。
根据本发明的实施方式的复合制品300a-300d和带350不限于在集成飞机结构中使用。本文所述的复合制品和带350可用于需要改善复合材料的损伤容限的任何应用中，例如，多用途三维面纱。
示例性复合制品制造方法
1.使用带紧固纤维束的层
图11A、图11B和图11C示出了制造复合制品1100的方法(也参考图3A至图3L和图10)。如图11A所示，该方法包括将纤维束302的一个或多个层338a、312(例如，第一层312a和/或第二层312b)定位在包括第一带350a和第二带350b的多个带350之间，其中，每个带350包括：
(1)二维网格352，其包括第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360，其中，第一组354的第一细丝356在第一方向362上对齐，并且第二组358的第二细丝360在第二方向364上对齐以便与第一组354的第一细丝356相交；以及
(2)多个柱368，其从二维网格352延伸，使得第一组354的第一细丝356、第二组358的第二细丝360和多个柱368形成三维网络390；
该定位使得第一带350a的柱368进入纤维束302之间的空间310。
1.图11A示出了该定位包括将层312(例如，第一层312a)铺设在第一带350a上，使得第一带350a的柱368的第一多个柱366a穿过该层312的纤维束302之间的空间310；以及将第二带350b(包括柱368的第二多个柱366b)定位在层312上，使得第二带350b的柱368的第二多个柱366b钩1102到第一带350a的柱368的第一多个柱366a的已经穿过空间310的部分1106上(如图11B所示)。在一些实施方式中，多个柱368穿过相同的空间310和/或多个柱368中的每个穿过不同的空间310。
2.层312是多个层(例如，第一层312a和第二层312b)中的一者，每者包括纤维束302，并且该定位包括：
a.将该多个层312中的每个顺序地铺设在第一带350a上，使得：
(i)每个层312中的纤维束302之间的多个不同空间310彼此堆叠，并且形成穿过所有或多个层312的多个堆叠开口1104(参见图11C和图11D)，以及
(ii)第一带350a的柱368的第一多个柱366a延伸穿过或进入堆叠开口1104(例如，多个柱368中的每个穿过不同的堆叠开口1104和/或多个柱穿过相同的堆叠开口1104)；以及
b.将第二带350b定位在层312上，使得第二带350b的柱368的第二多个柱366b中的至少一些钩到第一带350a的柱368的已经穿过或进入堆叠开口1104的部分1106上(如图11C和图11D所示)。
3.根据实施方式2所述的方法，其中，层312包括第一层312a和第二层312b；第一带350a的柱368的第一多个柱366a具有进入堆叠开口1104、穿过第一层312a并进入第二层312b的第一长度L1；并且第二带350b的柱368的第二多个柱366b具有进入堆叠开口1104并穿过第二层312b的第二长度L2，但是第二长度L2太短而不能到达第一层312a(如图11D所示)。
4.根据实施方式1至3中任一项所述的方法，其中，柱368包括从二维网格352的第一侧S1延伸的第一柱368c和从二维网格352的第二侧S2延伸的第二柱368d(例如，如图11E和图11F所示)。
5.图11E和图11F进一步示出了实施方式4的实施方式，其中，带350包括第三带350c，该方法还包括：
a.将包括纤维束302的附加层(第二层312b)定位在第二带350b上，其中，第二带350b的第一侧S1上的柱368(第一柱368c)朝向附加层(第二层312b)延伸，并且第二带350b的第二侧S2上的柱368(第二柱368d)朝向层312(例如，第一层312a)延伸；以及
b将第三带350c铺设在附加层(例如，第二层312b)上，使得第三带350c的第二侧S2上的多个柱368(第二柱368d)钩到从第二带350b的第一侧S1延伸(例如，向上)的柱(第一柱368c)上。从第三带350c的第二侧S2延伸的柱368(第二柱368d)和/或从第二带350b的第一侧S1延伸的柱368(第一柱368c)进入或穿过附加层(例如第二层312b)中的纤维束302之间的空间310。
因此，图11E和图11F示出了包括连接到第一带350a和第三带350c的第二带350b的双侧带实施方式。如本文所述，第一带350a包括第一二维网格352a，该第一二维网格包括在第一方向上对齐的第一组354的第一细丝356和在第二方向上对齐的第二组358的第二细丝360，第二带350b包括第二二维网格352b，该第二二维网格包括在第三方向上对齐的第三组354a的第三细丝356a和在第四方向上对齐的第四组358a的第四细丝360a，并且第三带350c包括第三二维网格352c，该第三二维网格具有第五组354b的第五细丝356b和第六组358b的第六细丝360b，其中，第五组的第五细丝在第五方向上对齐，并且第六组的第六细丝在第六方向上对齐以便与第五组的第五细丝356b相交。第一方向、第三方向和第五方向可以相同或不同，并且第二方向、第四方向和第六方向可以相同或不同。
