CN115052736A - 原材料成型装置及原材料成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例的原材料成型装置包括：支撑体，以具有通过成型工具覆盖的第一部分和从成型工具脱离的第二部分的方式相对于成型工具配置的原材料为基准，设置在成型工具侧并支撑成型工具；隔板，在原材料的第一部分通过成型工具和隔板的外面压缩的状态下，发生膨胀的隔板的外面与原材料的第二部分紧贴并加压；及体积可变部件，作为以至少一部分处于原材料的第二部分上的方式配置在隔板和支撑体之间的成型工具的附近的体积可变部件，通过隔板而原材料的第二部分在体积可变部件的表面压缩，在第二部分通过隔板及体积可变部件压缩的状态下，随着隔板持续发生膨胀，而抑制在原材料发生褶皱，且原材料的第二部分与成型工具侧接近。

Description

原材料成型装置及原材料成型方法

技术领域

本发明涉及原材料成型装置及原材料成型方法，更具体地涉及一种针对能够热成型的原材料或将能够热成型的原材料作为母材的复合材料的原材料成型装置及原材料成型方法。

背景技术

与热固性树脂、热塑性树脂等一样，能够热成型的原材料为母材的复合材料因各种功能性优点而运用在多个方面。例如，对于单向碳纤维复合材料，相对于重量，因机械性能优秀而在飞机或运输相关设备等构造物等的使用呈增加趋势。但随着要制造的形状的复杂程度及尺寸的增加而利用复合材料制造构造物变得困难，并且，因增加制造成本而限制更广泛的应用。

进行用于克服该限制的复合材料制造工艺的研究。尤其，对于在要成型的形状包含球面等凸出或凹陷的双曲面(double curvature)的情况，在成型中，在由复合材料形成的原材料上存在发生褶皱的缺陷。因而，尝试克服该缺陷。

在该尝试中，作为代表例，在隔膜成型(diaphragm forming)工艺中，在将复合材料按一定形式剪裁的预成型品(preform)的双面分别配置一个隔膜。之后，对隔膜施加压力，或在复合材料预成型品侧隔膜形成真空，或者通过同时施加压力和真空等方法而使隔膜压缩复合材料预成型品的双面。由此，附着在制造为以复合材料预成型品和隔膜紧贴的状态而成的形状的成型工具(forming tool)。由此，复合材料预成型品成型为所需的形状。

在通过该方法而用隔膜压缩双面而成型的情况下，因隔膜内部的弹性而产生的拉伸力起到抑制在原材料(例如：复合材料预成型品)上发生褶皱的作用。因此，即使在要成型的形状包含任何程度的凸出或凹陷的双曲面(double curvature)，也能够不发生褶皱地成型。

但即使通过双面隔膜压缩方法，但在要成型的复合材料的厚度变厚或变大时，或在要成型的形状上存在严重弯曲的凸出或凹陷的曲面时，与隔膜抑制褶皱的倾向相比，存在因原材料的褶皱的倾向变大而在原材料发生褶皱的缺陷。

并且，如上所示，在通过双面隔膜压缩方法的情况下，会在复合材料和成型工具之间残存隔膜。由此，对于在成型之后需要固化工艺的情况，在成型之后，需要分离从成型工具成型的原材料和隔膜。在该分离过程中，存在损害成型的形状的隐患。并且，在分离隔膜之后，为了固化而将原材料再次附着在成型工具时，如果尺寸不对时，则存在无法很好固化的大问题。

即现有的双面隔膜压缩方法提供成型具有双曲面(double curvature)的形状的可能性，但对于可适用的复合材料的厚度或尺寸等，成型受限较大，因原材料和成型工具之间残存的隔膜而难以适用于实际产品的制造。

为了解决该问题即成型的限制和提高尺寸精密度，增加尝试改善隔膜工艺的尝试。例如，与上述现有的隔膜方法相同，公开一种通过两个隔膜而从双面压缩原材料而防止在成型中发生的原材料的褶皱，在完成成型时，去掉处于原材料和成型工具之间的隔膜而将原材料直接附着在成型工具的改善的方法。

但在该所述改善的方法的情况下，因两个隔膜的结构和压力存储单元的结构等构造复杂及实际实现的难易度，除了实验室水平的小试制品外，实际生产中适用的事例尚不得而知。

近来研发通过自动化的机器人而生产制造复杂形状的复合材料的技术，但因存在制造成本高且工艺时间长的缺点，由此，要求相对简单的结构和低成本及也易于适用复杂形状及大尺寸的产品的原材料成型装置及原材料成型方法。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明要解决的技术课题为提供一种原材料成型装置及原材料成型方法，与复合材料一样，在成型中，将易于发生褶皱缺陷的原材料以不发生褶皱缺陷地成型为复杂的曲面。

并且，本发明要实现的技术课题提供一种原材料成型装置及原材料成型方法，使得在成型之后，在原材料和成型工具之间不存在隔膜等异物，由此，容易执行成型工艺之后的固化工艺等工艺。并且，本发明要实现的技术课题为提供一种原材料成型装置及原材料成型方法，能够在成型物的形状、尺寸、厚度等方面克服现有成型技术的限制。

本发明要实现的技术课题并非通过上述言及的技术课题限制，未言及的其它技术课题从下面的记载而使本发明所属技术领域的技术人员明确理解。

用于解决问题的技术方案

为了实现所述课题，本发明的一实施例提供一种原材料成型装置，将薄片(sheet)形状的原材料沿着(conformable)成型工具(forming tool)的表面变形而成型产品(article)。原材料成型装置包括：支撑体，以具有通过所述成型工具覆盖的第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式而相对于所述成型工具配置的原材料为基准，设置于所述成型工具侧并支撑所述成型工具；隔板，作为具有供放置所述原材料的外面和提供用于膨胀的流体压力的里面的隔板，在所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面进行压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面紧贴至所述原材料的第二部分并加压；及体积可变部件，作为以至少一部分处于所述原材料的第二部分上的方式而配置在所述隔板和所述支撑体之间的所述成型工具的附近的体积可变部件，在通过发生膨胀的所述隔板而所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩，且所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀，而使得在所述原材料抑制发生褶皱，并且，所述原材料的第二部分接近所述成型工具侧。

