增材制造(additive manufacturing)為形成三維(3D)對(duì)象材料(如塑料和金屬)添加層的過(guò)程。該過(guò)程往往依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且更具體地，依賴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)來(lái)設(shè)計(jì)每層和整個(gè)疊層過(guò)程。增材制造對(duì)于很多情況下用在例如航空應(yīng)用中的復(fù)雜、低產(chǎn)量部件特別有吸引力。立體光刻(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)和熔融沉積成型(FDM)為目前用于進(jìn)行增材制造部件的三種主要方法。通常，作為沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)支撐物(例如，纖維)的材料的凈樹脂被用于該目的。將結(jié)構(gòu)支撐物結(jié)合到增材制造原料被證明是困難的并且通常受限于小顆粒和短纖維。然而，這種類型的結(jié)構(gòu)支撐物并不產(chǎn)生與連續(xù)纖維相關(guān)聯(lián)的機(jī)械性能。此外，用于制造復(fù)合原料的當(dāng)前技術(shù)，諸如擠出，會(huì)在原料中引起空隙和其它缺陷。最終，制造復(fù)合原料的擠出和其它類似技術(shù)傾向于使用結(jié)構(gòu)支撐物堵塞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了用于增材制造的復(fù)合原料帶材和形成此類帶材的方法。復(fù)合原料帶材可包括彼此平行延伸并平行于該帶材的主軸線的連續(xù)單向纖維。該纖維的連續(xù)性產(chǎn)生優(yōu)越的機(jī)械性能，諸如沿著帶材的主軸線的拉伸強(qiáng)度。復(fù)合原料帶材可通過(guò)在平行于纖維的方向裁切復(fù)合材料層壓件來(lái)制成。在一些實(shí)施例中，裁切帶材的橫截面形狀可通過(guò)至少在帶材的表面上再歸屬/再歸因(reattribute)材料和/或通過(guò)用另一種材料涂覆該裁切帶材來(lái)改變。這種橫截面形狀變化可在不擾亂該帶材內(nèi)的連續(xù)纖維的情況下被執(zhí)行。在帶材內(nèi)的纖維的橫截面分布可為不均勻的，其中，接近該帶材的主軸線具有更高密度的纖維，例如以輔助增材制造。

提供了形成用于增材制造的被涂覆復(fù)合原料帶材的方法。在一些實(shí)施例中，該方法包括裁切片材成復(fù)合原料帶材并被涂覆復(fù)合原料帶材的外表面。例如，外表面可被涂覆有包含第二樹脂的材料。這種涂覆過(guò)程形成在復(fù)合原料帶材表面上的涂覆層。這種涂覆層和復(fù)合原料帶材的組合可被稱為被涂覆復(fù)合原料帶材。

用于裁切的片材可包含第一樹脂和在該片材內(nèi)彼此平行延伸的連續(xù)纖維。裁切可沿著平行于該片材內(nèi)的連續(xù)纖維的方向來(lái)執(zhí)行，從而保留該纖維的連續(xù)性。涂覆可使用十字頭擠出涂覆技術(shù)或任何其它合適的技術(shù)(諸如粉末涂覆或基于溶液的涂覆技術(shù))來(lái)執(zhí)行。

在一些實(shí)施例中，在涂覆這些帶材之前，在復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的連續(xù)纖維的分布為均勻的。這種纖維分布在裁切期間得以保留。因此，在用于裁切的片材的整個(gè)橫截面上的連續(xù)纖維的分布也可為均勻的。不過(guò)，一旦裁切帶材被涂覆，則由于沒(méi)有連續(xù)纖維可被用在涂覆材料(例如第二樹脂)中，所以這種橫截面分布會(huì)變化。在一些實(shí)施例中，第二樹脂可包括不同類型的纖維或其它類型的填料或可基本上不含任何纖維或填料。例如，在涂覆材料中的非樹脂組分的密度可小于5％體積或甚至小于1％體積。

替代性地，涂覆材料可包括從由纖維、顆粒和薄片組成的組中選擇的填料。例如，填料可包含短纖維，該短纖維至少基于其縱橫比而不同于片材的連續(xù)纖維和復(fù)合原料帶材的纖維。填料可選自由以下項(xiàng)組成的組：熱敏增材、礦物增強(qiáng)物、熱穩(wěn)定劑、紫外線(UV)穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑、導(dǎo)電助劑和顏料。

