由復合材料制造3d物體的方法【專利摘要】本發(fā)明提供一種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體是相對堅固且輕重量的，并且具有復雜的三維配置。該方法涉及使一系列成形的材料分段各自與層壓面結合，以形成物體，在該物體被層壓時，該物體使內層壓物和外層壓物連結在一起以形成一個結構構件陣列。該方法提供了增加的優(yōu)點是可以不使用模具形成該物體?！緦＠f明】由復合材料制造3D物體的方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明涉及由復合材料制造的相對堅固且輕重量的3D物體的生產?！?br>背景技術：
】[0002]對于用于建造所有類型的物體（諸如交通工具，包括船舶和飛行器）的堅固輕重量材料的需求持續(xù)不斷。在20世紀50年代，玻璃纖維是造船業(yè)和航空器業(yè)的一項創(chuàng)新。[0003]基于20世紀50年代的技術，已經提出了許多提供堅固輕重量材料的提議。這些提議包括：復合材料在陽/陰模具中的使用，諸如在McGuiness的美國專利5,526,767中；它在閉式模具中的使用，如在〇'Neill的美國專利4,910,067中；以及抵抗沖擊損壞的改進混合玻璃纖維復合材料，諸如在Kismarton的美國專利7,740,392中公開的。[0004]CMN的GB1307868始于1970年且公開了泡沫制造的條板在船體的建造中的使用。每個條板的橫向橫截面是恒定的并且具有懸伸的片材料，該片材料被設計成當以一系列膠合在一起時覆蓋相鄰條板。[0005]Day的美國專利No.5462623公開了用在結構和非結構應用中的大體矩形板和坯料的生產。[0006]Baig的美國專利No.2007/0054102公開了用于建造墻壁、懸吊天花板等的復合輕重量板的生產，而Artzer的美國專利No.4336676涉及面板的生產，且Kohn的美國專利No.4536427公開了夾在樹脂增強玻璃纖維片材之間的無麻可勾畫輪廓芯（Scrimlesscontourablecore)〇[0007]雖然上述提議可以解決具有高強度重量比的輕重量材料的生產的一些問題，但因為使用困難和/或高生產成本（特別是涉及復雜3D物體的生產），所以它們并不完全令人滿意。物體的設計的另一些變化可能涉及增加成本的新模具的生產。[0008]上文對現有提議或產品的引用或描述不意在并且不被解釋為對本領域中公知常識的聲明或承認。【
發(fā)明內容】[0009]在本發(fā)明的第一個方面，提供一種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體是相對堅固且輕重量的并且具有復雜的三維配置，所述方法包括步驟：a)提供多個適當成形的分段，所述分段結合在一起成為所述三維配置，每個分段包括具有延伸至其一個邊緣的合適的層壓面的合適的芯材料，所述配置具有包含所述邊緣的第一表面和第二表面；b)層壓或者以其它方式密封所述表面和邊緣；c)其中所述層壓面形成連接所述第一表面和第二表面的一系列結構腹板；以及d)其中當所述分段被順序組裝時，所述分段向初期(nascent)配置提供剛度。[0010]本發(fā)明部分基于本發(fā)明人出人意料的認識一可以使用I型梁狀結構材料腹板來制造復雜3維物體，其中第一表面和第二表面（它們對應于I型梁的加蓋凸緣（cappedflange))形成該物體的連續(xù)外表面。具體地，該方法涉及使一系列成形的材料分段中的每一個與層壓面結合以形成期望的物體，當被層壓時，該物體使內層壓和外層壓連結在一起以形成一個結構構件陣列。該方法提供的額外優(yōu)點是可以不使用模具形成該物體。這意味著對物體的設計的改變不會引入必須生產新模具的昂貴步驟。[0011]術語"物體"指任何物體，其中期望使用復合材料制造相對堅固且輕重量的物體。該術語還包括物體的一部分。設想了眾多物體，例如但不限于壓力或真空容器、可運輸的液體箱諸如在油輪上的、用于卡車或實用性運載工具的車輛橋梁部分或坡道、人工操作的坡道或橋梁、用于艦船的滾裝滾卸坡道、真空管、飛行器翼或其它飛行器零件、飛行器機身、飛行器燃料箱、太空艙、船舶、皮艇、獨木舟、汽車車身、雪地車車身、火車車廂、救生艙，風力渦輪葉；幾乎任何重量減輕是優(yōu)勢的物體。