JP6917412B2 - アームエンドツーリング - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、ＰＣＴ国際出願であり、２０１４年４月２日出願の米国特許仮出願第６１／９７４，１４７号の利益を主張するこの開示内容は、引用により本明細書に組み込まれている。

本発明は、製造設備において所定の材料を成形及び移送する固定フレームツーリングと組み合わせて自動化プロセスで使用される、ロボットエンドエフェクタツールに関する。

様々なポリマ及び複合材料の成形は、様々な用途向けの部品を作るために使用される一般的な方法である。従来、オートクレーブ成形法、非オートクレーブ成形法、又は圧縮成形法は、複合材料を成形する際に使用されている。典型的には、これらのプロセスにおいて、様々なステーションへの材料／構成部品移送は、主として手作業による。

複合材料は、典型的には片面ツールを用いることによりオートクレーブプロセスにおいて成形可能であり、材料シート又は予備成形品が、片面ツール上に配置され、その後、圧力又は真空下のオートクレーブ内で加熱して予備成形品を所望の形状に成形する。全体プロセスは、材料をオートクレーブで成形しかつ高温高圧を使用する各ステップが、成型部品を作るための生産時間及びエネルギーコストを著しく増大させかつ大量生産のためのプロセス規模拡張性を可能にしないので、非常に緩慢でありかつ実行するのに費用がかかる。従って、好ましくは、クラスＡ仕上げを有する車両用構造部品、例えば、車両ボンネットライナ又は何らかの他の構造部品の大量生産のための他の成形構成を開発することが望ましい。例えば、密閉された金型が真空下で加熱される典型的な非オートクレーブ処理では、オートクレーブ処理を超える顕著な結果が得られたい。また、通常、材料は圧縮成形プロセスで成形可能であるが、これは非効率的であり、コストが高くなり大量生産のためのプロセス規模拡張性が得られない。

さらに、以前から成型部品を形成する予備含浸シートを使用することが行なわれてきた。一般に、使用される予備含浸材料は、所望の部品を形成するのに使用される予備含浸シート内に繊維が存在することに起因して、高い強度を有する。従来、予備含浸材料は、上述したプロセスで成形される。しかしながら、エポキシ樹脂材料で予備含浸された炭素繊維などの材料（ケブラ、ガラス、バサルト（ｂａｓｓａｌｔ）などの種々の繊維、又はビニルエステル、ポリエステル、ＰＡ６、ＰＡ６６などの樹脂とすることができる）の材料ハンドリングは難しく、その理由は、この材料が、接触面に接合する親和性に起因して及び／又は取り外しを難しくするファンデルワールス力に起因して多くの表面に「付着（ｓｔｉｃｋ）」するからである。従って、予備含浸材料及び予備成形材料処理のためのツーリング／成形システム及び方法の開発が望まれる。

従って、部品の大量生産のための部品製造方法、及び、材料ハンドリング及び圧縮成形ツールへの配置のためのツーリング／成形構成に対するニーズが存在する。また、材料ハンドリングを自動化して圧縮成形ツールに配置するツーリング／成形システム及び方法の開発が望まれる。結果として、一般的な手作業によるプロセスを完全自動化することがさらに望まれる。

本発明は、予備含浸炭素繊維又は何らかの他の材料を圧縮成形プロセスで両面ツールを用いて処理するアームエンドツーリングシステム及び方法に関する。これは従来の（オートクレーブ、非オートクレーブ）又は圧縮成形法と比較して大量生産のためのプロセス拡張性をもたらす（本発明、非常に高い圧力での両面圧縮ツーリングを使用する）。プロセスは、付加的に典型的な手作業によるプロセスを完全自動化する。本発明は、この材料の材料ハンドリングを自動化し、材料を圧縮成形ツールに配置する。これらの特徴部は、特に生産性が低い従来の成形及び手作業によるプロセスに優る有意な利点及び優れた結果を有する。

エポキシ材料（又は、ケブラ、ガラス、バサルトなどの何らかの他の繊維又はビニルエステル、ポリエステル、ポリアミド（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）などの何らかの樹脂）で予備含浸された炭素繊維は、３次元（３Ｄ）金型に適合できるよう２次元（２Ｄ）材料を成形するために軽い圧力を使用して予備成形される。一般に、材料は成形後にはね返るので、アームエンドツーリング又はエンドエフェクタ工ツーリングに結合されたロボットが材料ハンドリング及び移送動作を実行する。

アームエンドツーリング（ＥＯＡＴ）は、成形中に所定量の圧力に耐える。また、ＥＯＡＴは、所定の温度に耐える。加えて、ＥＯＡＴは、高い安定性のためにロボットのペイロード未満の重さである。ＥＯＡＴは、制御及び安全上の観点から、少なくとも材料送り込みステーション、下側予備成形ツーリング、ロボット、ロボットケージ／セル、空気／真空／電気サービス、成形プレス、及び／又は他のステーション／構成部品／部品などと一体化される。さらに、本発明の特徴部は、所定の厚さ及びジュロメータを有するシリコーン膜をＥＯＡＴに保持する。真空及び空気放出（blow off）と硬化シリコーン膜の組み合わせにより、付着性がありハンドリングが難しいとして知られている炭素繊維材料などの予備含浸材料のロボットによる予備形及びピックアップ及び投下が可能になる。