在一些實(shí)施例中，第一樹脂和第二樹脂中的一者包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。第一樹脂和第二樹脂為相同的。例如，第一樹脂和第二樹脂兩者可均為聚醚酮酮(PEKK)。

在一些實(shí)施例中，在復(fù)合原料帶材的外表面上形成的涂覆層的厚度為均勻的。這種類型的涂覆也可被稱為共形涂覆。厚度變化可小于20％或甚至小于10％。在這些實(shí)施例中，被涂覆復(fù)合原料帶材的橫截面可表示在涂覆之前復(fù)合原料帶材的橫截面的放大變化。

在一些實(shí)施例中，在涂覆這些帶材之前，在復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的連續(xù)纖維的密度至少為約40％體積。由于在裁切過(guò)程中未添加或去除纖維，所以裁切成連續(xù)帶材的片材的纖維密度可為相同的。這種密度可在制成片材的過(guò)程中(例如通過(guò)選擇用于層壓的層片)來(lái)控制。

在一些實(shí)施例中，在用材料被涂覆復(fù)合原料帶材的外表面的同時(shí)，復(fù)合原料帶材的橫截面，或更具體地，橫截面輪廓保持相同。換句話說(shuō)，涂覆過(guò)程可以不會(huì)擾亂復(fù)合原料帶材。

在一些實(shí)施例中，未涂覆復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由矩形、正方形和梯形組成的組。被涂覆復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由橢圓形、圓形、矩形、正方形和圓角矩形以及圓角正方形組成的組。

在一些實(shí)施例中，該方法另外包括形成用于裁切的片材。該操作在裁切片材之前執(zhí)行并且可涉及形成包括含纖維層片的疊層，之后層壓該疊層。在一些實(shí)施例中，疊層的所有片材為含纖維層片。在這些實(shí)施例中，在層壓片材內(nèi)的連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)可為恒定的。替代性地，疊層可由一個(gè)或多個(gè)含纖維層片以及一個(gè)或多個(gè)樹脂層片形成。該樹脂層片可不含纖維或任何其它填料。在這些替代實(shí)施例中，在層壓片材內(nèi)的連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)可在該層壓片材的整個(gè)厚度上變化。例如，在層壓片材內(nèi)的連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)在沿該層壓片材的厚度的層壓片材的中心處大于在該層壓片材的一個(gè)表面處的體積分?jǐn)?shù)。

在一些實(shí)施例中，在被涂覆復(fù)合原料帶材的外表面之前，該方法可包含改變?cè)搹?fù)合原料帶材中每個(gè)的橫截面輪廓。例如，未涂覆復(fù)合原料帶材可包括不含連續(xù)纖維的表面部分并且來(lái)自這些表面部分的材料可被重新分布，從而形成新的橫截面輪廓。

還提供了用于增材制造的被涂覆復(fù)合原料帶材。在一些實(shí)施例中，被涂覆復(fù)合原料帶材包含復(fù)合原料帶材和設(shè)置在該復(fù)合原料帶材的外表面上的涂覆層。復(fù)合原料帶材包含第一樹脂和在片材內(nèi)彼此平行延伸的連續(xù)纖維。涂覆層可在復(fù)合原料帶材周圍形成完整或局部的殼體。

這些和其它實(shí)施例在下面參考附圖進(jìn)一步描述。

附圖說(shuō)明

圖1A為根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于形成用于增材制造的復(fù)合原料帶材的方法的過(guò)程流程圖。

圖1B為根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于形成包括涂覆層的復(fù)合原料帶材的另一方法的過(guò)程流程圖。