此外，本發(fā)明可被用來生產一個"栓"，使得模具可被制造用于常規(guī)制造的玻璃纖維物體。[0012]術語"復合材料"指兩種或更多種不同材料的組合物。在此文本中，復合材料指層狀復合物，所述復合物可以具有泡沫填充物和增強材料諸如玻璃纖維（玻璃增強塑料）。[0013]術語"相對堅固且輕重量"意味著是對于其重量而言比較堅固并且指相對高的強度重量比。強度重量比是材料的強度之間的關系，諸如在給定負載下強度的偏移除以支撐該負載的材料的重量。[0014]術語"復雜3維配置"指形狀或在步驟a)的情況下在形狀前體（precursor)之上，該形狀前體并非起初是平的或2維的但是它具有彎曲或再彎曲的輪廓，諸如被成形為流體動力學的或空氣動力學的物體，且還包括環(huán)形物體、中空物、管狀物體以及具有腔的物體。[0015]術語"適當成形的分段"指用于建造物體的片材或塊。例如，如果期望建造船的船體，則分段中的每個都被切割成符合該船體的橫截面的對應區(qū)域的形狀。類似地，如果期望制造沖浪板，分段中的每個都被切割成符合該沖浪板的縱向截面的對應區(qū)域的形狀。[0016]術語"合適的芯材料"指基底或支架（scaffold)并可以具有起到基底或支架作用的任何合適的輕重量材料。該材料可以是本質上多孔的，諸如聚氨酯、聚氨酯硬質泡沫、聚苯乙烯硬質泡沫、波紋鋁箔或輕木。在某些實例中，芯可以顯著增加物體的強度，這要取決于基底的選擇。該芯材料可以是與結構/層壓材料兼容并且與物體的預期用途兼容的任何相對輕重量材料。[0017]術語"合適的層壓面"指與芯材料兼容的堅固或結構材料并且具有合適的強度以在正常使用條件下向物體提供結構完整性。該層壓面具有足夠的材料厚度以在給定重量限制內提供結構益處。該層壓面可以是由如下制成的：玻璃增強塑料（GRP)等、玻璃纖維、芳綸纖維、樹脂或塑料（諸如，聚酯和環(huán)氧樹脂）碳纖維增強材料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙酮-丁醇-乙醇（ABE)、鋁或其它合適的材料。[0018]術語"延伸至分段的一個邊緣"指層壓結構覆蓋分段的面一直至該分段的邊緣。[0019]通過任何適當的方式使所述分段結合在一起。在某些情況下，使用與層壓面相同的材料。[0020]在GRP和聚氨酯泡沫的情況下，浸漬纖維的樹脂使纖維結合至泡沫，從而形成層壓面。將使用此同樣的材料以使所述分段結合在一起。最常見地，此材料是聚酯或環(huán)氧樹脂。[0021]術語"第一表面和第二表面"指在層壓或密封之前物體的外表面。該外表面可具有內側和外側或以其他方式相對的表面，所述相對表面可以在物體的周緣（諸如例如沖浪板的邊緣）周圍相遇。[0022]術語"層壓或以其他方式密封"指提供一個結構材料層，諸如是在成形的分段的層壓面上所使用的材料或類似的材料。[0023]術語"結構腹板（web)"指結構材料葉片（vane)或長條（strip)。優(yōu)選地，腹板被設置成垂直于或大體上垂直于所述第一表面和第二表面。如上文提及的，所述第一表面和第二表面通常是物體（諸如，船的船體）的內側和外側或例如沖浪板的頂側和底側。[0024]腹板是通過密封層壓面的外表面和邊緣形成的。這些腹板將表面連結在一起，以形成貫穿所述物體的一個I型梁狀結構陣列，層壓結構形成與I型梁中的加蓋凸緣的功能等同的單一或整體陣列。具體地，層壓結構以提供最大粘附的方式結合到芯材料和腹板的邊緣，從而為物體提供拉伸和扭曲強度。[0025]在本發(fā)明的第二方面，提供了一種生產由復合材料制造的物體的方法，該物體具有復雜的三維配置而且相對堅固并輕重量，該方法包括步驟：a)提供多個成形的分段，所述分段對應于得自被分割成平面的物體的設計的概念性分段；其中b)所述成形的分段由復合材料制造，該復合材料包括結合到相對輕重量基底材料層的合適的結構材料層，所述結構材料延伸至所述成形的分段的一個邊緣；c)接合所述分段以產生該配置；以及d)將結構材料涂層施加到該物體的表面，使得通過所述層和涂層將該物體連結在一起，從而提供強度和剛度；其中e)通過該材料自身提供該配置而不需要模具。[0026]術語"概念性分段（notionalsection)"指在物體制造之前在計劃或設計階段概念化的分段。這通常是由設計者使用設計領域技術人員公知的計算機軟件完成的。