本発明が適用できる別の領域は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の実施例は、本発明の好適な実施形態を示すが、単なる例示目的であることが意図されており、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。

本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるであろう。

本発明の実施形態による、ロボットに結合されたアームツーリングの端部の切り取り側面図である。 本発明による、下側予備成形ツーリングの切り取り側面図である。 本発明の第２の実施形態による、下側予備成形ツーリングの斜視図である。 本発明の何らかの実施形態による、アームツーリングの端部の真空箱の内部の斜視図である。 本発明の別の実施形態による、真空解除されたアームツーリングの端部の側面図である。 本発明による、真空引きされた、図５Ａのアームツーリングの端部の側面図である。 本発明による、主予備成形部品の近傍のアームツーリングの端部の上側薄膜、及び、パッチステーションデバイスの別の膜近傍の予備成形品の補強パッチの側面図である。 本発明による、成形部品を製造する方法を示す例示的な予備成形形成システムの概略図である。

以下の好適な実施形態の説明は、本質的に単に例示的であり、本発明、その用途、又は使用を制限することは全く意図されていない。

本発明は、全体的には、アームエンドツーリングを備えるツーリング／成形システム、及び圧縮成形プロセスにおいて両面ツールを使用する予備含浸炭素繊維材料処理方法を含むに関する。本方法は、この材料の自動化された材料ハンドリングを含む。ロボットは、材料のハンドリング及び移送操作のためのアームエンドツーリング（又は「エンドエフェクタツーリング」）に結合される。アームエンドツーリングは、所定量の軽い圧力の予備成形に耐える。真空及び空気放出と硬化シリコーン膜との組み合わせにより、付着性でありかつハンドリングが難しいことが知られている炭素繊維材料のロボットによる予備成形、ピックアップ、及び投下が可能になる。また、本発明は、２Ｄ又は３Ｄでの予備浸材料のピックアップ及び投下を可能にするが、これは有意な利点である。本発明は、さらに、２Ｄ又は３Ｄの形状又は輪郭の予備含浸材料のピックアップ、予備成形、移送、及び投下を可能にするが、これは特に大量炭素繊維処理において有意な利点である。ツーリング／プロセスの完全自動化は、有意な利点を有する。一般的なシステムは、ツーリングが必要なステップを実行する機能をもたないので非効率的でかつ自動化ができない。

図１-図７を参照すると、詳細には図１-図２及び図４を参照すると、本発明による、全体を１２で示すアームエンドツーリングシステム（ＥＯＡＴ）が全体的に提示されている。また、ＥＯＡＴ１２で使用する全体を１４で示す下側予備成形ツールシステム（又は「ネスト」又は「固定具」）が提示されている。ＥＯＡＴ１２は、上半分つまり第１のツール部分（例えばＥＯＡＴ１２）及び下半分つまり第２のツール部（例えば下側予備成形ツール１４）を有する２分割式プレス装置を形成する下側予備成形ツール１４との作動的係合を含む、製造プロセスにおいてＥＯＡＴ１２を様々なステーションに関節接合して移動させるために、全体を１６で示すロボットに結合される。

ＥＯＡＴ１２は、締結具、例えばネジなどにより真空箱の蓋２０に結合された全体を１８で示す真空箱を有し、接着剤、シーリング材、及び／又はコーキング材でシールされる。真空箱の蓋２０は、真空箱１８を閉め切って密閉された箱環境を作り出す。また、真空箱の蓋２０は、ロボット１６に結合される。典型的には、蓋２０は、全体を２２で示すロボットカップリングに結合された、好ましくは、中央に配置された接合／取り付け領域を有する。このロボットカップリング２２は、ロボット１６の端部をＥＯＡＴ１２に取り付ける。ロボットカップリング２２は、ＥＯＡＴ１２をロボットアームに結合するのに適した何らかのカップリングである。取り付け領域は固定されており回転できない。

ロボットアームは、ＥＯＡＴ１２を様々なステーションにて所定の位置に移動させるロボットアーム２６の下半分を回転させる少なくとも１つのピボット接合部２４を含む。また、ロボット１６は、基部の近くで回転可能である。ロボット１６の例示的な端部は、長さに沿って切り取って示されており、ロボット１６が製造用途要件及びエンドユーザ特有の所定の要件に相関する必要があることを示す。ロボット１６は、例えば、予備成形品を圧縮金型などに装填するために、ロボットの端部をＥＯＡＴ１２に対して関節接合して任意の数の所定のステーションに移動させるために使用される。用途に応じて、ロボット１６は、製造業者又はモデル又は製造要件に応じて所定の軸線、ペイロード、及び作動範囲を有する。ロボット１６は、３軸線、６軸線を備えることができ、又は付加的な軸、作動範囲、ペイロード、又はその組み合わせを変更すること、又は用途に応じて変更することができる。