第二带350b包括柱368的第二多个柱366b，其包括从第二二维网格352b的第一侧S1延伸(例如，向上)的柱368(第一柱368c)和从第二二维网格352b的第二侧S2延伸(例如，向下)的柱368(第二柱368d)。柱368(第二柱368d)从第三带350c中的第三二维网格352c的第二侧延伸(例如，向下)，以钩到从第二带350b的第一侧S1延伸的柱368(第一柱368c)或与该柱缠绕或交织。在一些实施方式中，多个柱368穿过同一空间310，和/或多个柱368中的每个穿过不同的空间310(或不同的柱368穿过不同的空间310)。
6.根据实施方式5所述的方法，其中，第一带350a、第二带350b和层312在制品1052的第一部件1050中；并且附加层(例如，第二层312b)和第三带350c在制品1052的第二部件1054中(如图11E和图10所示)。
7.根据实施方式6所述的方法，其中，第一部件1050包括集成飞机结构1000的蒙皮1004，并且第二部件1054包括集成飞机结构1000的加强件1006(如图11E和图10所示)。
8.根据实施方式1至7中任一项所述的方法，还包括将树脂380施加到第一带350a、第二带350b和/或第三带350c的三维网络390中的第一细丝356、第二细丝360和柱368之间的多个孔隙空间372b中的每个中。
2.使用带来附接部件
图12A和图12B示出了制造复合制品1200的方法(参考图3A至图3L和图10)。
该方法包括附接包括第一带350a和第二带350b的多个带350，其中，第一带350a附接到第一部件1050，并且第二带350b附接到第二部件1054。每个带350包括：
(1)二维网格352，其包括第一组354的第一细丝356和第二组358的第二细丝360，其中，第一组354的第一细丝356在第一方向362上对齐，并且第二组358的第二细丝360在第二方向364上对齐以便与第一组354的第一细丝356相交；以及
(2)多个柱368，其从二维网格352延伸，使得第一组354的第一细丝356、第二组358的第二细丝360和多个柱368形成三维网络。
该方法包括定位第一带350a和第二带350b，使得第一带350a的柱368的第一多个柱366a钩1210到第二带中的柱368的第二多个柱366b上。在一个或多个实例中，第一带350a的柱368的第一多个柱366a中的每者钩1210到第二带350b中的柱368的第二多个柱366b中的一个上。
该方法能以许多方式实施，包括但不限于：
1.第一部件1050包括层312的第一多个层1206(例如，第一层312a和第二层312b)，并且第二部件1054包括层312的第二多个层1208(例如，第一层312a和第二层312b)，每个层312包括纤维束302(如图12B所示)。
2.该方法，其中(如图12B所示)：
a.柱368包括从每个带350中的二维网格352的第一侧S1延伸的第一柱368c和/或从二维网格352的第二侧S2(与第一侧相对)延伸的第二柱368d；
b.多个带350包括第三带350c和第四带350d，第一部件1050包括第三带350c，并且第二部件1054包括第四带350d；
c.第一带350a的第一侧S1上的柱368(第一柱368c)钩1210到第二带350b的第二侧S2上的柱368(第二柱368d)上(例如，如图12A和图12B所示)；
d.第一带350a的第二侧S2上的柱368(第二柱366d)进入层312的第一多个层1206中的一个中的纤维束302之间的空间310中或朝向该空间延伸，并且钩到第三带350c的柱368上，以及
e.第二带350b的第一侧S1上的柱368(第一柱368c)进入层312的第二多个层1208中的一个中的纤维束302之间的空间310中或朝向该空间延伸，并且钩到第四带350d的柱368上。
在一个或多个实例中，第一带350a的第一侧S1上的每个柱368进入或延伸向层312的第一多个层1206中的不同空间310，和/或第二带350b的第二侧S2上的每个柱368进入或延伸向层312的第二多个层1208中的不同空间310。
3.该方法，其中，在集成飞机结构中，第一部件1050包括加强件1004，并且第二部件1054包括蒙皮1006。
图11A至图11F、图12A和图12B还示出了相邻带350(第一带350a和第二带350b)的柱368形成柱368的缠结对369，其包括与第二带350b的柱368绞合或缠绕的第一带350a的柱368。
优点和改进
液体模塑可用于将预制件(例如纤维束的层)快速且成本有效地成形为复杂形状，例如机织物、编织物和非卷曲织物。成形为肋或加强件的预制件可以与其他预制件(例如，成形为蒙皮的预制件)组合以形成整体结构。这导致在部件组装阶段时显著的零件数量和成本降低和/或消除紧固件。
然而，在传统的整体结构或层压件中的纤维束层之间的界面处的层间特性较差，因为增韧被限制在纤维束层的单个平面内。结果，使用了附加的增韧机制(紧固件、粗缝合或薄膜粘合剂)。例如：
(1)在纤维束的层中使用粗缝合以提高增韧；然而；其可能导致纤维束的微裂纹和损坏，导致面内层压件特性的降低。