[0027]術語"得自被分割成平面的物體的設計"指物體（例如，船的船體）概念上被切片成橫向的或其它段（segment)。該過程產生的成形的段具有對應于概念上被切片的平面的兩個表面。這兩個表面通過大體上對應于船體在那個位置處的輪廓的邊緣而接合。盡管大多數情況下平面是平的，但是也可以設想彎曲平面。[0028]術語"合適的結構材料層"指為物體提供結構完整性的一個或多個材料層。所述層所利用的結構材料可以不同于被用作涂層的結構材料。該結構材料可以是任何合適的材料，諸如，玻璃增強塑料（GRP)等、玻璃纖維、芳綸纖維、樹脂或塑料（諸如，聚酯和環(huán)氧樹脂）碳纖維增強材料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS)、丙酮-丁醇-乙醇（ABE)、鋁片材或其它合適的材料。[0029]術語"相對輕重量基底材料層"指可能屬于與結構材料相比相對輕的任何合適的填充物材料，諸如，聚氨酯、聚氨酯硬質泡沫、聚苯乙烯硬質泡沫或輕木。[0030]優(yōu)選地，所述分段的尺寸和形狀被設定成使得每個分段向所述設計的形式提供準確的導向。在物體的組裝期間每個分段的遞增添加提供了無模具方法。[0031]優(yōu)選地，已經完成的物體中的成形的分段的邊緣限定物體的輪廓或外形。[0032]優(yōu)選地，所述成形的分段具有變化的橫向橫截面。[0033]優(yōu)選地，所述成形的分段是通過切割、研磨、磨削、雕刻或以其他方式使材料成形的工藝生產的。[0034]優(yōu)選地，所述成形的分段是用機器或任何其它適當裝置切割成的片材材料制成的。例如，可以采用通過CNC軟件引導的、使用合適的切割工具的計算機數值控制銑削機器。[0035]片材可以具有任何適當厚度。該厚度可根據材料、工程、經濟變化較大。腹板可以是相對的稀疏或極其緊密的在一起，因此片材可以非常厚或者非常薄的。對于沖浪板來說1〃到2〃是適當的。此厚度是可購得的并且便于CNC銑削機工具進行加工。該厚度也與沖浪板的形狀的工程方面和間隔開1或2英寸的腹板的增強優(yōu)點良好配合。[0036]可選地，分段具有這樣的形狀，當被接合時，層壓面或結構材料層是平行的或大體平行的，因此提供整個材料上的均勻間隔的腹板或連結件。替代地，分段可以是從片材材料切割出的，該片材材料在提供楔形成形的分段的一個軸線上具有可變錐形厚度，導致不平行的層壓面或結構材料層。當構建球形、圓錐形或圓柱形外部輪廓（其中腹板被徑向定位）時這是有利的，因此提供了增大的縱向強度。具有可變間隔的腹板也是有益的，因此在物體的高應力區(qū)域允許更高的強度。這可以通過從不同厚度的片材切割出的分段來實現。[0037]優(yōu)選地，至少一些層壓面或結構材料層的平面大體垂直于物體的表面。[0038]本發(fā)明還提供了一種用于制造復合材料物體的組件，該物體具有根據一個設計的復雜的三維配置并且相對堅固且輕重量的，該組件包括：a)多個成形的分段，所述分段對應于得自被分割成平面的物體的設計的概念性分段；其中b)所述成形的分段由復合材料制造，該復合材料包括結合到相對輕重量基底材料層的結構材料層，所述結構材料延伸至所述成形的分段的一個邊緣；所述分段可接合以產生所述配置，所述配置具有包含該邊緣的第一表面和第二表面，由此結構材料涂層可施加到該物體的表面，使得通過所述層和涂層將該物體連結在一起，從而提供強度和剛度；其中c)通過該材料自身可提供該配置而不需要模具。[0039]本發(fā)明還涉及一種在所述方法中使用的或在所述組件中包含的復合材料片材，該復合材料片材包括一個具有合適的層壓面的合適的基底材料，所述片材具有對應于所述成形的分段的切口。本發(fā)明還提供了一種由復合材料制造的物體的設計，所述物體具有復雜的三維配置，所述設計是計算機可讀形式、機器可讀形式或CNC可生產的形式。[0040]本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明的所述方法制造的物體。[0041]優(yōu)選地，本發(fā)明的方法將被用來生產輕重量車輛車身、飛行器零件、車輛部件、風力渦輪葉、船舶、包括船舶船體、沖浪板等。