本发明的实施例中，所述体积可变部件为能够根据所述成型工具的形状选择的气球或长筒管(elongated tube)。

本发明的实施例中，在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，在随着所述隔板持续膨胀而所述体积可变部件通过所述成型工具的表面及所述支撑体而制约的状态下，体积逐渐缩小，在完成成型时，所述体积可变部件从所述原材料的第二部分和所述成型工具之间滑脱，而所述原材料的第二部分沿着所述成型工具的表面成型。

本发明的实施例中，所述原材料为能够热成型(thermoforming)的材料，或将能够热成型的材料作为母材(matrix)的复合材料，所述隔板包括能够膨胀及收缩的可变形的隔膜(diaphragm)。

本发明的实施例中，原材料成型装置具有向所述支撑体和所述隔板之间侧向有选择开放及遮蔽的结构，以供用于调整所述体积可变部件的位置的工具或作业者的手进入。

本发明的实施例中，所述成型工具具有压缩所述原材料的第一部分的加压面和与所述加压面连接的侧面，所述加压面及所述侧面为平坦面、凸面及凹面中一个，所述成型工具能够具有双曲面(double curvature)，所述体积可变部件处于所述侧面。

本发明的实施例中，原材料成型装置还包括加热部，其接近所述原材料设置，而将热传输至所述原材料。

本发明的实施例中，原材料成型装置还包括夹具，夹紧所述隔板的边缘，以形成用于向所述隔板的里面提供所述流体压力的气密状态。

为了实现所述技术课题，本发明的另一实施例提供一种原材料成型装置，将薄片(sheet)形状的原材料沿着(conformable)成型工具(formingtool)的表面变形而成型产品(article)。原材料成型装置包括：支撑体，以具有通过所述成型工具覆盖的第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式而相对于所述成型工具配置的原材料为基准，设置于所述成型工具侧并支撑所述成型工具；隔板，作为具有供放置所述原材料的外面和提供用于膨胀的流体压力的里面的隔板，在所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面进行压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面紧贴至所述原材料的第二部分并加压；及加热部，接近所述原材料设置而将热传输至所述原材料。

本发明的实施例中，所述加热部处于所述隔板的外面和所述原材料的第一部分之间，所述隔板的宽度不宽于所述原材料的第一部分，以使在成型所述原材料的第二部分时不发生干扰。

本发明的实施例中，原材料成型装置还包括体积可变部件。体积可变部件的至少一部分以处于所述原材料的第二部分上的方式配置在所述隔板和所述支撑体之间的所述成型工具附近。通过膨胀的所述隔板而所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩，在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件而压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀，抑制在所述原材料发生褶皱，且所述原材料的第二部分接近所述成型工具侧成型。

为了实现所述技术课题，本发明的另一实施例提供一种原材料成型方法，将薄片(sheet)形状的原材料沿着(conformable)成型工具(forming tool)的表面变形，而成型产品(article)。首先，所述原材料以具有通过所述成型工具覆盖第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式在隔板的外面上配置所述原材料及所述成型工具。之后，在与所述隔板的外面相对并支撑所述成型工具的支撑体和所述隔板的之间的所述成型工具的附近设置所述体积可变部件。再则，在通过向所述隔板的里面施加的流体压力而所述隔板膨胀，而所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面对所述原材料的第二部分施加压力而所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩。之后，在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀而缩小所述体积可变部件的体积，由此，抑制在所述原材料发生褶皱，并且，所述原材料的第二部分发生变形。

本发明的实施例中，配置所述原材料及所述成型工具的步骤包括在所述隔板的外面和所述原材料的第一部分之间设置将热传输至所述原材料的加热部的过程。

本发明的实施例中，在所述成型工具的附近设置所述体积可变部件的步骤中，作为所述体积可变部件，而根据所述成型工具的形状而选择的气球或长筒管(elongatedtube)沿着所述成型工具的侧面设置。

本发明的实施例中，在所述成型工具的附近设置所述体积可变部件的步骤包括如下过程：所述体积可变部件的至少一部分设置在所述原材料的第二部分上；及通过支撑体对所述成型工具加压，由此，通过所述隔板的外面和所述成型工具而压缩所述原材料的第一部分。

本发明的实施例中，在所述成型工具具有压缩所述原材料的第一部分的加压面和与所述加压面连接的侧面，并且，在所述成型工具的附近设置体积可变部件的步骤中，所述体积可变部件被设置在所述成型工具的侧面，以使所述体积可变部件与所述原材料的第二部分中的预测为可能发生褶皱的区域对应。

本发明的实施例中，所述变形的步骤包括以下过程，所述原材料的第二部分在通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，在随着所述隔板持续膨胀而所述体积可变部件通过所述成型工具的表面及所述支撑体制约的状态下，体积逐渐缩小，在完成成型时，所述体积可变部件从所述原材料的第二部分和所述成型工具之间滑脱，由此，所述原材料的第二部分附着(laminated)在所述成型工具的表面。

本发明的实施例中，原材料成型方法还包括如下步骤中至少一个，中断所述隔板的膨胀，利用工具或作业者用手调整所述原材料的第二部分和所述成型工具之间的所述体积可变部件的位置；可拆卸所述体积可变部件，并再次安装至所述原材料的第二部分和所述成型工具之间；及更换所述体积可变部件。