(2)***在纤维束的多个层之间的物理屏障(例如，销)通过防止裂纹的面内扩展并引起其他增韧模式来增加韧性。然而，对于粗缝合，销的物理***导致纤维束的损坏和/或局部富含树脂的凹穴的产生。这些差异导致纤维束的层的面内特性的显著降低。
(3)薄膜粘合剂在灌注过程中阻挡树脂的流动，妨碍传统的液体模塑面纱在引起面外载荷的高应力位置处(例如T形接头的半径或过渡部(见图1))的增韧。在此情况下(其中剥离载荷在加强件的凸缘和蒙皮之间的过渡部处最高)，裂纹可容易地沿着阻力最小的路径(远离面纱的引入在纤维束的层之间以防止裂纹扩展的单层)扩展并跳到纤维束的另一非增韧层。
这些增韧机制需要一种折衷，这对于许多当前应用(例如，飞机结构)是不可行的。图2示出了市场上用于改善整体结构的层间韧性(面内和面外特性)的差距，特别是在整体结构中的纤维束(例如干纤维增强件)的层之间的接头或界面处，并且特别是对于使用液体模塑方法制造的那些结构。
使用本文公开的各种带实施方式，例如以下实施方式，克服了这些问题。
(i)一种卷形式的带350，包括可渗透的面纱夹层394，该面纱夹层能够使液体或气体转移通过可渗透的面纱夹层394的厚度。
(ii)带350容易地施加到纤维束(设置成编织物、机织物、带、非卷曲织物)的多个层312。
(iii)带350容易地位于纤维束的层312之间的界面处，并且也位于形成复杂预制件的纤维束的层338a、312之间。
(iv)第一带350a的柱368(例如，在z平面中包括短纤维)构造为当压在一起时与第二带的其他柱368缠结。
(v)缠结的柱368在包括纤维束的多个层312的层压件392的整个厚度上提供显著的增韧，而不牺牲层压件392的面内特性。
(vi)缠结的柱368使得纤维束302的层312能够保持在一起，以便支持纤维束的层312或包括层312的预制件的处理、铺设、组装和稳定。
(vii)一种易于使用连续增材制造技术制造的带，例如使得三维网络390能够显著降低纤维束层和集成飞机结构1000的铺设的成本。
(viii)一种带，其具有在纤维束的铺设过程中作为中间层添加的柱368，并且使得能够灵活地制造(手动或一系列自动沉积技术)。
(ix)柱368在纤维束的层312之间的有效缠结消除了使用升高的温度和装置来粘合纤维束的层312的需要。例如，柱368在纤维束的层312之间的有效缠结可在液体模塑工艺常见的室温环境条件下(例如，没有使用激光或加热装置实现的高温)实现，从而最小化自动化的资本费用并且使得能够使用重量较轻的协作机器人。
(x)复合制品300a、300b、300c和300d以高沉积速率沉积并使用环境温度条件来沉积。
(xi)一种不经历短工作寿命的带(与传统的薄膜粘合剂不同)。
(xii)带实施方式显著地增加了复合材料的韧性，使得复合材料可在飞机的高冲击损伤区域中的整体结构中使用。
处理环境
图13示出了用于实施控制本文描述的三维打印机(400)所需的处理元件的示例性***1300。
计算机1302包括处理器1304(通用处理器1304A和专用处理器1304B)和存储器，例如随机存取存储器(RAM)1306。通常，计算机1302在存储于存储器1306中的操作***1308的控制下操作，并且与用户/其他计算机接合以接受输入和命令(例如，模拟或数字信号)，并且通过输入/输出(I/O)模块1310呈现结果。计算机程序应用1312访问并操纵存储在计算机1302的存储器1306中的数据。操作***1308和计算机程序应用1312包括指令，当由计算机1302读取和执行时，这些指令导致计算机1302执行本文所述的操作。在一个实施方式中，实现操作***1308和计算机程序应用1312的指令明显地体现在存储器1306中，从而使得一个或多个计算机程序产品或制品能够执行本文所述的打印方法(例如，如图5中描述的)。因此，如本文使用的术语“制品”、“程序存储装置”和“计算机程序产品”旨在包括可从任何计算机可读装置或介质访问的计算机程序。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，包括：
第一带(350a)，包括：
第一二维(3D)网格(352a)，包括第一组(354)的细丝(355)和第二组(358)的细丝(355)，其中，第一组(354)的细丝(355)在第一方向(362)上对齐，并且第二组(358)的细丝(355)在第二方向(364)上对齐以便与第一组(354)的细丝(355)相交；以及
柱(368)的第一多个柱(1206、366a)，从第一二维(3D)网格(352a)延伸；以及
第二带(350b)，包括：
第二二维(3D)网格(352b)，包括第三组(354a)的细丝(355)和第四组(358a)的细丝(355)，其中，第三组(354a)的细丝(355)在第三方向(322b)上对齐，并且第四组(358a)的细丝(355)在第四方向(364a)上对齐以便与第三组(354a)的细丝(355)相交；以及
柱(368)的第二多个柱(1208、366b)，从第二二维(3D)网格(352b)延伸，其中，柱(368)的第一多个柱(1206、366a)中的每个钩到柱(368)的第二多个柱(1208、366b)中的一个上。