[0042]在本發(fā)明的另一方面，提供一種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體是相對堅固且輕重量的并具有復雜的三維輪廓，所述復合材料包括具有泡沫或纖維特性的支架材料以及具有纖維和樹脂特性的結構材料，其中所述方法包括結合一系列復合材料的成形的分段，以形成所述物體，所述成形的分段對應于所述輪廓的至少一部分，當被層壓時，所述物體將所述結構材料連結在一起以形成貫穿所述物體的一個結構構件陣列?！緦＠綀D】【附圖說明】[0043]現將參照下列非限制例示性圖描述本發(fā)明。[0044]圖1是沖浪板的截面立體圖。[0045]圖2是復合材料的截面視圖，包括已組裝的分段，其中第一表面和相對的表面層施加有表面層壓物。[0046]圖3是未被涂覆的三體船船體的立體圖的示意性表示。[0047]圖4是成形的分段的截面?zhèn)纫晥D。[0048]圖5是成形的分段的前視圖。[0049]圖6是三體船船體模型的立體圖?！揪唧w實施方式】[0050]已完成的物體，諸如沖浪板100是由成形的分段50組成的并且具有結構腹板或I型梁45,該I型梁45與外部層壓表面70連接或連結（tie)到外層壓表面70。分段50的尺寸和形狀被設定成使得每個分段為所需的設計形式提供準確引導?？梢詮膱D2中看到被提供以結構完整性的腹板45,其中復合材料20包括被層壓面40限制的標準聚氨酯泡沫的芯/基底30。層壓面40是結構材料層，它和在接合過程中所用的材料一起創(chuàng)建腹板45。因此，復合材料20包括被輕重量芯材料分隔的結構材料層，該輕重量芯材料在該已完成的物體中提供夾層復合物。[0051]根據設計（下文討論）從復合材料片材20切割出分段50。[0052]為了制造一個物體，分段50被組裝并被結合在一起以形成未被涂覆的物體諸如船體200(見圖3)。分段50的接合可以是通過任何合適的結合方式。當組裝分段時，液體樹脂涂層被涂抹、滾涂或噴涂到一個表面上且使相鄰的分段就位。用多個分段重復該過程并適當夾緊直到樹脂固化。作為成形過程的一部分，可以鉆出孔55以容納定位銷來確保分段50的準確布置。最佳的是通過完成初始切割的同一機器和工具進行鉆孔以實現完美的準確度。在需要大分段50的情況下，這些大分段可以由較小子分段并通過對接接頭65接合制成。這使材料的有效使成為可能?？赏ㄟ^將任何對接接頭從分段偏移到分段或通過在對接接頭處使用鍵（key)輪廓（諸如楔形榫）來使得由這些對接接頭導致的結構整體性的可能降低最小化。[0053]依據物體的尺寸和其它考慮，用適當的支撐和夾具布置，可在一個連續(xù)過程中組裝整個物體。替代地，能夠以任何適當尺寸的模塊的組合組裝物體（如圖6中所示）并允許在模塊單元最終組裝之前固化。[0054]必要時，邊緣52是流線型化（fair)的，以去除過量的芯和層壓面（再加強(re-enforcement)材料），從而使該結構成為所需的期望的設計規(guī)格（見圖6中虛線所指示的"設計線"）。替代地，分段50被切割成使得邊緣52精確地對應于物體的期望的輪廓，從而所需的流線型化最少或不需要流線型化。[0055]-旦已經由分段50組裝成期望的復雜3-D形狀（例如未被涂覆的成形船體200)，則它準備好施加結構再增強材料的表面層。通過應用所選擇的材料以形成外部層壓表面70來層壓或以其他方式適當地處理第一表面61和第二表面62。這允許外部層壓表面70起到為該物體提供堅硬外表層或外骨骼的結構元件的作用。表面61和62被涂覆成使得它們與層狀結構再增強材料的邊緣52相交，從而形成內部I型梁或腹板45,內部I型梁或腹板45在平行于分段的層壓表面的至少一個平面中為結構提供額外的強度或剛度。[0056]重要的是，處理切割邊緣52和其表面修整，以向結構材料的表面層提供最佳的可能結合。[0057]在GRP被用作結構再增強材料的情況下，通過用高速旋轉工具的切割，邊緣52將稍微被"羽化"。這意味著玻璃纖維被從樹脂材料拉出并分離。因此，羽化使得其自身非常好地結合到表面層，其中在外部層結合或涂覆過程中，這些松散的纖維與表面層形成整體。[0058]本領域的技術人員將理解，芯材料30可以是厚度（t)的片材形式且芯材料厚度(t)與層壓面40形式的結構增強材料（s)的比根據3D物體的重量和強度要求而變化。[0059]實施例1:復雜3D物體的生產[0060]可以通過以下步驟生產復雜3D物體：[0061]步驟1.