ＥＯＡＴ１２は、真空箱１８に結合した上側薄膜２８を備える。上側薄膜２８は、締結具４８、例えばネジなど、及び／又は外周保持トリム４６で取り付けられ、接着剤、イーリング材、及び／又はコーキング材でシールされる。もしくは、上側薄膜２８は、本発明から逸脱することなく、固体フレームによって、及び／又は、周期的な取り付け点で、真空箱１８に取り付けること及び／又はシールすることができる。このような上側薄膜２８のための何らかのフレームは、静止するか、又は移動可能フレーム（シリンダ上に取り付けられた）上にあり、これにより、フレームは、加圧成形中に上下に移動することができる。フレームは、上側薄膜２８上に用途で決まる張力を付与及び付勢することができる。

上側薄膜２８は、炭素繊維予備含浸材料又は他の材料が加圧成形中に付着するのを解消するシリコーン膜又はシートである。また、上側薄膜２８は、加圧成形中、所定の３Ｄ形状に適合する。真空箱１８は、真空又は空気放出によって空気を入れるか又は排気することを可能にする「中空の」チャンバである。ＥＯＡＴ接近／加圧成形／ポスト加圧成形の間に、真空箱によって真空が引き出され、上側薄膜２８は、次の位置への移送中、例えば、圧縮成形プレスへの移送中、その形状を保持する。

最も好ましくは、上側薄膜２８は、硬化シリコーン膜又はシート又はフィルム、例えば、Ｔｏｒｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社の硬化シリコーン膜である。あるいは、上側薄膜２８は、一般的に、用途に応じて様々な厚さ、シート幅、ジュロメータ、弾性率の未硬化シリコーン、典型的にはポリ四フッ化エチレンシートである。シートは、「再使用可能な真空バッグ成形」材料、又は「真空バッグ成形」ポリ四フッ化エチレン、又は類似のフィルムとすることができる。真空及び空気放出と硬化シリコーン膜２８との組み合わせは、付着性でありハンドリングが難しいことが知られている予備含浸炭素繊維材料のロボットによる予備成形、ピックアップ、及び投下を促進する。

随意的に、本発明の別の実施形態によれば、輪郭形成された表面３２つまり接触面上に上部コーティング３０が施工される。上側薄膜２８の代わりに、上側薄膜２８は、上部コーティング３０、典型的には噴霧材料又は注入材料に置き換え可能であり、炭素繊維の予備含浸又は他の材料が付着するのを防止するようになっている。これにより上側薄膜２８は排除される。真空箱１８は、依然として真空を引き抜く、つまり上部膜２８の場合と同様に放出を可能にする。上部コーティング３０は、用途に応じて、硬化シリコーン、ニッケルテフロン（登録商標）、テフロン（登録商標）、又は、他の適切材料である。従って、真空箱１８は、少なくとも１つの非付着部分、即ち、上側薄膜２８又は上部コーティング３０を有する。

一般的に、真空箱１８は、少なくとも１つのチャンバ３４、最も好ましくは複数の相互接続されたチャンバを含み、これは、特定の所定の製造要件に対して適切に調整された、全体を３６で示す供給デバイス、例えば、空気、電気、真空制御装置などによる真空又は空気放出によって、用途に応じて、空気が強制的に供給又は排気されることを可能にする。真空及び空気放出は必須である。空気は、真空発生器に供給されるか又は遠隔真空タンクから抜かれた真空の何れかに供給される。また、空気は、空気供給を真空から放出に移行させる切り替えバルブに供給される。しかしながら、空気は、本発明から逸脱することなく実行するために、真空又は放出機能のために独立して供給することができる。真空及び／又は放出ポート３８（図４）は、少なくとも１つの導管との接続のために適合された真空箱１８の少なくとも１つのチャンバ３４を介して供給される。また、電気又は油圧作動バルブを使用することができる。本発明では、エラー防止手段、部品存在などのためのセンサ及び制御要素、及びＥＯＡＴ１２／ロボット１６／プレスとの間の「ハンドオフ」信号としての装置統合が想定される。

真空箱１８は、一般的に、軽い加圧成形、例えば、５０〜２５０ｐｓｉを可能にするのに十分な剛性を有する。好ましくは、真空箱１８は、箱が加圧成形に使用するための十分な強度をもつように、骨組み又は筋交いで、例えば、側壁４０で補強される。最も好ましくは、各チャンバ３４は、４つの側壁４０で形成される。真空箱１８は、薄膜／原料４２との合わせ面に対する、接触面３２で示す３Ｄ輪郭部形状を有する。もしくは、真空箱１８は、薄膜／原料４２を有する合わせ面に対して平坦である。

真空箱の蓋２０は、真空箱１８を閉め切って密閉された箱環境を作り出す。加圧成形の有無を問わず、真空下の（例えば、図１の矢印により示す）真空箱１８は、上側薄膜２８輪郭形成された接触面３２の方へ引き寄せ、真空は、上側薄膜２８を、得られる３Ｄシートの炭素繊維予備含浸シートとともに所定の「形状」に維持する。真空は、完全に上側薄膜２８に、又は上側薄膜２８の動作可能な切り欠きを介して上側薄膜２８及び炭素繊維予備含浸シートに直接加えられる。真空は解除され（例えば、矢印で示す）、上側薄膜２８がほぼ平坦な状態に戻り、３Ｄ形態の炭素繊維シートを次の位置上、例えば、金型の下半部上へ「ロールオフする」又は「取り外す」ことを可能にする。随意的に、放出は、真空の解除後に使用され、上側薄膜２８が略平坦な状態に戻るのを迅速化するのを助ける及び／又は上側薄膜２８を外方に「膨出」させて炭素繊維予備含浸シートの取り外しを助ける。