圖2A為根據(jù)一些實(shí)施例的包括多個(gè)樹脂層片和含纖維層片的疊層的示意性橫截面圖。

圖2B為根據(jù)一些實(shí)施例的在圖2A中示出的疊層的一部分的示意性透視圖，該圖示出含纖維層片中的一個(gè)層片中的纖維取向。

圖2C為根據(jù)一些實(shí)施例的只包括含纖維層片的疊層的示意性橫截面圖。

圖2D為根據(jù)一些實(shí)施例的包括樹脂層片以及含纖維層片的疊層的示意性橫截面圖，其中該疊層的外層片為含纖維層。

圖3A為根據(jù)一些實(shí)施例的由如圖2A所示的疊層形成的層壓片材的示意性橫截面圖。

圖3B為根據(jù)一些實(shí)施例的示出作為沿層壓片材的厚度的位置的函數(shù)的纖維體積分?jǐn)?shù)的示意性曲線圖。

圖3C為根據(jù)一些實(shí)施例的示出在層壓片材內(nèi)的纖維的恒定體積分?jǐn)?shù)的另一曲線圖。

圖3D為根據(jù)一些實(shí)施例的示出裁切方向的如圖3A所示的層壓片材的示意性透視圖。

圖4A為根據(jù)一些實(shí)施例的由如圖3D所示的層壓片材形成的復(fù)合原料帶材的示意性透視圖。

圖4B為根據(jù)一些實(shí)施例的復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖4C為根據(jù)一些實(shí)施例的如圖4B所示的復(fù)合原料帶材的示意性透視圖。

圖5A為根據(jù)一些實(shí)施例的用于改變復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓的液化器的示意圖。

圖5B為根據(jù)一些實(shí)施例的進(jìn)入如圖5A所示的液化器的復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖5C為根據(jù)一些實(shí)施例的離開如圖5A所示的液化器的復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖5D-5F為未涂覆復(fù)合原料帶材的不同示例的示意性橫截面圖。

圖5G-5K為被涂覆復(fù)合原料帶材的不同示例的示意性橫截面圖。

圖5L-5N為在涂覆之前，在復(fù)合原料帶材改變其橫截面輪廓時(shí)，在不同制造階段的復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖5O-5Q為在涂覆之后，在復(fù)合原料帶材改變其橫截面輪廓時(shí)，在不同制造階段的復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖6A和圖6B為根據(jù)一些實(shí)施例的彎曲復(fù)合原料帶材的示意性橫截面圖。

圖7A為根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成層壓片材的裝置的示意圖。

圖7B為根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成被涂覆復(fù)合原料帶材的裝置的示意圖。

圖8A為用于試驗(yàn)中的復(fù)合原料帶材的橫截面的照片。

圖8B為在涂覆原料中的涂覆體積分?jǐn)?shù)的曲線圖，該體積分?jǐn)?shù)作為層壓厚度和涂覆厚度的函數(shù)，該原料具有在正方形層壓芯上的圓形涂覆。

圖8C為作為層壓厚度、涂覆厚度和涂覆橫截面形狀的函數(shù)的在涂覆原料中的纖維含量的曲線圖。

圖9為可利用本文所述的端部執(zhí)行器的飛行器生產(chǎn)和使用方法的框圖。

圖10為可包括本文所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛行器的示意圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，闡述了很多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)陳述原理的透徹理解。所陳述的原理可在沒(méi)有一些或全部這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在另一些示例中，眾所周知的過(guò)程操作并沒(méi)有被詳細(xì)描述，以免不必要地混淆所述的原理。雖然一些原理將結(jié)合特定實(shí)施例來(lái)描述，但是應(yīng)理解這些實(shí)施例并非旨在限制性的。

引言

航空航天等的許多應(yīng)用需要帶有復(fù)雜幾何形狀而且還是低生產(chǎn)量的部件。雖然適合于高產(chǎn)量的許多技術(shù)(諸如模塑)已經(jīng)隨著時(shí)間得到了發(fā)展，但是這些技術(shù)成本高昂并且往往不能生產(chǎn)具有所需特性的部件。增材制造在試圖填補(bǔ)這一空白方面已獲得越來(lái)越多的普及。但是，許多結(jié)構(gòu)要求(例如，制成部件的強(qiáng)度)不容易利用當(dāng)前的增材制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在增材制造原料中結(jié)合結(jié)構(gòu)支撐物(諸如纖維或顆粒)面臨巨大挑戰(zhàn)。甚至在試圖直接形成帶有小橫截面輪廓的原料時(shí)，小纖維和顆粒傾向于堵塞擠出噴嘴。然而，小輪廓是制造具有復(fù)雜的幾何形狀、嚴(yán)密的尺寸公差和/或光滑的表面光潔度的部件所必不可少的。