本发明的实施例中，在所述原材料的第二部分附着在所述成型工具的表面的过程之后，还包括附着一次以上附加的原材料的步骤，附着所述附加的原材料的步骤包括依次执行如下步骤而在所述原材料上附着所述附加的原材料的步骤，其中，所述如下步骤包括：将附着在所述成型工具的所述原材料与所述隔板的外面分隔；将附加的原材料设置在所述隔板的外面和附着在所述成型工具的原材料之间；相对于所述附加的原材料而设置体积可变部件；在所述体积可变部件的表面压缩；及变形所述原材料的第二部分。

本发明的实施例中，还包括如下步骤：固化步骤，反复执行附着所述附加的原材料的步骤而固化在所述成型工具成型的多个原材料，从而，形成由所述多个原材料构成的固化的多层(layer)原材料；及分离步骤，将所述固化的多层原材料从所述成型工具分离。

发明的效果

根据本发明的实施例，为了防止成型中褶皱缺陷的发生，根据一个隔板(隔膜)和要成型的形状而使用具有合适形状的体积可变部件(气球或管)而在成型中压缩原材料，由此，能够在不发生褶皱缺陷的情况下成型。即，代替分别用隔膜压缩双面原材料，仅一面使用隔膜，而另一面使用气球或管压缩。

由此，通过使用气球或管等体积可变部件而容易设计及实现原材料成型装置，减少因隔膜的损伤而产生的损耗(成本、原材料、时间等)，极大改善尺寸或复杂的曲面的成型的限制。

应当理解本发明的效果并非由所述效果限定，包含在本发明的具体说明或权利要求范围记载的发明的结构推论出的可能的所有效果。

附图说明

图1为显示本发明的一实施例的原材料成型装置的附图。

图2为用于说明通过本发明的一实施例的原材料成型装置而成型的原材料的一例的附图。

图3为显示本发明的一实施例的原材料成型装置的成型工具的例子的附图。

图4为用于说明本发明的一实施例的原材料成型装置的隔板和成型工具的一例的附图。

图5为用于说明从原材料和成型工具之间脱离的体积可变部件的一例的附图。

图6为用于说明本发明的一实施例的原材料成型方法的顺序图。

图7为用于说明原材料和成型工具及体积可变部件的关系的一例的附图。

图8为用于说明与隔板的膨胀一起而通过体积可变部件的收缩而成型原材料的方法的一例的附图。

图9为用于说明反复进行原材料的成型工艺的工艺的一例的附图。

图10为用于说明在反复成型工艺之后而进行固化工艺的一例的附图。

图11及图12为显示本发明的另一实施例的原材料成型装置及原材料成型方法的附图。

具体实施方式

下面参照附图而对本发明进行说明。但本发明能够通过各种不同的形式实现，因此，并不通过在此说明的实施例限定。并且，为了在附图中明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，通过整个说明书而对相似部分赋予了相似附图标记。

在整个说明书中，在称任一部分与另一部分“连接(联接、接触、结合)”时，其不仅包含“直接连接”的情况，也包括中间设置其它部件并“间接连接”的情况。并且，在称任一部分“包含”任何结构要素时，其除非上下文另有明确规定，否则还包括其它结构要素，并非排除其它结构要素。

在本说明书中使用的用语仅为了说明特定的实施例而使用，并非限定本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达也包含复数表达。在本说明书中，“包含”或“具有”等用语是指存在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或其组合，并不提前排除一个或多个其它特征或数字、步骤、动作、结构要素或其组合的存在或附加可能性。

下面参照附图而对本发明的本发明的实施例进行具体说明。

图1为显示本发明的一实施例的原材料成型装置的附图。图2为用于说明在本发明的一实施例的原材料成型装置中成型工具200和原材料100的一例的附图。图3为显示本发明的一实施例的原材料成型装置的成型工具的例子的附图。

原材料成型装置为使薄片(sheet)形状的原材料(参照图2)沿着如图3例示的成型工具200的表面(conformable)变形而成型产品(article)的装置。

原材料100是指能够热成型(thermoforming)的材料，或将能够热成型的材料作为母材(matrix)的复合材料10(prepreg；预浸料坯)或将其切断为特定形式的预成型品(preform)(参照图2的下侧图像)。

对于单向纤维增强复合材料预浸料坯，切断预浸料坯而构成的预成型品在所述方向性上也能够仅单向放置在成型工具200。或者也能够层叠方向不同的几层(layer)而一起成型。此时，防止随着隔板变形而原材料以垂直于纤维方向的方向发生撕裂。

作为原材料成型装置适用的复合材料10以单向纤维增强复合材料为例，但在成型过程中，也能够适用于发生褶皱缺陷的其它原材料。

参照图1，原材料成型装置包括支撑体400、支撑框架600、隔板300及体积可变部件500。

本实施例的原材料成型装置使用一个隔板300(例：隔膜)而通过隔板300的膨胀而提供使原材料100附着在成型工具200(forming tool)上的动力，在隔板300的对立面通过体积可变部件500(例：气球)代替隔板300而支撑原材料100，向原材料100施加压力而防止在原材料100生成褶皱。

使用具有与在原材料成型装置要制造的产品的形状对应的形状的成型工具200。例如，原材料100以一部分被覆盖地在成型工具200配置。即，原材料100相对成型工具200配置，以使具有通过成型工具200覆盖的第一部分120和从成型工具200脱离的第二部分140、160。

支撑体400基于原材料100而处于成型工具200侧，以与成型工具200分隔或支撑成型工具200的方式移动。支撑体400为板状。或者，与此不同，支撑体400也能够为长条(bar)或支架形式。几个该条或支架支撑成型工具200。

该条或支架形式的支撑体与板状的支撑体相比，从外部(例：侧面)至内部的可达性更优秀。由此，即使在成型前或成型中，也能够比较容易调整下面所述的体积可变部件500的位置。例如，使得体积可变部件500更接近成型工具200的侧面，而作业者用手或棍可以推动体积可变部件500。

支撑框架600与支撑体400相对而支撑隔板300。

隔板300可包括能够变形的隔膜(diaphragm)。隔板300由膨胀及收缩特性优秀的软性材质(elastomeric diaphragms)构成。对于由弹性限制大的材质形成隔板300的情况，能够再次使用。当然，在隔板300引起塑性变形的情况下进行一次性使用，并且，也能够再加工(recycle)或废弃。