条款2.根据条款1所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，还包括位于第一带(350a)和第二带(350b)之间的纤维束(302)的层(312)，其中：
柱(368)的第一多个柱(1206、366a)从第一二维(3D)网格延伸至最大距离(396)，
最大距离(396)在垂直于第一二维(3D)网格(352a)的方向(322b)上测量，并且
最大距离(396)小于从第一二维(3D)网格(352a)到纤维束(302)的最靠近第一二维(3D)网格的层(312)的底部的间距(398)。
条款3.根据条款1所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，还包括位于第一带(350a)和第二带(350b)之间的纤维束(302)的层(312)，其中：
柱(368)的第一多个柱(1206、366a)从第一二维(3D)网格(352a)延伸至最大距离(396)，
最大距离(396)在垂直于第一二维(3D)网格(352a)的方向(322b)上测量，并且
最大距离(396)等于从第一二维(3D)网格(352a)到距第一二维(3D)网格最远的层(312)的顶部的间距(398)，使得柱(368)的第一多个柱(1206、366a)的顶端与层(312)的顶部平齐。
条款4.根据条款1所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，还包括位于第一带(350a)和第二带(350b)之间的纤维束(302)的层(312)，其中：
柱(368)的第一多个柱(1206、366a)从第一二维(3D)网格(352a)延伸至最大距离(396)，
最大距离(396)在垂直于第一二维(3D)网格(352a)的方向(322b)上测量，并且
最大距离(396)大于从第一二维(3D)网格(352a)到距第一二维(3D)网格9352a)最远的层(312)的顶部的间距(398)，使得柱(368)的第一多个柱(1206、366a)延伸穿过层(312)并位于其上方。
条款5.一种包括根据条款4所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)的集成飞机结构(1000)(1000)，还包括：
蒙皮(1004)，附接到第一带(350a)；
加强件(1006)，附接到第二带(350b)；以及
树脂(380)，填充第一二维(3D)网格和第二二维(3D)网格中的孔隙(344、372)。
条款6.一种制造复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)的方法，包括：
定位一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)，每个层(312、338a、338b、338c、338d)包括位于多个带(350)之间的纤维束(302)，多个带包括第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)，其中：
每个带(350)包括：
二维(3D)网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐以便与第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及
多个柱(368)，从二维(3D)网格(352)延伸，使得第一组(358)的第一细丝(356)、第二组(358)的第二细丝(360)和多个柱(368)形成三维(3D)网络(390)；并且
第一带(350)(350a)的柱(368)进入纤维束(302)之间的空间(310、342)。
条款7.根据条款6所述的方法，其中，该定位步骤还包括：
将一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)铺设在第一带(350)(350a)上，使得第一带(350)(350a)的柱(368)穿过该一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)的纤维束(302)之间的空间(310、342)；以及
将第二带(350)(350b)定位在该一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)上，使得第二带(350)(350b)的柱(368)中的至少一些钩(36、1102、1210)到第一带(350)(350a)的柱(368)的已经穿过空间(310、342)的部分(1106)上。
条款8.根据条款7所述的方法，还包括多个层(312、338a、338b、338c、338d)，并且其中，定位步骤还包括：
将该多个层(312、338a、338b、338c、338d)中的每个顺序地铺设在第一带(350)(350a)上，使得：
多个层(312、338a、338b、338c、338d)的每个层中的纤维束(302)之间的多个空间(310、342)彼此堆叠并形成穿过所有层(312、338a、338b、338c、338d)的多个堆叠开口(1104)，并且