對(duì)于一般來(lái)說(shuō)用于復(fù)合材料以及具體來(lái)說(shuō)用于使用增材制造所形成的復(fù)合部件的特別關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域是使用連續(xù)纖維。連續(xù)纖維提供在纖維方向上的高強(qiáng)度水平。例如，由聚芳醚酮(PAEK)樹脂形成并填充有30％體積的短切碳纖維的復(fù)合原料帶材可具有約3百萬(wàn)磅每平方英寸(MSI)的拉伸模量。同時(shí)，由相同樹脂形成并填充有35％體積的連續(xù)碳纖維的復(fù)合原料帶材可具有大于10MSI的拉伸模量。此外，使用連續(xù)纖維原料制成的復(fù)合材料部件預(yù)計(jì)大致具有當(dāng)前生產(chǎn)的能與之相比的未增強(qiáng)部件的強(qiáng)度的6倍和剛度的10倍。

但是，在增材制造中結(jié)合連續(xù)纖維甚至比結(jié)合短纖維和顆粒更具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)前的增材制造技術(shù)完全不能生產(chǎn)商業(yè)規(guī)模的帶有連續(xù)纖維的復(fù)合原料帶材。對(duì)于常規(guī)的增材制造技術(shù)而言，處理連續(xù)纖維、保持連續(xù)性并保留纖維的取向已被證明是主要障礙。

本文描述了用于增材制造的復(fù)合原料帶材和形成此類帶材的方法。這些復(fù)合原料帶材包括連續(xù)單向纖維。更具體地，纖維彼此平行延伸并平行于帶材的主軸線延伸。這些原料帶材可由高等級(jí)復(fù)合層片和薄層制成而不會(huì)引入空隙或其它類型的缺陷。

復(fù)合原料帶材通過(guò)層壓一個(gè)或多個(gè)含纖維層片以及一個(gè)或多個(gè)樹脂層片的疊層來(lái)形成。在疊層中的這些層片的位置用于控制在所得帶材內(nèi)的纖維和其它材料的分布。此外，在疊層中的所有含纖維層片的取向使得在該疊層中的所有纖維為單向的。在層壓之后，被層壓片材被裁切為多個(gè)復(fù)合原料帶材。裁切沿平行于這些帶材中的纖維的方向來(lái)執(zhí)行。因此，纖維的連續(xù)性得以保留。本發(fā)明提出的形成復(fù)合原料帶材的方法為低成本的，適用于廣泛的樹脂材料(例如，熱塑性材料)和纖維材料，并且能夠很容易進(jìn)行調(diào)節(jié)以產(chǎn)生在原料帶材內(nèi)的纖維的不同量和/或分布。原料能夠被用于生產(chǎn)復(fù)合材料部件的熔融沉積成型(FDM)增材制造技術(shù)。復(fù)合原料帶材包括連續(xù)單向纖維并且也可被稱為增強(qiáng)原料帶材，或更具體地，連續(xù)纖維增強(qiáng)原料帶材或棒材。

任何平面層片均可用于形成疊層，包括但不限于特種層片，如航天級(jí)含纖維層片等。此外，不同的疊層布置可用于實(shí)現(xiàn)在所得原料帶材內(nèi)的纖維和其它材料的不同分布，從而打開復(fù)合原料帶材的新的和獨(dú)特構(gòu)形的大門。此外，這種范圍廣泛的材料選項(xiàng)和布置選項(xiàng)允許在最小限度的纖維破壞或皺損情況下的經(jīng)濟(jì)加工以及設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。各種連續(xù)加工技術(shù)，諸如卷對(duì)卷加工可用于個(gè)別操作或多個(gè)操作的組合，諸如形成疊層和層壓疊層的組合，如下面進(jìn)一步描述。