隔板300具有供放置原材料100的外面和提供用于膨胀的流体压力的里面。例如，隔板300和支撑框架600之间的空间作为密闭的(airtight)空间而构成压力存储单元。在该空间内，如图1例示所示，通过在支撑框架600形成的通道610而流入及流出空气等流体，并且隔板300可以发生膨胀及恢复原状或收缩。

在隔板300的外面上放置原材料100及成型工具200，支撑体400支撑成型工具200的状态，即原材料100的第一部分120通过成型工具200和隔板300的外面而压缩的状态下，隔板300能够发生膨胀。由此，如图1的下侧附图所示，膨胀的隔板300的外面与原材料100的第二部分140、160紧贴而施加压力。

体积可变部件500以至少一部分处于原材料100的第二部分140、160上的方式配置在隔板300和支撑体400之间的成型工具200的附近。如图1例示所示，通过膨胀的隔板300而原材料100的第二部分140、160在体积变部件500的表面被压缩。

在隔板300发生膨胀之前，体积可变部件500也能够不与支撑体400接触，也能够从开始就接触。

在原材料100的第二部分140、160通过隔板300及体积可变部件500压缩的状态下，随着隔板300持续膨胀，抑制在原材料100发生褶皱，并且，原材料100的第二部分140、160以接近成型工具200侧的方式变形及成型。(参照图8)。

按支撑体400和隔板300之间的侧向配置能够有选择开放及遮蔽的结构。在本实施例中，按支撑体400和隔板300之间的侧向开放至少一部分。

在使用现有两个隔膜的成型方法中，在成型中，无法停止成型并无法进行点验原材料或隔板等作业。但通过本实施例，在成型中按需调整体积可变部件500的位置。

例如，气球形式的体积可变部件500从正常位置滑脱时，中断隔板300的膨胀，向支撑体400和隔板300之间侧向放置棍或工具，或根据情况，伸入作业者的手而将体积可变部件500推入正常位置(例：原材料100的第二部分140、160和成型工具200之间)。并且，根据情况，在完成成型工艺的过程中，向支撑体400和隔板300之间的侧向开放的方向放入工具或伸手，也能够拉出体积可变部件500。

参照图3，成型工具200具有与要制造的产品的形状相应的形状。例如，成型工具200包括加压面210及和与加压面210连接的侧面。加压面210及侧面为平坦面、凹面、凸面中一个。因此，成型工具200具有双曲面(double curvature)。

在本实施例中，成型工具200包括加压面210、曲面形状的外侧面230、与外侧面230对应的曲面形状的内侧面250。加压面210连接内侧面250和外侧面230而压缩原材料100的第一部分120(参照图1)。

内侧面250和外侧面230为同心圆弧的一部分。

并且，内侧面250和外侧面230也能够具有相对于所述同心圆的曲率并按垂直方向具有一定曲率。

根据要制造的形状，也能够将原材料在加压面和内侧或外侧面的任一侧面成型。

在下面所述固化工艺之后，内侧面250和外侧面230相对于加压面210的垂直面而大致锥形成型1～3度(degree)左右，以便原材料100容易从模具分离。加压面210和内侧面250、加压面210和外侧面230大致构成90度而形成曲面，内侧面250和外侧面230为具有上述曲率的曲面。成型工具200具有该两种曲面。因该两种曲面，而对于将原材料100简单附着在成型工具200的情况，会发生褶皱。但通过本实施例的原材料成型装置，能够在原材料抑制发生褶皱，并将原材料附着在成型工具200。

体积可变部件500为根据成型工具200的形状选择的气球或管。对于管状的体积可变部件，在通常拉长形成时，该管由橡胶材质形成。但在本实施例中，管状的体积可变部件并非限定为橡胶材质。

体积可变部件500以原材料具有发生褶皱的部位为中心而以整体或局部支撑原材料的方式配置。即，体积可变部件的配置根据成型工具的形状而能够有选择地配置，但在在本实施例中，以在整个成型工具的侧面配置体积可变部件的例子为中心进行说明(参照图7的下侧附图)。

在原材料100的第一部分120通过成型工具200的加压面210和隔板300压缩的状态下，随着隔板300发生膨胀，外侧面230侧原材料100的第二部分140通过隔板300和第一体积可变部件510压缩，内侧面250侧原材料100的第二部分160通过隔板300和第二体积可变部件530压缩。

图4为用于说明本发明的一实施例的原材料成型装置的隔板300和成型工具200的一例的附图。

隔板300的边缘与支撑框架600接合，隔板300和支撑框架600之间空间为用于流体压力的气密状态。或者与此不同，参照图4的上侧图像，隔板300和支撑框架600也能够通过多个夹具650结合。例如，配置按压隔板300的边缘的边框板630，夹具650对边框板630和支撑框架600加压，也能够形成所述气密状态的空间。

另外，参照图4的下侧附图，在隔板和原材料的相对移动和成型之后，为了分离，也能够在隔板300的外面和原材料100之间介入异型构件810。

图5为用于说明从原材料100和成型工具200之间滑脱的体积可变部件500一例的附图。

在原材料100的第二部分140、160通过隔板300及体积可变部件500压缩的状态下，随着隔板300持续膨胀，隔板300的外面对体积可变部件500的表面加压。由此，体积可变部件500在通过成型工具200的表面(例：内侧面250及外侧面230)及支撑体400而制约的状态下，体积逐渐缩小。

图5公开的示例中，支撑体400为透明的塑料(例：聚碳酸酯)板状，加强方管450，以用于加强塑料板。

随着隔板300持续膨胀，如图5及图8下侧的附图所示，体积可变部件500从原材料100的第二部分140、160和成型工具200的侧面之间滑脱，原材料100的第二部分140、160沿着或顺应(conformable)成型工具200的表面成型。该结果，原材料100能够附着(laminated)在成型工具200的表面。