第一带(350)(350a)的柱(368)延伸穿过或进入堆叠开口(1104)；以及
将第二带(350)(350b)定位在层(312、338a、338b、338c、338d)上，使得第二带(350)(350b)的柱(368)钩(36、1102、1210)到第一带(350)(350a)的柱(368)的已经穿过或进入堆叠开口(1104)的部分(1106)上。
条款9.一种制造复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)的方法，包括：
附接包括第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)的多个带(350)，其中：
第一带(350)(350a)附接到第一部件(1050)，并且第二带(350)(350b)附接到第二部件(1054)，并且
每个带(350)包括：
二维(3D)网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐以便与第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及
多个柱(368)，从二维(2D)网格(352)延伸，使得第一组(354)的第一细丝(356)、第二组(358)的第二细丝(360)和多个柱(368)形成三维(3D)网络(304、390)；并且
该附接包括将第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)定位成使得第一带(350)(350a)的柱(368)钩(36、1102、1210)到第二带(350)(350b)中的柱(368)上。
条款10.根据条款9所述的方法，其中：
第一部件(1050)包括层(312、338a、338b、338c、338d)的第一多个层(1206、366a)，并且第二部件(1054)包括层(312、338a、338b、338c、338d)的第二多个层(1208、366b)，每个层(312、338a、338b、338c、338d)包括纤维束(302)。
条款11.根据条款10所述的方法，其中：
柱(368)包括从二维网格(352)的第一侧延伸的第一柱(368)(368c)和从二维网格(352)的第二侧延伸的第二柱(366d、368d)柱(368)，
多个带(350)包括第三带(350c)带(350)和第四带(350)(350d)，第一部件(1050)包括第三带(350c)，并且第二部件(1054)包括第四带(350)(350d)，
第一带(350)(350a)中的第一柱(368)(368c)钩(36、1102、1210)到第二带(350)(350b)的第二柱(368)上，
第一带(350)(350a)中的第二柱(366d、368d)柱(368)进入或延伸向层(312、338a、338b、338c、338d)的第一多个层(1206、366a)中的一个中的纤维束(302)之间的空间(310、342)，并且钩(36、1102、1210)到第三带(350c)带(350)的柱(368)上，并且
第二带(350)(350b)中的第一柱(368)进入或延伸向层(312、338a、338b、338c、338d)的第二多个层(1208、366b)中的一个中的纤维束(302)之间的空间(310、342)，并且钩(36、1102、1210)到第四带(350)(350d)的柱(368)上。
条款12.根据条款9所述的方法，其中，在集成飞机结构(1000)中，第一部件(1050)是加强件(1006)，并且第二部件(1054)是蒙皮(1004)。
条款13.一种带(350a)，包括：
二维(3D)网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐以便与第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及
多个柱(368)，从二维(3D)网格(352)延伸，使得第一组(354)的第一细丝(356)、第二组(358)的第二细丝(360)和多个柱(368)形成三维(3D)网络(390)。
条款14.根据条款13所述的带(350)，其中，柱(368)以从零度到五度范围内的角度θ倾斜，其中，角度θ介于穿过柱(368)中的一个柱的基座(318)和柱(368)中的一个柱的顶端的线(322a)与垂直于二维(3D)网格(352)的方向(322b)之间。
条款15.根据条款13所述的带(350)，其中，柱(368)从第一细丝(356)和第二细丝(360)之间的交点(398a)延伸。
条款16.根据条款13所述的带(350)，其中，柱(368)在第一细丝(356)和第二细丝(360)之间的交点(398a)之间的位置(399)处从第一细丝(356)或第二细丝(360)延伸。
条款17.根据条款13所述的带(350)，其中，第一细丝(356)、第二细丝(360)和/或柱(368)包括热塑性材料或热塑性材料的混合物。