真空箱１８及び真空箱蓋２０は、用途に応じて、アルミニウム、複合材（例えば、エポキシ／ＶＥ／ポリエチレン、又はガラス／炭素など）、ツーリングボード（例えば、発泡体）、木、デルリン、ナイロン等、又はこれらの組み合わせ、及び／又は他の適切な材料で形成される。真空箱１８及び真空箱蓋２０は、用途に応じて、機械加工、鋳造、鋳込み、レイアップ成形／オートクレーブ成形、樹脂トランスファー成形、又は真空補助樹脂トランスファー成形など、又は任意の他の適切な製作／成形を行うことができる。

随意的に、ＥＯＡＴ１２には、外部クランピングを備える。用途に応じて、ロボット１６自体が軽い加圧成形中に十分な所定の圧力を供給することができない場合、少なくとも２つの外部トグルクランピングシリンダ４４、又は用途に応じて他の適切なクランピング装置は、ロボット１６の特徴部に応力を加えることなく追加の圧力を真空箱１８に提供するために使用される。外部トグルクランピングシリンダは、上側薄膜２８の近傍に設けられ、好ましくは、真空箱固定具の底部コーナー部に作動可能に結合され、概して下向きに垂下する。

下側予備成形ツールシステム１４は、第２の輪郭形成された接触面５２を有する全体を５０で示す下側予備成形ツール部分を備え、装置の「Ｂ側」つまり下半分の形状又は輪郭を提供する。また、下側予備成形ツール５０は、ＥＯＡＴ１２／ロボット１６又はプレスからの所定の軽い圧力よる加圧成形に対応するのに十分な剛性を有する。下側予備成形ツール５０は、加圧成形後に作り出された真空／シールを解除するために貫通孔を設けることができるが、設ける必要はない。加圧成形のための軽い圧力は、典型的には少なくとも約５０〜２５０ｐｓｉ程度である。

下側予備成形ツール１４は、下側薄膜（つまり「フィルム」）５６を結合するための全体を５４で示す下側薄膜取り付けフレームを備える。下側薄膜５６は、用途に応じて、固体フレームを介して及び／又は周期的な取り付け点で下側薄膜取り付けフレーム５４に固定状態で保持される。このような下側薄膜５６の何らかのフレームは、静止するか又は移動可能なフレーム（シリンダ上に取り付けられた）上にあり、これにより、フレームは、加圧成形中に上下に移動することが可能である。フレームは、下側薄膜５６上に用途で決まる張力を付与及び付勢することができる。フレーム５４は、用途に応じて、正方形管、特別な機械フレーム、又は何らかの他の適切な取り付け具で形成される。

未硬化炭素繊維予備含浸シート４２は、２Ｄ状態で下側薄膜５６に配置される、例えば、オペレータにより手作業で配置される。下側薄膜５６は、炭素繊維予備含浸材料又は他の材料が加圧成形及びピックアップ中に付着するのを解消するシリコーン膜又はシートである。また、下側薄膜５６／材料は、加圧成形中に所定の３Ｄ形状に適合する。

最も好ましくは、下側薄膜５６は、硬化シリコーン膜又はシート又はフィルムである。あるいは、下側薄膜５６は、一般的に、用途に応じて様々な厚さ、シート幅、ジュロメータ、弾性率の未硬化シリコーン、典型的にはポリ四フッ化エチレンシートである。シートは、「再使用可能な真空バッグ成形」材料、又は「真空バッグ成形」ポリ四フッ化エチレン、又は類似のフィルムとすることができる。

ＥＯＡＴ１２の真空及び空気放出と硬化シリコーン膜５６との組み合わせは、付着性でありハンドリングが難しいことが知られている予備含浸炭素繊維材料のロボットによる予備成形、ピックアップ、及び投下を促進する。ＥＯＡＴ１２が真空引きされる場合、下側薄膜５６は、取り付けられたＥＯＡＴ１２を備えたロボット１６の上半分が、加圧成形後に、次の位置／ステーションへ、例えば圧縮成形機へ移送するために、炭素繊維予備含浸材料（又は他の材料）を下側予備成形ツール１４から取ることを可能にする。これは、下側予備成形ツール１４により促進されるが、その理由は、材料が付着せずかつ膜５６が略平坦な状態に戻る際に下側薄膜５６が予備含浸材料をロールオフするのを可能にするからである。