在本实施例中，在通过隔板300和体积可变部件500抑制发生褶皱，并且，原材料100向成型工具200的表面变形之后，在原材料100完全附着在成型工具200的完成步骤中，也能够用压辊或手将原材料100按压在成型工具200的表面而完成成型工艺。

反复多次进行该原材料100的成型过程，而能够成型为所需厚度的产品。反复几次而成型的过程以下进行说明。

通过本发明的实施例的原材料成型装置，并非使用两个隔膜的现有的复杂且实际难以实现的多个压力存储结构，而是提供一种使用一个隔板300，包含处理和结构简单的气球或管状的体积可变部件500，由此，便于适用实际产品制造，减少装置的成本，显著降低原材料的尺寸或形状的限制的原材料成型装置。

图6为用于说明本发明的一实施例的原材料成型方法的顺序图。

原材料成型方法在将薄片(sheet)形状的原材料100沿着(conformable)成型工具200(forming tool)的表面变形而形成产品(article)时适用。

在原材料成型方法中，首先，能够以原材料100具有通过成型工具200覆盖的第一部分120和具有从成型工具200脱离的第二部分140、160的方式，在隔板300的外面上配置原材料100及成型工具200(S100)。

在下面说明的工艺中，在原材料的第二部分140、160在体积可变部件500的表面进行压缩时，体积可变部件500以与预测为原材料的第二部分140、160中发生褶皱区域的位置对应的方式，在成型工具200的附近设置体积可变部件500的所述S100过程中，体积可变部件500能够处于成型工具200的侧面。

另外，如上所述所示，原材料100为能够热成型(thermoforming)的材料，或将能够热成型的材料作为母材(matrix)的复合材料，为由单向纤维构成的复合材料、纺织品预浸料(woven fabric prepreg)、间断式复合材料预浸料(aligned discontinuous fibercomposite prepreg)中的至少一个。隔板300由能够变形的材质构成。

下面，在与所述隔板300的外面相对而支撑所述成型工具200的支撑体400和隔板300之间的成型工具200的附近设置体积可变部件500(S200)。

进而，在通过施加至隔板300的里面的流体压力而隔板300发生膨胀，原材料100的第一部分120通过成型工具200和隔板300的外面压缩的状态下，发生膨胀的隔板300的外面对原材料100的第二部分140、160加压而使得原材料100的第二部分140、160在体积可变部件500的表面压缩(S300)。

之后，在原材料100的第二部分140、160通过隔板300及体积可变部件500压缩的状态下，随着隔板300持续膨胀而体积可变部件500的体积缩小，由此，能够防止在原材料100发生褶皱，并在原材料100的第二部分140、160变形及成型(S400)。

下面对原材料成型方法的具体过程以图1至图5说明的原材料成型装置为例进行说明。

图7为用于说明原材料100和成型工具200及体积可变部件500的关系的一例的附图。

对于在上述成型工具200的附近设置体积可变部件500的过程，包括：以体积可变部件500的至少一部分处于原材料100的第二部分140、160上的形式在成型工具200的附近设置体积可变部件500；通过支撑体400对成型工具200及体积可变部件500加压，通过隔板300的外面和成型工具200而压缩原材料100的第一部分120。

在设置上述体积可变部件500的过程中，作为体积可变部件500而根据成型工具200的形状选择的气球或管沿着成型工具200的侧面设置。体积可变部件500具有整体压缩在原材料100中容易发生褶皱的部位的形状。

在原材料100配置在成型工具200的加压面210的状态下，如图7的中间附图所示，也能够原材料处于下侧而进行工艺。对此，参照图1至图5说明。与此不同，在原材料100配置在成型工具200的加压面210的状态下，如图7的上侧附图所示，也能够原材料处于上侧而进行工艺。此时，隔板300处于上侧，且支撑体400处于下侧，即，在图1例示的原材料成型装置的上下翻转设置的状态下，也能够进行原材料成型工艺。下面，以图7的中间附图为例进行。

成型工具200如上所示，对于具有内侧面250、外侧面230及加压面210的情况，原材料100以具有与加压面210对应的第一部分120和大致与内侧面250及外侧面230垂直的方向分别延伸的第二部分140、160配置。为了容易进行原材料和成型工具200之间的分离，内侧面250及外侧面230在所述垂直方向按大致1～3度左右锥形形成，其与上述相同。

此情况，设置体积可变部件500的过程包括如下过程：配置沿着外侧面230延伸的第一体积可变部件510，配置沿着内侧面250延伸的第二体积可变部件530(参照图7的下侧附图)。

图8为用于说明与隔板300的膨胀一起而通过体积可变部件500的收缩成型原材料100的方法的一例的附图。

在上述原材料100的第二部分140、160在体积可变部件500的表面压缩的过程中，对于将原材料100的第二部分的两侧140、160通过全部体积可变部件500压缩的情况，在原材料100的第一部分120通过成型工具200的加压面210和隔板300压缩的状态下，随着隔板300发生膨胀，外侧面230侧原材料100的第二部分140通过隔板300和第一体积可变部件510压缩，内侧面250侧原材料100的第二部分160能够通过隔板300和第二体积可变部件530压缩。

之后，抑制在上述原材料100发生褶皱，且原材料100的第二部分140、160变形以及成型的过程包括如下过程：在原材料100的第二部分140、160通过隔板300及体积可变部件500压缩的状态下，随着隔板300持续膨胀，而在体积可变部件500通过隔板300的外面、成型工具200的表面(即，内侧面及外侧面)及支撑体400制约的状态下，体积逐渐减小(参照图8的上侧及中间附图)。