条款18.根据条款13所述的带(350)，其中：
第一组(354)的第一细丝(356)中的相邻第一细丝(356)之间的间距(398)Sh为0.8mm≤Sh≤5mm，并且
第二组(358)的第二细丝(360)中的相邻第二细丝(360)之间的间距(398)Sv为0.8mm≤Sv≤5mm。
条款19.一种制造复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)的方法，包括：
定位一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)，每个层(312、338a、338b、338c、338d)包括位于多个带(350)之间的纤维束(302)，多个带包括第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)，其中：
每个带(350)包括：
二维(3D)网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐以便与第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及
多个柱(368)，从二维(3D)网格(352)延伸，使得第一组(358)的第一细丝(356)、第二组(358)的第二细丝(360)和多个柱(368)形成三维(3D)网络(390)；并且
第一带(350)(350a)的柱(368)进入纤维束(302)之间的空间(310、342)。
条款20.根据条款19所述的方法，其中，带(350)包括第三带(350c)，方法还包括：
柱(368)包括第一柱(368)(368c)和第二柱(366d、368d)；
第一柱(368)(368c)从第一带(350)(350a)和/或第二带(350)(350b)中的二维(3D)网格(352)的第一侧延伸；
第二柱(366d、368d)柱(368)从第一带(350)(350a)和/或第二带(350)(350b)中的二维(3D)网格(352)的第二侧延伸；
将包括纤维束(302)的附加层(312)定位在第二带(350)(350b)上，其中，第二带(350)(350b)的第二柱(366d、368d)包括朝向一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)延伸的柱(368)，并且第二带(350)(350b)的第一柱(368)(368c)朝向附加层(312)延伸；以及
将第三带(350c)带(350)铺设在附加层(312)上，使得第三带(350c)带(350)中的第二柱(366d、368d)钩(36、1102、1210)到从第二带(350)(350b)延伸的第一柱(368)(368c)上，其中：
第三带(350c)中的第二柱(366d、368d)柱(368)和/或第二带(350)(350b)中的第一柱(368)(368c)进入或穿过附加层(312)中的纤维束(302)之间的空间(310、342)。
条款21.根据条款20所述的方法，其中，一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)在制品(1052)的第一部件(1050)中，附加层(312)在制品(1052)的第二部件(1054)中。
条款22.根据条款21所述的方法，其中，第一部件(1050)是整体飞机结构(1000)的加强件(1006)，并且第二部件(1054)是整体飞机结构(1000)的蒙皮(1004)。
条款23.根据条款19所述的方法，还包括将树脂(380)施加到三维(3D)网络(390)中的第一细丝(356)、第二细丝(360)和柱(368)之间的多个孔隙空间(310、342)中的每个中。
条款24.根据条款19所述的方法，其中，一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)在制品(1052)的第一部件(1050)中，附加层(312)在制品(1052)的第二部件(1054)中。
条款25.根据条款24所述的方法，其中，第一部件(1050)是整体飞机结构(1000)的加强件(1006)，并且第二部件(1054)是整体飞机结构(1000)的蒙皮(1004)。
条款26.根据条款19所述的方法，还包括将树脂(380)施加到三维(3D)网络(390)中的第一细丝(356)、第二细丝(360)和柱(368)之间的多个孔隙空间(310、342)中的每个中。
本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对此构造进行许多修改。例如，本领域技术人员将认识到，可使用以上部件的任何组合，或者任何数量的不同部件、***设备和其他装置。
总结
此部分总结了本公开的优选实施方式的描述。已经为了说明和描述的目的而提出了优选实施方式的以上描述。其并非旨在是穷举的或将本公开限制于所公开的精确形式。根据以上教导，许多修改和变化是可能的。目的是权利范围不是由本详细描述限制，而是由所附权利要求限制。

Claims (16)