随意的に、本発明の別の実施形態によれば、第２の接触面５２上に下部コーティング５８が施工される。下側薄膜５６の代わりに、下側薄膜５６は、下部コーティング６０、典型的には、好ましくは第２の接触面５２に直接施工される、炭素繊維予備含浸材料が付着するのを防止する半永久又は永久コーティングに置き換えられる。これによって下側薄膜５６は排除される。最も好ましくは、下部コーティング５８は、噴霧材料である。従って、フレーム５４は、少なくとも１つの第２の非付着部分、即ち、下側薄膜５６又は下部コーティング６０を有する。

図２を全体的に参照すると、例示的な未硬化２Ｄ炭素繊維予備含浸「プリプレグ」単一シート（又は「層」又は「プライ」）又はクロスプライスタック（複数の「シート」又は「プライ」又は「層」）は、全体が４２で示されている。これらは、エポキシで予備含浸された正方形又は矩形の炭素繊維シートとすることができ、異なる配向（例えば、〔０〕、［０／９０］ｎ、［０／９０］ｓ、［０／９０／０］ｓ等）の複数の層で積層することができ、一方向又は織物材料とすることができ、局所的に厚くして補強することができ、スライス、スプライス、ダート、オーバラップ等を有することができ、複数のタイプの材料（ＵＤ及び／又は織物及び／又はランダム繊維）を有することができ、異なる反応度レベル（低速硬化、高速硬化など）を有することができ、異なるタックレベル（又はどれくらいの付着性か）を有することができ、様々な周囲条件で異なるＴｇを有することができ、暖かい（２０〜７０℃）又は低温（０〜２０℃）材料とすることができ、及び／又は、異なる度合いのドレープ性又は幾何形状に適合する能力を有することができる。樹脂代替物：エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、ＰＡ６６、ＰＡ６。繊維：炭素繊維、ガラス繊維、ケブラ、バサルト、金属繊維等。布／ＵＤ／チョップド。プリプレグは異なる構成で供給される。ＵＤ又は非方向性（「テープ」と呼ばれる場合もある）、全ての繊維は一方向である。「刻まれた」又は不規則に分散した繊維（「ランダムマット」又は「ＳＭＣ」又は「ＣＳＭ」と呼ばれる場合もある）。加えて、織物は、含浸させることができ、又は、上記の繊維／樹脂を組み合わせて５−ハーネス）、綾織りなど異なる織組織を有する。シート４２は、単一のシート、複数のシートとすることができる、つまり、同じ又は異なる配向の繊維方向を有し、及び／又はＵＤ及び織物の混合とすることができる。用途に応じて、本発明の範囲から逸脱することなく、何らかの他の材料／組成／寸法及び／又は組み合わせが想定される。

全体的に図３を参照すると、本発明の別の実施形態によれば、下側予備成形ツーリングシステム１１４は、下側予備成形ツーリング１４と同様に全体が１１４で示されているが、システム１１４は、全体が１２０で示されるテンプレートを備える。硬化シリコーンで形成される下側薄膜１１６が提示される。薄膜１１６上に設けられたテンプレートは、硬化材料４２をどこに配置するかに関する基準を提示する。オペレータは、テンプレートにより、最も好ましくは、視覚的レーザテンプレート、例えば、Ｖｉｒｔｅｋ／Ｇｅｒｂｅｒレーザシステムにより支援される。一般的に、サイクルタイムは成形、例えば、圧縮成形サイクルを超えるので、好適な実施形態において、複数の下側予備成形ツーリングシステム１１４が必要である。加えて、未硬化材料４２を備えた下側予備成形ツーリングシステム１１４をＥＯＡＴ１２のピックアップ点（例えば、図７参照）に移動させるために、下側予備成形ツール１４は、最も好ましくは、下側薄膜取り付けフレーム５４に結合された複数のキャスター１１８によって可動式である。

もしくは、表面１１６は、６５ショアＡジュロメータの硬化シリコーンで動作可能にコーティングされる。典型的には、ツール面は、取り外し可能／交換可能である。好ましくは、ツールの向きは、キャビティー側が上であり、例えば、Ａ側面は上側を向く。用途に応じて、ツーリング材料は、移動カート上のアルミニウム基部上の複合材（レンボード（ｒｅｎｂｏａｒｄ））である。

全体的に図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態によれば、全体が２１２で示されるアームエンドツーリングシステムは、接触面２１８が異なる輪郭を有する以外は第１の実施形態と実質的に同じである。ロボット１６は明瞭にするために省略されている。ロボットアームは、ＥＯＡＴを所定の位置に操作するように構成され、ＥＯＡＴは、加圧形成を行った後、次のステーション／位置へ移送するために、補強パッチ抜きの予備成形品をピックアップする。ＥＯＡＴは、一般的に１：１の形状（空洞面の１：１の表面輪郭）である。典型的には、材料がオフセットした１：１の輪郭がもたらされる。全体が２１４で示される真空箱は、非限定的な例として、アルミニウム骨格で補強されたアルミニウム又はレンボードから機械加工されたシェルである。上側薄膜２１６は、真空箱２１４全体にわたって引き延ばされて接続される。