設計物體，在三維中形成一個平面圖，通過策略性隔開的平面將該平面圖分割成多個分段，以便提供一系列3維形式的分段輪廓。通過CAD或CAM計算機軟件方便地設計該3維形式。利用軟件應用中可用的工具，可以容易地生成一個平面陣列和輸出到個體文件和/或被限定為個體物體的輪廓。這些物體或文件可以是2維或3維的，這取決于步驟3中將采用的機器切割工藝的類型。[0062]在CAD/CAM設計過程期間，可以提供余量以確保在步驟4中被執(zhí)行的每個分段的恰當對準。這是通過為每個相鄰輪廓分段分配匹配鉆孔點實現的。在步驟3期間（切割過程），在步驟4中每個分段組裝之前，這些鉆孔點都被CNC鉆成特定尺寸以提供暗榫定位銷的插入。[0063]步驟2.-個平的結構材料片材被結合到提供復合構造材料片材的一個平的輕重量芯材料片材。通過步驟1中平面的間隔確定該復合構造材料片材的總厚度。替代地，如果需要分段形成非平行腹板，則可從芯材料的固體塊切割出楔形分段。在聚氨酯泡沫的情況下，可以利用"熱線"切片機。可利用交替切片，具有相反角度的交替切片可以方便地允許在每次切片之前將新的結構材料層結合到塊的表面。[0064]如本領域的技術人員應理解，復合構造是以從使用的每種材料的特性中獲得優(yōu)點的方式使用多種材料的概念。在這種情況下，"結構"材料具有高機械強度但是相對較重。芯材料是輕重量的而且具有足夠的剛度以支撐其框架結構中的結構材料。通過所要求的強度與重量比和整體工程設計確定結構層的厚度和芯層的厚度。[0065]步驟3.從復合構造材料切割出所設計的3維物體的分段輪廓。[0066]通過CAD/CAM軟件或"嵌套"軟件預先布置和定向每個分段輪廓以有效地使用復合材料片材，從而減少浪費。通過具有真空設備的CNC機械（例如，三軸或五軸銑削機臺(routertable))最容易地執(zhí)行此切割過程，以夾緊復合材料片材。[0067]復合片材被放置到工作臺，其中結構層在最上面，使得切割工具完全穿透結構層。芯材料不需要一直切穿：在底面處一小部分芯材料未被切割以便當切割進行時將分段輪廓穩(wěn)固地保持在就位是有益的。替代地，機器可以留下接片（tab)以確保片材保持完整。在這種方式中，然后可以將整個片材從工作臺提升并且將其輸送，其中在所有分段輪廓被需要之前，所有分段輪廓被保持就位。具有成形的分段切口（cutout)的完整片材還可被提供作為用于制造物體的組件（kit)的一部分。[0068]簡單的3軸銑削機臺將切割具有垂直于輪廓面表面的邊緣的分段輪廓。然而，使用具有以如由3D形式的輪廓確定的且通過CAD/CAM軟件解釋的多個角度切割輪廓邊緣的能力的CNC機械是有利的，在此情況下5軸機器是有必要的。[0069]步驟4.分段輪廓彼此相關地以恰當順序、定向和位置遞增地結合在一起，以提供3維形式。步驟1中的CAD/CAM設計過程允許每個分段恰當對準。在每個分段組裝之前插入鉆孔點內的暗榫定位銷，因此提供完美的對準。[0070]步驟5.3維形式的外表面和內表面被機械地流線型化以實現期望的規(guī)格。[0071]如果分段輪廓具有垂直于面表面的切割邊緣表面，則機械地流線型化可能是必要的。在所設計的3維形式的外表面和內表面不垂直于分段輪廓的面的情況下，產生臺階式表面，其需要機械地或人工地流線型化。這將是在CAD/CAM設計過程期間需要考慮的。如果CNC機械加工被用來提供分段輪廓的非垂直邊緣，則為了獲得適合步驟6的表面，一些流線型化處理是仍有必要的。[0072]步驟6.通過確保3維形式的外表面和內表面層與分段結構材料的暴露邊緣穩(wěn)固結合的合適的結合工藝將結構材料施加到3維形式的外表面和內表面。[0073]表面結構材料與分段結構材料的相交處提供了一個"I"型梁元件陣列，且通過適當結合獲得每個分段輪廓的平面中的優(yōu)越的強度和剛度。在GRP結構材料的情況下，在切割期間將玻璃纖維從增強樹脂撕裂。這些纖維的松散端部與表面層纖維嚙合，形成更強結合。[0074]實施例2:三體船船體的生產[0075]通過利用Rhinoceros(Rhino)的CAD設計14英尺三體船的船體外表面和內表面。這是由RobertMcNeelMssociates公司開發(fā)的獨立的、基于NURBS的三維建模軟件。這些外表面和內表面理論上被切片成26mm厚的"分段"并且沿著鉆孔點--這些鉆孔點用于確保對零件進行恰當定位組裝的每個零件的定位釘--由這些分段形成用于CNC機械加工的零件。