1.一种复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，包括：
一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)，每个所述层(312、338a、338b、338c、338d)包括位于多个带(350)之间的纤维束(302)，所述多个带包括第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)，其中，每个所述带(350)包括：
二维网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，所述第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且所述第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐，以便与所述第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及
多个柱(368)，从所述二维网格(352)延伸，使得所述第一组(354)的第一细丝(356)、所述第二组(358)的第二细丝(360)和所述多个柱(368)形成三维(3D)网络(390)，并且
所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)进入所述纤维束(302)之间的空间(310、342)中。
2.根据权利要求1所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、
300d)，其中，所述三维(3D)网络(390)是位于包括面纱夹层的层压件(392)的层(312、338a、338b、338c、338d)之间的三维(3D)夹层(394a)。
3.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、
300c、300d)，其中，所述柱(368)具有在0.3mm≤H≤5mm范围内的高度H。
4.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，其中，从所述二维网格(352)延伸的所述柱(368)在相邻柱(368)之间具有在0.8mm≤SE≤5mm范围内的间距(398)SE。
5.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，其中：
所述柱(368)具有在0.02mm≤Ed≤1.0mm范围内的平均直径Ed。
6.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，其中，所述第一细丝(356)和所述第二细丝(360)各自独立地具有在0.04mm≤d≤2mm范围内的直径d。
7.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，其中，所述二维网格(352)包括网状物(374)，所述网状物包括由所述第一细丝(356)和所述第二细丝(360)界定的孔隙(344)，其中，所述孔隙(344)包括所述网状物(374)的表面积的介于40-80％之间的表面积，以便促进将树脂(380)灌注到所述带(350)中。
8.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)，其中，所述第一带的所述柱(368)构造为钩(36、
1102、1210)到从所述第二带(350b)中的第二二维网格(352b)延伸的柱(368)上，以便将所述第一带(350a)接合到所述第二带(350b)。
9.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、
300c、300d)，其中，所述柱(368)从所述带(350)的第一侧(S1)和所述带(350)的第二侧(S2)延伸。
10.根据权利要求1或2所述的复合制品(1100、1200、300a、300b、
300c、300d)，其中，所述柱(368)通过拉制形成。
11.一种制造复合制品(1100、1200、300a、300b、300c、300d)的方法，包括：
定位一个或多个层(312、338a、338b、338c、338d)，每个所述层(312、338a、338b、338c、338d)包括位于多个带(350)之间的纤维束(302)，所述多个带包括第一带(350)(350a)和第二带(350)(350b)，其中：
每个所述带(350)包括：二维网格(352)，包括第一组(354)的第一细丝(356)和第二组(358)的第二细丝(360)，其中，所述第一组(354)的第一细丝(356)在第一方向(362)上对齐，并且所述第二组(358)的第二细丝(360)在第二方向(364)上对齐，以便与所述第一组(354)的第一细丝(356)相交；以及多个柱(368)，从所述二维网格(352)延伸，使得所述第一组(354)的第一细丝(356)、所述第二组(358)的第二细丝(360)和所述多个柱(368)形成三维(3D)网络(390)；并且