最も好ましくは、接触面２１８は、Ａ側空洞面輪郭である。真空が解除される場合（図５Ａ）、空隙２２０は、上側薄膜２１６と接触面２１８との間に存在する。材料が所定位置に保持された状態で真空引きされ場合、ＥＯＡＴは、下側予備成形ツーリングシステム、例えば、図３に示す１１４と係合する。ＥＯＡＴ１２は、予備成形品にロボット１６又は外部クランピングシリンダ２２２によって所定の軽い圧縮力（例えば、０．０５トン／平方インチ）を加えて最終的な形状とし、結果的に、所定の形状に加圧成形された主予備成形品２２４が得られる。真空により、上側薄膜２１６は、接触面２１８に対して伸張して部品を確実に保持する。主予備成形部品２２４を保持することにより、ＥＯＡＴ１２は、予備成形品を、例えば補強パッチステーションを含む、次の位置／ステーションに移動させることができる。

全体的に図面、特に図６−図７を参照すると、全体が３００で示された補強パッチシステムが設けられており、補強パッチシステムは、ＥＯＡＴ１２、２１２によって主予備成形品２２４等を上側薄膜２８、２１６（図６に図示）に対して保持して少なくとも１つの補強パッチ３０２、好ましくは同時に複数のパッチ３０２に接地するのを可能するように、及び補強パッチ３０２を主予備成形品に付着するのを可能にするように構成される。また、図６は、矢印で示すような接触方向を示す。

補強パッチ３０２は、事前にカットされ、最も好ましくは、［０，９０，９０，０］にクロスプライされた事前にカットされた２Ｄ形状である。最初に、補強パッチ３０２は、例えば手作業で、上向き面３０６上に設けられた、最も好ましくは、ツーリングシステム３００の第３の薄膜３０４上に設けられた第２のテンプレートに従って公称位置に装填される。好ましくは、第３の薄膜３０４は、シリコーン膜、最も好ましくは、固定具３０８の上面に作動可能に結合された硬化シリコーン膜である。また、補強パッチ３０２は概して付着性材料を有する。次に、システム３００は、パッチピックアップステーションに作動可能に位置決めされる。

ロボット１６は、回転するか又は他の方法で移動して、ＥＯＡＴ１２、２１２をシステム３００上の補強パッチ３０２と整列させて、主予備成形品２２４を補強パッチ３０２上に接地させる。これは材料の付着性に依存して主予備成形品２２４のＢ側表面に付着する。これにより、補強パッチ３０２は、主予備成形品２２４のＢ側／内側面に付着する。

パッチ３０２が付着した後、ロボット１６は、回転するか又は他の方法で移動して、ＥＯＡＴ１２、２１２を、図７において全体が４００で示される成形プレスの金型下部と位置合わせする。ＥＯＡＴ１２、２１２の真空は解除され、上側薄膜２８、２１６は略平坦な状態に戻り、補強パッチを備えた予備成形部品を、成形プレス４００の下部金型に「ロールオフ」又は「取り外す」ことを可能にする。随意的に、放出は、真空の解除後に使用され、上側薄膜２８、２１６が略平坦な状態に戻るのを迅速化するのを助ける、及び／又は上側薄膜２８、２１６を外方に「膨出」させて及び／又は「トランポリン作用」を生じさせて、用途に応じて、金型、例えば圧縮成形用金型、又は成形プレスに部品への取り外しを助ける。

全ての図面を全体的に参照すると、部品を製造する方法は、用途に応じて、最初に所定のクロスプライ材料又は任意の他の材料を準備するステップを含む。クロスプライ材は、例えば、手作業で、各下側予備成形ツールシステム１４、１１４上の硬化シリコーン膜５６、１１６上に形成され、Ｂ側／内面は上側を向く。未硬化炭素繊維予備含浸シート４２は、２Ｄ状態で下側薄膜５６、１１６に配置されることが好ましい。この載置（ｌａｙ ｄｏｗｎ）ステーション、例えば、手作業による敷置のサイクルタイムが成形サイクルを超えるので、複数のシステム１４、１１４を設けることは、好適かつ有利である。

用途に応じて、下側予備成形ツールシステム１４、１１４上に緩く形成されると、スリットは、材料がドレープ／形成されることを可能にするために戦略的な領域に所定のＵＤ材料が形成される。スリットが手作業で導入される場合、オペレータは、所定のレーザシステムによる視覚的レーザテンプレートによって支援されることが好ましい。随意的に、所定のあや織り材料の少なくとも１つの層は、必要な領域、例えば、車内位置にある場合はエンジンルームに対向する所定の領域に施工される。

下側予備成形ツールシステム１４、１１４の各々は、好ましくは移動式であり、かつ、緩く形成されたシート４２と共に、ロボット１６／ＥＯＡＴシステム１２、２１２の作動範囲の中で主予備成形ロボットピックアップステーションまで循環する。ロボット１６は、回転するか又は他の方法で移動して、ＥＯＡＴ１２、２１２を所定の位置に操作して、前述のように下側予備成形ツールシステム１４、１１４と係合して軽い圧縮力を加える。真空引きされて、上側薄膜５６、２１６は、Ａ側空洞面輪郭つまり接触面３２、２１８に対して伸張して予備成形部品２２４を保持する。