体积可变部件500包括由弹性材质构成的气球或管和安装在此的阀门。成型中，通过操作阀门或提前设定的方法排除空气，逐渐缩小体积可变部件500的体积。此时，体积可变部件500对抗隔板300而抑制发生褶皱，从而，保持加压原材料100的压力，并使缩小体积。例如，在缩小体积中的体积可变部件500对原材料加压的压力为既定或按随着成型工艺时点设定的值变化，以此调整阀门或设定阀门。

通过该过程，原材料100的第二部分140、160分别接近成型工具200的内侧面250侧及外侧面230侧而变形。

并且，抑制在原材料100发生褶皱，且原材料100的第二部分140、160发生变形及成型的过程，还包括如下过程，在所述的体积可变部件500的体积逐渐缩小的过程之后，随着隔板300持续膨胀，体积可变部件500从原材料100的第二部分140、160和成型工具200的之间滑脱，由此，原材料100的第二部分140、160附着(laminated)在成型工具200的表面(参照图8的下侧附图)。

即，在完成成型时，在去除几乎漏出在原材料100和成型工具200的侧面之间残留的空气的体积可变部件500时，原材料100完全紧贴至成型工具200的表面而完成一次成型。

在与通过现有的两个隔膜成型方法进行了对比时，本实施例的原材料成型方法在完成成型时，在不存在隔膜或其它异物的情况下，原材料100和成型工具200直接接触及相对，在该方面存在差异。即，因在原材料100和成型工具200之间不存在异物，在成型多次薄的原材料100时，成型直至达到所需厚度。

在上述原材料100的第二部分140、160在体积可变部件500的表面压缩的过程或在原材料100抑制发生褶皱，且原材料100的第二部分140、160变形及成型的过程中，按需也还包括体积可变部件500的位置调整过程。

例如，中断隔板300的膨胀，并将从原材料100的第二部分140、160和成型工具200的之间滑脱的体积可变部件500通过棍等工具或作业者的手推至正常位置等的体积可变部件500的位置调整过程。

或者对于体积可变部件500发生了损伤的情况，能够比较容易地更换体积可变部件500。对于使用现有的双重隔膜的成型工艺的情况，经常发生隔膜破裂等损伤，在发生该损伤时，必须再次从最初开始进行成型工艺，或直接扔掉原材料的情况有很多。

但通过本实施例的原材料成型装置，几乎不会发生因隔板300及体积可变部件500的损伤，而扔掉原材料或必须再次从最初开始进行的情况。假如，对于遭受体积可变部件500撕裂等损伤的情况，通过工具或用手直接取出体积可变部件500，在必要时，缩小隔板300的体积，在设置正常的体积可变部件500之后，持续进行隔板300的膨胀工艺而进行(resume)。或者也能够简单地从侧向利用棍等工具或用手调整体积可变部件500的位置。

图9为用于说明反复进行原材料100的成型工艺的工艺的一例的附图。

如上所述，通过原材料100的第二部分140、160附着在成型工具200的表面的过程，完成将一个原材料100在成型工具200成型的工艺。

在成型原材料100的成型工具200直接再次配置附加的原材料(100')，并反复成型过程(S500)。选择该反复过程的次数，确定最终成型的产品的厚度。当然，反复成型的原材料100的方向能够相互一致或不同排列。

具体地，反复的成型过程依次执行如下过程进行，例如，将附着在成型工具200的原材料100从隔板300的外面分隔的过程，在隔板300的外面和附着在成型工具200的原材料100之间设置附加的原材料100'的过程，相对于附加的原材料100'而设置体积可变部件500的过程，使附加的原材料100'在体积可变部件500的表面压缩的过程，及附加的原材料100'的第二部分140、160发生变形的过程。其结果，在原材料100上附着附加的原材料100'，如图9的下侧附图所示，不发生褶皱的所需的多个原材料101能够在成型工具200上成型。

图10为用于说明反复进行成型工艺之后的固化工艺的一例的附图。

原材料成型方法还包括：反复执行附着附加的原材料100的步骤而固化在成型工具200成型的多个原材料101的固化过程(S600)；将固化的多个原材料101(固化的多层(layer)原材料)从成型工具200分离的过程(S700)。当然，对于原材料的树脂无需固化的情况，不经过固化工艺。

在图10的上侧附图中，附加的原材料101'用于例示显示，根据要制造的产品，层叠与其合适的数量的附加的原材料101'。

例如，固化过程包括如下过程：在异型构件810的表面附着吸水部件830；将附着异型构件810及吸水部件830的成型工具200放置在真空包850内而密闭；加热成型工具200而使结合物质(例：树脂，resin)作为吸水部件830从多个原材料101吸水；及从真空包850取出成型工具200并从固化异型构件810的多个原材料101(固化的多层(layer)原材料)分离。

一般而言，固化工艺在高温高压箱(例：高压釜)内放置成型多个原材料101的成型工具200，使用配置在高温高压箱内的加热装置而高温及高压进行数小时。

然而，本实施例的固化工艺在吸水的过程中，未使用配置在高温高压箱内的另外的加热装置并进行。具体地，在本实施例的固化工艺中，在形成于成型工具200的加热插入用孔270设置热线280，并将从热线280发生的热通过成型工具200而传输至多个原材料100而更容易提取原材料含有的树脂(resin)等结合物质。

通过该过程，作为制造产品的一例，制造了图10的下侧显示的形式的试制品。所制造的试制品为内径2000mm，外径2160mm，最大长度114.5mm，高度40mm，厚度约1.5mm，纤维的配置方向为0度、90度、45度、-45度反复成型，而形成为8层。产品的原材料使用了SKYFLEXUSN150。

在上述实施例中，作为体积可变部件500以气球为中心进行了说明，但作为体积可变部件500，代替气球也能够适用其它设备，例如，具有管或弹性，具有与原材料100顺应的(conformable)接合面的弹簧结构或活塞结构而压缩原材料100。并且，在为具有橡胶或其它变形的表面的膨胀的结构的情况下，也能够代替隔膜使用。