每個零件被輸出到其自己的單獨的DXF文件。此14'的船體有922個零件。[0076]商品名為Divinycel1?(DIAB)的聚氨酯芯材料被用于該三體船船體的芯材料或基底材料。Divinycel1?是相對昂貴的但被海洋應用認定。最常見的成片尺寸為8X4'和1〃厚且密度為60kg/m3,被用于本項目。[0077]玻璃纖維被用作用于形成層壓面和表面的結構材料。許多類型和配置的玻璃纖維織物（cloth)是可用的，最常見的是具有在兩個90度相對方向上的纖維的編織的雙軸。其它最常見的類型隨機方向的"織物"通常被稱為"墊（mat)"。所有都是在重量或密度范圍內可提供的并且通常用盎司標稱，例如，4盎司織物是1平方碼干織物的重量。最初6盎司雙方向織物被用于層壓到泡沫片材以形成與芯材料成一體的"肋"或"腹板"。隨后使用8盎司的織物，如下文所描述的。[0078]包括結構材料層壓面和表面通常由通過某些類型的纖維（最常見是玻璃纖維）增強的某些類型的樹脂制造。存在兩種主要類型的樹脂：聚酯和環(huán)氧樹脂。兩種類型存在很多等級，但環(huán)氧樹脂是日益受歡迎的，這主要是因為由聚酯涉及毒素所導致的與聚酯的使用相關的安全考量和嚴格規(guī)定。[0079]通過"手糊（handlayup)"技術構造該船體，其中所有玻璃纖維織物都是通過手施加的而不是通過模制。環(huán)氧樹脂被使用，主要是因為增加的強度使得高"強度重量比"最大化。[0080]所使用的環(huán)氧樹脂的類型被分類為以5:1的比與"慢"硬化劑混合的層壓環(huán)氧樹脂（具有最低粘度）。工作時間（樹脂保持足夠的液態(tài)以滲入玻璃纖維）的額定值為25分鐘。貯存期（potlife)未被額定并且完全決定于已經混合的樹脂的體積?；旌系臉渲a生熱量并且熱量加快固化反應，這導致熱逃逸。因此，對于任何超過100ml的量，貯存期可能僅僅是5分鐘。[0081]一個8X4'的I〃60kg/m3泡沫片材被層壓有用環(huán)氧樹脂浸漬的一層6盎司的玻璃纖維織物。稍后發(fā)現三層層壓結構提供了更大的結構優(yōu)勢。[0082]一組零件文件被輸入到在線"嵌套"服務，該在線"嵌套"服務布置和定向零件以實現對材料的最有效使用。此服務輸出了一組16個DXF文件，每個文件代表一個8X4'片材，平均疊加58個零件，其中鉆孔點在一個單獨的層上，而零件號碼標記在圖的另一層上。材料用量僅44.5%，考慮到大多數零件的不規(guī)則形狀且實際上每一個都是不同的形狀和尺寸?？梢呀浻闷渌短总浖崿F了更好的材料用量百分比用量。CNC銑削應用和CAD/CAM軟件經常具有嵌套工具。[0083]67個零件的DXF文件被提交給本地標牌（sign)制造企業(yè)，本地標牌制造企業(yè)輸入到他們的銑削軟件應用和計算的工具路徑。通過具有真空夾緊工具的8X4'CNC3軸銑削臺來切割片材。該67個零件包括船的船頭的第一個22〃。零件的尺度準確度超出預期，測量值距規(guī)格小于〇.1mm。片材按請求沒有一直切穿，且在該片材的底部的薄層被留在原位以在完成每次切割時零件在該片材內保持就位并用于該片材的輸送。整個操作在一個小時內完成。[0084]將零件從片材中分離，并用定位釘干燥地組裝并檢查裝配。所有都完美地裝配。用5分鐘環(huán)氧樹脂將3/16〃的木制定位釘膠合就位（每個零件兩個釘）。[0085]該船體是以橫向分隔的8個模塊建造的。然后以位于平的表面上的最大的零件開始用相同的層壓環(huán)氧樹脂將針對每個模塊（見圖6中某些模塊）的零件膠合在一起。每個模塊的膠合過程所用時間少于10分鐘。夾緊裝置將所有零件按壓在一起同時環(huán)氧樹脂固化從而產生未經加工的"栓（plug)"。[0086]為了試驗流線型化過程，使用5〃軌路式砂光機將過量的泡沫從該中央船體的一個表面去掉。該過程用時若干分鐘。當組裝整個船體時，使用帶式砂光機來加速該過程。內表面需要填充有樹脂和玻璃微球的輕重量混合物。[0087]在流線型化過程期間，變得清楚的是，流線型化比填充更快和更容易。該輕重量填充物仍重于芯材料，從而增加了不必要的重量。外部上的臺階式表面產生泡沫芯的直角臺階并且很容易被打磨掉以滿足作為打磨導向的腹板的邊緣。在內表面上，臺階式表面由泡沫芯支持的暴露的腹板組成。