一方、補強パッチ３０２は、前述のように、補強パッチシステム３００上に提供されたテンプレートに従って、例えば手作業で公称位置に装填され、かつ、ロボット１６／ＥＯＡＴ１２、２１２の作動範囲内でパッチピックアップステーションに位置決めされる。ロボット１６は、回転するか又は他の方法で移動して、ＥＯＡＴ１２、２１２を予備成形ロボットピックアップステーションから所定位置に操作して、補強パッチシステム３００と係合する。真空下でＥＯＡＴ１２、２１２により保持された予備成形品は、補強パッチ３０２に接地するか又は他の方法で補強パッチ３０２と接触し、パッチ３０２は、予備成形部品のＢ側／内面に付着する。

次に、ロボット１６は、回転するか又は他の方法で移動して、ＥＯＡＴ１２、２１２を補強パッチシステム３００から成形プレス４００まで操作する。真空は、前述したように解除されて、予備成形部品が金型に放出される。

一般に、成形に限定されない他のプロセス及び任意の他の適切な材料が、本発明の範囲から逸脱することなく部品の自動製造に関して想定される。様々なプロセスが想定されており、成形に限定されない。製造される部品は、小型又は大型とすることができる。単一の又は複数の方向に積層された材料の平坦なシートが想定される。材料ハンドリングに適する略平坦な、単一又は複数の方向に積層された材料の平坦なシートである。平坦なシートは、３Ｄ形状に加圧形成することつまり輪郭形成することができる。また、材料シートは、固体、接合式、局所化された厚さ領域（材料の余分なパッチ）を有することができる。材料は、一方向材料、又は、テープ材料、織物材料、又は、ランダム繊維材料とすることができる。

本発明の説明は、本質的に単に例示的なものであり、従って、本発明の本質から逸脱しない変形例は、本発明の範囲内であることが意図されている。このような変形例は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものではない。

Claims (17)