对于使用两个现有的隔膜的情况，必须分别控制隔膜的压力存储单元和隔膜之间的压力存储单元，需实现装置整体密闭的结构，控制隔膜之间的膨胀及接合的过程复杂，即，结构复杂，实现复杂性大而实际难以适用。

根据本发明的实施例，为了防止成型中褶皱缺陷的发生，根据一个隔板300(隔膜)和要成型的形状而使用具有适合的形状的体积可变部件500(气球)而在成型中压缩原材料100而能够在不发生褶皱缺陷的情况下成型。即，代替将原材料100的双面分别由隔膜压缩，仅一面使用隔膜，另一面使用气球。

由此，通过使用气球等体积可变部件500，容易设计及实现原材料成型装置，缩小因隔膜的损伤而产生的损失(成本、原材料100、时间等)，极大改善尺寸或复杂的曲面的成型的限制。

图11及图12为显示本发明的另一实施例的原材料成型装置及原材料成型方法的附图。

图11及图12公开的原材料成型装置与图1至图9说明的原材料成型装置及原材料成型方法相比还包括加热部。

如上所示，原材料100作为能够热成型(thermoforming)的材料，或将能够热成型的材料作为母材(matrix)的复合材料，为由单向纤维构成的复合材料、纺织品预浸料、间断式复合材料预浸料中的至少一个。因此，如图11例示所示，原材料包括具有方向性形成的纤维。

如单向纤维复合材料一样，对于包含不断的长纤维的复合材料的情况，在原材料所包含的纤维中，在两侧末端与加压面，中央部分与凹陷的侧面相应的位置长长地配置纤维的情况(图11的111)。对于该情况，为了成型，对于需要加压面和原材料的相对位置的移动(滑动)时原材料的树脂粘度高的情况，限制向凹陷的侧面的成型。

对于向原材料100施加热的状态下成型的情况，即，在原材料100发生变形时，因降低树脂的粘度，而能够减少如上言及的成型的限制。为此，本实施例的原材料成型装置还包括：板状的加热部700，设置在隔板300的外面和原材料100的第一部分120之间而向原材料100传输热(参照图11的下侧附图)。

在隔板300的外面上配置原材料100及成型工具200时，在隔板300的外面和原材料100的第一部分120之间配置向原材料100传输热的加热部700(参照图11的下侧附图)。

由此，配置加热部700并使隔板300发生膨胀而如图12的上侧附图所示，能够将原材料100附着在成型工具200而成型。

因加热部700而所述纤维部分111的原材料为变形更容易的状态。因此，能够有效成型。

为了有效地向原材料100施加热，由热传输率高的物质制造成型工具200，在成型时，也能够调节成型工具200的温度而调节原材料100的温度。通过成型工具200的温度而调节原材料100的温度的方案，因依次成型而随着成型的原材料100的厚度增加而发生从成型工具200向原材料100热传输的困难。因此，作为解决该问题的方法，配置上述加热部700，以用于仅局部向原材料100直接传输热。

加热部700的形状在成型之前，优选地，与原材料100直接接合的成型工具200的加压面210相应地形成。对于加热部700的面积大于成型工具200的加压面210的情况，隔板300难以将原材料100附着在成型工具200，对于加热部700的面积比成型工具200的加压面210小的情况，降低对原材料100施加热的效果。

另外，如图12的中间附图及下侧附图例示所示，在以下面与加热部700接合的方式配置的原材料的第二部分上配置体积可变部件500并成型的原材料成型装置及原材料成型方法也可以。

与上述不同，使原材料成型装置所处空间整体的温度上升而向成型中的原材料传输热的方法也可以。例如，将原材料成型装置放置在腔体，也能够提升腔体的温度。

并且，与上述加热部700不同，也能够采用不与原材料100接触，通过红外线等电磁波加热的方法。

并且，用于加热的装置也能够为设置在隔板300的内侧，即隔板300的里面并通过隔板300而将热传输至原材料的结构。

并且，加热部700本身柔软且具挠性，也能够制造为具有通过隔板300的膨胀而变形的原材料和结构。对于使用该加热部700的情况，加热部形成为比成型工具的加压面大的幅度，也能够通过隔板变形并从侧面加压原材料。因此，使得加热部能够直接对附着在内侧面的原材料部分加热。

为了例示上述本发明的说明，本发明所属技术领域的普通技术人员在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，也能够容易变形为其它具体形式。因此，综上记述的实施例在所有面仅用于例示，并非用于限定。例如，在以单一型说明的各个结构要素也能够分散实施，同样以分散说明的结构要素也能够以结合的形式实施。

本发明的范围通过所附权利要求范围显示，权利要求范围的意义及范围及从同等概念得出的所有变更或变形的形式应以包含于本发明的范围解释。

Claims (20)

1.一种原材料成型装置，其为将薄片形状的材料沿着成型工具的表面变形而成型产品的原材料成型装置，其特征在于，包括：

支撑体，以具有通过所述成型工具覆盖的第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式而相对于所述成型工具配置的原材料为基准，设置于所述成型工具侧并支撑所述成型工具；

隔板，作为具有供放置所述原材料的外面和提供用于膨胀的流体压力的里面的隔板，在所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面进行压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面紧贴至所述原材料的第二部分并加压；以及

体积可变部件，作为以至少一部分处于所述原材料的第二部分上的方式而配置在所述隔板和所述支撑体之间的所述成型工具的附近的体积可变部件，通过发生膨胀的所述隔板而所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩，在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀，而使得在所述原材料抑制发生褶皱，并且，使得所述原材料的第二部分接近所述成型工具侧。

2.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

所述体积可变部件为能够根据所述成型工具的形状选择的气球或长筒管。

3.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，而在随着所述隔板持续膨胀，所述体积可变部件通过所述成型工具的表面及所述支撑体而制约的状态下，体积逐渐缩小，在完成成型时，所述体积可变部件从所述原材料的第二部分和所述成型工具之间滑脱，所述原材料的第二部分沿着所述成型工具的表面成型。