疊層可由層片的連續(xù)卷形成。這些卷中的一個(gè)卷可包括含纖維層片。在該層片中的纖維可為連續(xù)的并且沿卷繞方向延伸。在一些實(shí)施例中，相同或不同的含纖維層片的多個(gè)卷可用于形成相同的疊層。另一些層片可為樹脂層片，該樹脂層片可不含纖維。一種方法可為連續(xù)工藝，其中，卷含有一個(gè)或多個(gè)含纖維層片以及一個(gè)或多個(gè)含有樹脂層片(未卷繞)，并且層片被連續(xù)饋送到加工設(shè)備(例如，層壓機(jī))中以用于將疊層的所有層片固化為層壓片材。在一些實(shí)施例中，裁切器也可為這種連續(xù)工藝的一部分。裁切器將層壓片材切割為各個(gè)/單個(gè)復(fù)合原料帶材，該復(fù)合原料帶材可以形成為卷以用于緊密存儲(chǔ)和裝運(yùn)。這種連續(xù)工藝也可包括液化器，其改變復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓。例如，帶材可在裁切之后具有正方形輪廓并在經(jīng)過(guò)液化器之后具有圓形輪廓。最終，增材制造也可為該連續(xù)工藝的一部分。

在一些實(shí)施例中，復(fù)合原料帶材被涂覆。在復(fù)合原料帶材被裁切之后添加涂層可用于改變它們的橫截面輪廓，在外表面上添加適用于增材制造或特定應(yīng)用的材料，和/或使用具有更高連續(xù)單向纖維密度(并且，甚至在考慮可不含纖維的涂層時(shí)可具有更高的整體纖維密度)的復(fù)合原料帶材。例如，通過(guò)在外表面上重新分布一些材料來(lái)改變橫截面輪廓可能在該表面上需要相當(dāng)量的不含纖維材料以避免纖維紊亂?？赡軐?duì)在重新分布期間所使用的這些不含纖維的材料和/或加工條件施加一些限制。另一方面，利用材料來(lái)涂覆裁切帶材提供了形成均勻涂層和其它特征的新的材料選項(xiàng)，諸如具有填料的材料。在一些實(shí)施例中，重新分布可與涂覆組合。

在增材制造期間，復(fù)合原料帶材被用于形成復(fù)合材料部件，該復(fù)合材料部件通常為帶有復(fù)雜幾何形狀的部件。這種連續(xù)加工通常比常規(guī)的離散加工(特別是在一些操作通過(guò)手來(lái)執(zhí)行時(shí))更快和更可控(例如，更好的纖維取向控制)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，并不是上述的所有加工操作需要被執(zhí)行。例如，復(fù)合原料帶材可在不改變它們的橫截面輪廓的情況下被使用。在一些實(shí)施例中，帶材可使用熱塑性復(fù)合材料鋪放技術(shù)被置放和固化為部件。此外，增材制造可為在一起的不同工藝的一部分。最終，這些加工操作的分組可不同，并且可不必為一個(gè)大的組的一部分。例如，疊層形成和層壓可為一個(gè)組的一部分。層壓片材的卷可在完成該組中的所有操作之后形成。該卷可隨后在屬于另一組的裁切操作期間被裁切為復(fù)合原料帶材。另一加工組可包括橫截面輪廓改變操作。

總而言之，所提供的復(fù)合原料帶材具有低成本和高質(zhì)量并且可由范圍廣泛的復(fù)合材料、范圍廣泛的構(gòu)形以及范圍廣泛的橫截面尺寸和輪廓形成。這些原料帶材可以大批量生產(chǎn)以供應(yīng)連續(xù)纖維增強(qiáng)增材制造市場(chǎng)的需求。能與之相比的直接使用熱塑性復(fù)合擠拉成型工藝所制成的原料不能有效地產(chǎn)生更小直徑的棒材，特別是適合高端應(yīng)用的更高性能的熱塑性材料。

復(fù)合原料帶材和形成該復(fù)合原料帶材的示例

圖1A為根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于形成用于增材制造的復(fù)合原料帶材的方法100的過(guò)程流程圖。方法100可開始于在操作102形成疊層，之后在操作110期間層壓該疊層。層壓片材在操作110期間形成，并且在后面的操作120期間被裁切為復(fù)合原料帶材。在一些實(shí)施例中，復(fù)合原料帶材的橫截面形狀在可選的操作130期間被改變。該操作130可包含在可選的操作132期間加熱復(fù)合原料帶材和/或在可選的操作134期間重新分布材料。重新分布材料可在不影響復(fù)合原料帶材中的纖維的相對(duì)取向的情況下執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，方法100可包含在可選的操作140期間執(zhí)行增材制造。在該操作期間，復(fù)合原料帶材可被耗用以形成復(fù)合材料部件?，F(xiàn)將參考示出方法100的各個(gè)階段的構(gòu)件、用于執(zhí)行所述操作的設(shè)備和試驗(yàn)樣品的各個(gè)附圖來(lái)更詳細(xì)描述這些操作中的每一個(gè)。