1. 自動モールド予備成形システムであって、
   予備成形面を有する下側予備成形ツールと、
   前記下側予備成形ツールの上方に配置されたフレームと、
   予備含浸材料の少なくとも１つの層を有している予備成形部品と、
   上面と下面とを有し前記フレームを覆って延びる下側薄膜であって、前記上面が、該上面に載置された前記予備成形部品のための載置領域を提供し、前記下面が、前記予備成形部品が成形されたとき前記予備成形面と係合する下側薄膜と、
   三次元輪郭形状を有する少なくとも１つの接触面を有する中空チャンバ状の真空箱であって少なくとも１つのチャンバを有し、該少なくとも１つのチャンバ内に真空を生じさせる吸引源、または前記少なくとも１つのチャンバ内の空気圧を増大させる加圧空気源に連結された真空箱と、
   前記少なくとも１つの接触面を覆って延びる上側薄膜であって、前記少なくとも１つの接触面に対向する上面と、前記予備成形部品に選択的に接触する下面とを有し、前記少なくとも１つのチャンバに加圧空気源が適用されたときの膨張位置と、前記少なくとも１つのチャンバに吸引源が適用されたときの待避位置との間で移動する上側薄膜と、
   前記上側薄膜に設けられ開口であって、前記少なくとも１つのチャンバ内の真空および空気圧の増大が該開口を通して前記予備成形部品へ作用するように構成された開口と、
   前記真空箱に連結され、前記予備成形部品と係合し移動させるために、前記真空箱を下側予備成形ツールに相対する位置に移動させるロボットと、
   前記真空箱に結合され密閉箱環境を作り出す真空蓋と、を備えている、
   ことを特徴とする自動モールド予備成形システム。
2. 前記下側予備成形ツールが、係合位置と非係合位置との間で上下方向に移動可能である、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
3. 前記下側予備成形ツールに設けられた１または２以上の吸引及びエアブロー出口であって、前記予備成形面と下側薄膜との間に真空を生じさせ前記下側薄膜を待避位置に移動させる吸引源と、前記予備成形ツールと下側薄膜との間に空気流を生じさせ圧力を増大させて、前記下側薄膜が膨張位置に移動するように適用される加圧空気源とを選択的に適用する吸引及びエアブロー出口を、備えている、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
4. 前記予備含浸材料の少なくとも１つの層が、炭素繊維、ガラス繊維、チョップド炭素繊維、チョップドガラス繊維、炭素繊維織布、一方向炭素繊維、チョップド炭素繊維を含むシートモールド組成物、およびその組み合わせから実質的になる少なくとも１の群を有する予備成形材料に基づくエポキシを含んでいる、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
5. 前記上側薄膜と下側薄膜とが、硬化シリコーン膜で作られ、前記予備成形部品に接触する非粘着面を提供する、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
6. 前記少なくとも１つの接触面が、所定のプロファイルを備え、前記上側薄膜が、前記吸引源が作動したとき、前記少なくとも１つの接触面に押しつけられ、前記予備成形部品が前記上側薄膜の下側面に保持される、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
7. 前記吸引源が停止し前記加圧空気源が結合したとき、前記上側薄膜が、平坦になり、且つ/または、外方の膨張位置に膨出し、前記予備成形部品が前記上側薄膜から解放されるのを助ける、
   請求項６に記載の自動モールド予備成形システム。
8. 前記予備含浸材料の少なくとも１つの層が、樹脂材料を有する繊維予備含浸シートであり、
   前記繊維が、炭素、ケブラ、ガラス、バサルト、及び／または金属から実質的になる群から選択され、
   前記樹脂が、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、及び／またはポリアミドからなる群から選択される、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
9. 前記予備成形部品が、エポキシ樹脂が予備含浸させられた炭素繊維である、
   請求項１に記載の自動モールド予備成形システム。
10. 前記シートモールド組成物が、ビニルエステル、ポリエステル、およびこれらの組み合わせから実質的になる群から選択された一の樹脂を含んでいる、
    請求項４に記載の自動モールド予備成形システム。
11. 自動モールド予備成形システムであって、
    予備成形面を有し、係合位置と非係合位置との間で上下方向に移動可能な下側予備成形ツールと、
    前記下側予備成形ツールの上方に配置されたフレームと、
    予備含浸材料の少なくとも１つの層を有している予備成形部品であって、前記予備含浸材料の少なくとも１つの層が樹脂材料を有する繊維予備含浸シートであり、前記繊維が、炭素、ケブラ、ガラス、バサルト、及び／または金属から実質的になる群から選択され、前記樹脂が、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、及び／またはポリアミドから実質的になる群から選択される繊維予備含浸シートと、
    前記フレームを覆って延び上面と下面とを有する下側薄膜であって、前記上面が、該上面に載置された予備成形部品の載置領域を提供し、前記下面が、前記予備成形部品が成形されたとき前記予備成形面と係合する、下側薄膜と、
    前記下側予備成形ツールに形成された１または２以上の真空およびエアブロー出口であって、選択的に、前記予備成形面と下側薄膜との間に真空を生じさせ前記下側薄膜を引っ込み位置に移動させる吸引源と、前記１または２以上の真空およびエアブロー出口に適用され前記予備成形面と下側薄膜との間に空気流を生じさせて空気圧を増大させ前記下側薄膜を膨張位置とする加圧空気源とを選択的に適用する真空およびエアブロー出口と、
    ３次元輪郭形状を有する少なくとも１つの接触面を有する中空チャンバ状の真空箱であって、該少なくとも１つのチャンバが、吸引源を適用して前記少なくとも１つのチャンバ内に真空を生じさせる、または、加圧空気源を適用して前記少なくとも１つのチャンバ内に空気流および空気圧の増大を生じさせるように前記接触面に連結されている、真空箱と、
    前記少なくとも１つの接触面に対向する上側面と、前記予備成形部品に選択的に接触する下面とを備え、
    前記少なくとも１つの接触面を覆って延びる上側薄膜が、前記少なくとも１つのチャンバに加圧空気源が適用されたときの膨張位置と、前記少なくとも１つのチャンバに吸引源が適用されたときの待避位置との間で移動し、
    前記上面と下面との間で延びる上側薄膜開口であって、前記少なくとも１つのチャンバを通した前記上側薄膜への吸引源又は加圧源への適用が、前記上側薄膜開口を通って前記予備成形部品に作用できるようにする上側薄膜開口と、
    前記真空箱に連結され、前記予備成形部品に係合し移動させるために、前記真空箱を下側予備成形ツールに相対する位置に移動させるロボットと、
    前記真空箱に結合され密閉箱環境を作り出す真空蓋と、を備えている、
    ことを特徴とする自動モールド予備成形システム。
12. 前記下側予備成形ツールが、係合位置と非係合位置との間で上下方向に移動可能である、
    請求項１１に記載の自動モールド予備成形システム。
13. 前記予備含浸材料の少なくとも１つの層が、炭素繊維、ガラス繊維、チョップド炭素繊維、チョップドガラス繊維、炭素繊維織布、一方向炭素繊維、50ｍｍより短いチョップド炭素繊維を含むシートモールド組成物、およびその組み合わせから実質的になる少なくとも１の群を有する予備成形材料に基づくエポキシを含んでいる、
    請求項１１に記載の自動モールド予備成形システム。
14. 前記上側薄膜と下側薄膜とが、硬化シリコーン膜で作られ、前記予備成形部品に接触する非粘着面を提供する、
    請求項１１に記載の自動モールド予備成形システム。
15. 前記少なくとも１つの接触面が、所定のプロファイルを備え、前記上側薄膜が、前記吸引源が作動したとき、前記少なくとも１つの接触面に押しつけられ、前記予備成形部品が前記上側薄膜の下側面に保持される、
    請求項１１に記載の自動モールド予備成形システム。
16. 前記予備含浸材料の層が、連続炭素繊維シートモールド組成物、非連続炭素繊維シートモールド組成物、連続ガラス繊維シートモールド組成物、非連続ガラス繊維シートモールド組成物、およびその組み合わせから実質的になる群から選択されたシートモールド組成物である、
    請求項１１に記載の自動モールド予備成形システム。
17. 前記シートモールド組成物が、ビニルエステル、ポリエステル、およびこれらの組み合わせから実質的になる群から選択された一の樹脂を含んでいる、
    請求項１６に記載の自動モールド予備成形システム。

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