正如外表面，使用臺階的內拐角做導向將暴露的腹板和泡沫容易地打磨掉。這樣的影響是船體壁的設計厚度的一些損失，因此為了將來的設計在物體表面不垂直于分段的地方將考慮該影響。當打磨內凹表面時，使用適合直徑的旋轉打磨鼓或打磨擋葉輪（flapperwheel)。本發(fā)明人使用電鉆和電筒式研磨機。在大半徑曲線上可使用軌路式砂光機或帶式砂光機。[0088]在模塊被組裝在一起之前，每個模塊的內表面被層壓，以允許更容易接入。當模塊被粘合在一起時，又一次用環(huán)氧樹脂，通過另一些纖維玻璃層內部精整接頭。[0089]本發(fā)明人注意到，在零件的膠合期間，可以使用每個模塊的頂部和底部模板(template)。底部分段被放置在平的表面上并且通過可由薄膠合板或類似物組成的模板對準。將使用與切割零件相同的機械和方法切割此模板。這將在多個零件構成一個分段的情況下確保正確的輪廓。當模塊的所有零件被組裝時并且在膠開始固化之前，將安裝頂部模板。它也將形成夾緊裝置的一部分。用這種方式，模塊被保持處于完美的對準，使得能夠容易地將模塊裝配在一起。[0090]通過利用5軸銑削機臺并切割所有零件的適當成角度邊緣，可以最小化或消除流線型化過程/填充過程。在這種情況下，將不需要表面流線型化。這將允許建造者利用纖維玻璃層壓物的粗糙切割邊緣。在顯微鏡下注意到，在打磨之后玻璃纖維的松散端部已經被整齊切斷。這將減小腹板和表面層之間的結合強度。通過5軸銑削機，表面將足夠平滑以實現表面纖維玻璃直接應用到具有"毛絨（furry)"邊緣的機器切割表面。流線型化的化合物將被添加在纖維玻璃層的頂部上方以精整。[0091]雖然本發(fā)明人不能夠定位合適的5軸銑削機臺并使用利用2軸機器的"臺階式"構造方法，但他注意到如果將利用5軸機器，則2DDXF文件到3D文件的轉換并不難。[0092]在船體的生產中，采用打磨作為準備后續(xù)將樹脂應用在固化的樹脂表面上的方式。其它常用的表面處理方法是應用溶劑或用水洗。[0093]本發(fā)明人發(fā)現已完成的船體具有令人深刻的剛度和輕重量并且認為在維持高程度結構完整性的同時可以實現重量的進一步減少。[0094]實施例3:材料測試[0095]根據本發(fā)明的方法制造測試梁樣品。測試梁由IOOmm寬的梁組成，該梁具有腹板和3層8盎司環(huán)氧樹脂玻璃纖維表面和60kg/m3的聚氨酯泡沫。梁厚度為28mm且腹板在縱向26毫米處幾乎對稱的間隔開，每個梁4個腹板。制造的其它測試梁樣品在標準的夾層復合配置中沒有腹板。這些梁也是IOOmm寬的并且也在上表面和下表面上使用3層8盎司環(huán)氧樹脂玻璃纖維。制造3個不同厚度的梁，其中1.0〃、1.5〃和2.0〃的密度為60kg/m3的泡沫產生的梁厚度分別為27.5mm,40.5mm和53mm。通過半徑30mm的鋼筋接觸垂直于梁長度的梁表面的方式，使用單個點負載執(zhí)行測試。三個標準梁和帶腹板的梁在以300mm間隔處于支持件中央并且點負載施加到在固定的支持件之間的中央的梁時各自被測試。這是對鋼質或木質梁進行測試的標準模式并且經校準的液壓夯錘施加負載，同時每隔一段時間記錄時間英寸偏移和磅負載直到梁失效為止。在標準梁的測試期間，注意到就在梁完全垮掉之前對梁的表面相當大的損壞發(fā)生在點負載接觸區(qū)域。用4點加載系統執(zhí)行進一步測試，其中木質塊被布置以將負載分配在梁上的4個點周圍，在支持件之間的梁的中心周圍間隔50mm。結果在下面表1中給出。[0096]【權利要求】1.一種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體是相對堅固且輕重量的并具有復雜的三維配置，所述方法包括步驟：a)提供多個適當成形的分段，所述分段一起結合成該三維配置，每個分段包括具有延伸至其一個邊緣的合適的層壓面的芯材料，其中當所述分段被順序地組裝時，所述分段向初期配置提供剛度；b)所述配置具有包含所述邊緣的第一表面和第二表面；c)層壓或以其他方式密封所述表面和邊緣；d)其中所述層壓面形成連接所述第一表面和所述第二表面的一系列結構腹板。2.