4.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

所述原材料为能够热成型的材料，或将能够热成型的材料作为母材的复合材料，所述隔板包括可变形的隔膜。

5.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

具有向所述支撑体和所述隔板之间侧向有选择开放及遮蔽的结构，以供用于调整所述体积可变部件的位置的作业者的手或工具进入。

6.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

所述成型工具具有压缩所述原材料的第一部分的加压面和与所述加压面连接的侧面，所述加压面及所述侧面包括平坦面、凸面及凹面，所述成型工具具有双曲面，所述体积可变部件处于所述侧面。

7.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

还包括加热部，其接近所述原材料设置，而将热传输至所述原材料。

8.根据权利要求1所述的原材料成型装置，其特征在于，

还包括夹具，夹紧所述隔板的边缘，以形成用于向所述隔板的里面提供所述流体压力的气密状态。

9.一种原材料成型装置，其将薄片形状的原材料沿着成型工具的表面变形而成型产品，该原材料成型装置特征在于，包括：

支撑体，以具有通过所述成型工具覆盖的第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式而相对于所述成型工具配置的原材料为基准，设置于所述成型工具侧并支撑所述成型工具；

隔板，作为具有供放置所述原材料的外面和提供用于膨胀的流体压力的里面的隔板，在所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面进行压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面紧贴至所述原材料的第二部分并加压；以及

加热部，接近所述原材料设置而将热传输至所述原材料。

10.根据权利要求9所述的原材料成型装置，其特征在于，

所述加热部处于所述隔板的外面和所述原材料的第一部分之间，所述隔板的宽度不宽于所述原材料的第一部分，以使在成型所述原材料的第二部分时不发生干扰。

11.根据权利要求9所述的原材料成型装置，其特征在于，还包括：

体积可变部件，其至少一部分以处于所述原材料的第二部分上的方式配置在所述隔板和所述支撑体之间的所述成型工具附近，通过膨胀的所述隔板而所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩，在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀，抑制在所述原材料发生褶皱，且所述原材料的第二部分接近所述成型工具侧。

12.一种原材料成型方法，其为将薄片形状的原材料沿着成型工具的表面变形，而成型产品的原材料成型方法，该原材料成型方法特征在于，包括以下步骤：

所述原材料以具有通过所述成型工具覆盖第一部分和从所述成型工具脱离的第二部分的方式在隔板的外面上配置所述原材料及所述成型工具；

在与所述隔板的外面相对并支撑所述成型工具的支撑体和所述隔板的之间的所述成型工具的附近设置体积可变部件；

在通过向所述隔板的里面施加的流体压力而所述隔板膨胀，而所述原材料的第一部分通过所述成型工具和所述隔板的外面压缩的状态下，发生膨胀的所述隔板的外面对所述原材料的第二部分加压而使所述原材料的第二部分在所述体积可变部件的表面压缩；以及

在所述原材料的第二部分通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，随着所述隔板持续膨胀而缩小所述体积可变部件的体积，由此，抑制在所述原材料发生褶皱，并且，所述原材料的第二部分发生变形。

13.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，

配置所述原材料及所述成型工具的步骤包括将使热传输至所述原材料的加热部接近所述原材料配置的过程。

14.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，

在所述成型工具的附近设置所述体积可变部件的步骤中，作为所述体积可变部件，而根据所述成型工具的形状而选择的气球或长筒管设置在所述成型工具的侧面。

15.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，

在所述成型工具的附近设置所述体积可变部件的步骤包括如下过程：所述体积可变部件设置在所述成型工具附近，以使所述体积可变部件的至少一部分设置在所述原材料的第二部分上；及通过支撑体对所述成型工具加压，由此，通过所述隔板的外面和所述成型工具而压缩所述原材料的第一部分。

16.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，

所述成型工具具有压缩所述原材料的第一部分的加压面和与所述加压面连接的侧面，在所述成型工具的附近设置体积可变部件的步骤中，所述体积可变部件被设置在所述成型工具的侧面，以使所述体积可变部件与所述原材料的第二部分中的预测为可能发生褶皱的区域对应。

17.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，所述变形的步骤包括以下过程：

所述原材料的第二部分在通过所述隔板及所述体积可变部件压缩的状态下，在随着所述隔板持续膨胀而所述体积可变部件通过所述成型工具的表面及所述支撑体制约的状态下，体积逐渐缩小，在完成成型时，所述体积可变部件从所述原材料的第二部分和所述成型工具之间滑脱，由此，所述原材料的第二部分附着在所述成型工具的表面。

18.根据权利要求12所述的原材料成型方法，其特征在于，还包括如下步骤中至少一个，

中断所述隔板的膨胀，作业者用手或利用工具调整所述原材料的第二部分和所述成型工具之间的所述体积可变部件的位置；可拆卸所述体积可变部件，并再次安装至所述原材料的第二部分和所述成型工具之间；以及更换所述体积可变部件。

19.根据权利要求17所述的原材料成型方法，其特征在于，

在所述原材料的第二部分附着在所述成型工具的表面的过程之后，还包括附着一次以上附加的原材料的步骤，

附着所述附加的原材料的步骤包括依次执行如下步骤而在所述原材料上附着所述附加的原材料的步骤，其中，所述如下步骤包括：将附着在所述成型工具的所述原材料与所述隔板的外面分隔；将附加的原材料设置在所述隔板的外面和附着在所述成型工具的原材料之间；相对于所述附加的原材料而设置体积可变部件；在所述体积可变部件的表面压缩；及变形所述原材料的第二部分。

20.根据权利要求19所述的原材料成型方法，其特征在于，还包括如下步骤：

固化步骤，反复执行附着所述附加的原材料的步骤而固化在所述成型工具成型的多个原材料，从而，形成由所述多个原材料构成的固化的多层原材料；以及

分离步骤，将所述固化的多层原材料从所述成型工具分离。

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