所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)进入所述纤维束(302)之间的空间(310、342)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，定位步骤还包括：
将一个或多个所述层(312、338a、338b、338c、338d)铺设在所述第一带(350)(350a)上，使得所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)穿过一个或多个所述层(312、338a、338b、338c、
338d)的所述纤维束(302)之间的所述空间(310、342)；以及
将所述第二带(350)(350b)定位在一个或多个所述层(312、338a、338b、338c、338d)上，使得所述第二带(350)(350b)的所述柱(368)中的至少一些柱钩(36、1102、1210)到所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)的已经穿过所述空间(310、342)的部分(1106)上。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括多个层(312、338a、338b、
338c、338d)，并且其中，定位步骤还包括：
将多个所述层(312、338a、338b、338c、338d)中的每个层顺序地铺设在所述第一带(350)(350a)上，使得：每个所述层(312、
338a、338b、338c、338d)中的所述纤维束(302)之间的多个空间(310、342)彼此堆叠并形成穿过所有所述层(312、338a、338b、338c、338d)的多个堆叠开口(1104)，并且所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)延伸穿过或进入所述堆叠开口(1104)中；以及
将所述第二带(350)(350b)定位在所述层(312、338a、338b、
338c、338d)上，使得所述第二带(350)(350b)的所述柱(368)钩(36、1102、1210)到所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)的已经穿过或进入所述堆叠开口(1104)中的部分(1106)上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述层(312、338a、338b、
338c、338d)包括第一层(312)(312a)和第二层(312b)；
所述第一带(350)(350a)的所述柱(368)具有进入所述堆叠开口(1104)、穿过所述第一层(312)(312a)并进入所述第二层(312b)的第一长度，并且
所述第二带(350)(350b)的所述柱(368)具有进入所述堆叠开口(1104)并穿过所述第二层(312b)的第二长度，并且所述第二长度太短而不能到达所述第一层(312)(312a)。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其中：
所述柱(368)包括第一柱(368)(368c)和第二柱(366d、368d)，
所述第一柱(368)(368c)从所述第一带(350)(350a)和/或所述第二带(350)(350b)中的所述二维网格(352)的第一侧延伸，并且
所述第二柱(366d、368d)柱(368)从所述第一带(350)(350a)和/或所述第二带(350)(350b)中的所述二维网格(352)的第二侧延伸。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述带(350)包括第三带(350c)，所述方法还包括：
将包括所述纤维束(302)的附加层(312)定位在所述第二带(350)(350b)上，其中，所述第二带(350)(350b)的所述第二柱(366d、368d)包括朝向一个或多个所述层(312、338a、338b、338c、338d)延伸的所述柱(368)，并且所述第二带(350)(350b)的所述第一柱(368)(368c)朝向所述附加层(312)延伸；以及
将第三带(350c)带(350)铺设在所述附加层(312)上，使得所述第三带(350c)带(350)中的所述第二柱(366d、368d)钩(36、1102、1210)到从所述第二带(350)(350b)延伸的所述第一柱(368)(368c)上，其中：
所述第三带(350c)中的所述第二柱(366d、368d)柱(368)和/或所述第二带(350)(350b)中的所述第一柱(368)(368c)进入或穿过所述附加层(312)中的所述纤维束(302)之间的所述空间(310、342)。
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