-種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體具有復雜的三維配置而且相對堅固且輕重量，所述方法包括步驟：a)提供多個成形的分段，所述分段對應于得自被分割成平面的物體的設計的概念性分段；其中b)所述成形的分段由復合材料制造，所述復合材料包括結合到相對輕重量基底材料層的結構材料層，所述結構材料延伸至所述成形的分段的一個邊緣；c)接合所述分段以產生所述配置；以及d)將結構材料涂層施加到所述物體的表面，使得通過所述層和涂層將所述物體連結在一起，從而提供強度和剛度；其中e)通過所述材料自身提供所述配置而不需要模具。3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所述成形的分段的邊緣限定或大體限定所述物體的輪廓。4.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所述成形的分段中的至少一些具有變化的橫向橫截面。5.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所述成形的分段由片材材料制造。6.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所述分段是通過切割產生的。7.根據權利要求6所述的方法，其中所述切割是通過計算機數值控制（CNC)銑削機器實現的。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述腹板被布置成垂直于或大體垂直于所述第一表面和所述第二表面。9.根據權利要求1所述的方法，其中所述分段的尺寸和形狀被設定成使得每個分段向所述設計的形式提供準確的或大體準確的導向。10.-種由權利要求1或權利要求2所述的方法制造的物體。11.一種用于制造復合材料物體的組件，所述物體具有根據一個設計的復雜的三維配置并且相對堅固且輕重量，所述組件包括：a)多個成形的分段，所述分段對應于得自被分割成平面的所述物體的所述設計的概念性分段；其中b)所述成形的分段由復合材料制造，所述復合材料包括結合到相對輕重量基底材料層的結構材料層，所述結構材料延伸至所述成形的分段的一個邊緣；所述分段能夠接合以產生具有包含所述邊緣的第一表面和第二表面的配置，由此結構材料的涂層能夠施加到所述物體的表面，使得通過所述層和涂層將所述物體連結在一起，從而提供強度和剛度；其中c)通過所述材料自身能夠提供所述配置而不需要模具。12.根據權利要求11所述組件，其中所述物體是船舶或沖浪板。13.-種在權利要求1或權利要求2所述的方法中使用的或在權利要求11所述的組件中包含的復合材料片材，包括具有一個合適的層壓面的芯或基底材料、或者結合到所述芯或基底材料的結構材料，所述片材具有對應于所述成形的分段的切口。14.一種由根據權利要求1或權利要求2所述的方法制造的物體，其中所述結構材料腹板或結構材料層彼此平行或彼此大體平行。15.-種由權利要求1或權利要求2所述的方法制造的物體，其中所述物體是船舶、沖浪板、壓力或真空容器、可運輸的液體箱、用于卡車或實用性運載工具的車輛橋梁部分或坡道、人工操作的坡道或橋梁、用于艦船的滾裝滾卸（RORO)坡道、真空管、飛行器翼或其它飛行器零件、飛行器機身、飛行器燃料箱、飛行器燃料箱、太空艙、汽車車身、雪地車車身、火車車廂、救生艙，風力渦輪葉。16.-種由復合材料制造的物體的設計，所述物體具有復雜的三維配置并且所述設計是計算機可讀形式、機器可讀形式或CNC(計算機數值控制）可生產的形式。17.根據權利要求16所述的設計在根據權利要求2所述的方法制造物體中的使用。18.-種生產由復合材料制造的物體的方法，所述物體是相對堅固且輕重量的并具有復雜的三維輪廓，所述復合材料包括具有泡沫或纖維特性的支架材料以及具有纖維和樹脂特性的結構材料，其中所述方法包括結合一系列復合材料的成形的分段，以形成所述物體，所述成形的分段對應于所述輪廓的至少一部分，當被層壓時，所述輪廓將所述結構材料連結在一起以形成貫穿所述物體的一個結構構件陣列。19.大體上如本申請中參考附圖所描述的根據權利要求1或權利要求2所述的方法或權利要求10所述的物體?！疚臋n編號】B32B5/02GK104245301SQ201380018867【公開日】2014年12月24日申請日期:2013年3月14日優(yōu)先權日:2012年4月2日【發(fā)明者】威廉·安東·特隆德申請人:威廉·安東·特隆德