參考操作102，其包含形成疊層，在該操作期間所形成的疊層可包括一個(gè)或多個(gè)含纖維層片和一個(gè)或多個(gè)樹脂層片。如下面所進(jìn)一步詳述的，該一個(gè)或多個(gè)樹脂層片可不包括纖維。即使纖維被包含在所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片中，這些纖維也與一個(gè)或多個(gè)含纖維層片不同，含纖維層片包括連續(xù)單向纖維。

參考圖2A，該圖示出疊層200的一個(gè)示例，該具體疊層包括四個(gè)含纖維層片204a-204d和六個(gè)樹脂層片202a-202f。含纖維層片204和樹脂層片202的數(shù)量、厚度和布置可被用于至少部分控制(通過(guò)層壓疊層200形成的)如圖3A所示的層壓片材210內(nèi)的材料的橫截面分布。該材料可至少一定程度上被保持在復(fù)合原料帶材220中，該復(fù)合原料帶材通過(guò)裁切層壓片材210形成，如下面進(jìn)一步描述。此外，層片202和204的數(shù)量和厚度可被用于控制層壓片材210的厚度210a，這繼而控制復(fù)合原料帶材220的橫截面尺寸。

用于形成疊層200的樹脂層片202可不含纖維。所有連續(xù)單向纖維可被設(shè)置在含纖維層片204中。在一些實(shí)施例中，樹脂層片202可包括其它類型的填料，諸如顆粒和/或多方向短纖維。參考圖2A，在一些實(shí)施例中，疊層200的至少一個(gè)外層片208a為樹脂層片202。更具體地，外層片208a和208b兩者可為樹脂層片202。在一些實(shí)施例中，包括含纖維層片204且在一些實(shí)施例中還包括其他樹脂層片202的疊層200的所有其它層片被設(shè)置在外層片208a和外層片208b之間。在一些實(shí)施例中，在疊層200的每個(gè)面上的多個(gè)外層片為樹脂層片202。在圖2A中呈現(xiàn)的示例示出在疊層200的一個(gè)面上的兩個(gè)樹脂層片202a和202b以及在疊層200的另一面上的兩個(gè)樹脂層片202e和202f。這種類型的布置可被用于確保疊層200的足夠厚表面部分并因而層壓片材210和最終復(fù)合原料帶材200的足夠厚表面部分不含纖維以允許改變復(fù)合原料帶材200的橫截面形狀。

在一些實(shí)施例中，樹脂層片202包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。更具體地，一個(gè)或多個(gè)樹脂層片202包含聚醚砜(PES)。形成相同疊層202的所有樹脂層片202可具有相同的成分/組成。替代性地，形成相同疊層的不同樹脂層片202可具有不同的成分/組成。

在一些實(shí)施例中，含纖維層片204包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。這些材料可被稱為基質(zhì)樹脂并且應(yīng)與樹脂層片202的樹脂區(qū)分開。更具體地，含纖維層片204可包含聚醚酮酮(PEKK)。

用在含纖維層片204中的樹脂可與用在樹脂層片202中的樹脂相同或不同。例如，樹脂層片202可包含聚醚砜(PES)，而含纖維層片204可包含聚醚酮酮(PEKK)。在一些實(shí)施例中，樹脂層片202可包含聚醚酮酮(PEKK)，而含纖維層片204可包含聚苯硫醚(PPS)。在一些實(shí)施例中，樹脂層片202可包含聚醚酮酮(PEKK)，而含纖維層片204可包含聚醚酮酮(PEKK)。

用在含纖維層片204中和樹脂層片202中的一種或多種樹脂可為熱塑性樹脂。在一些實(shí)施例中，用在含纖維層片204中和樹脂層片202中的一種或多種樹脂可包括熱固性樹脂。如果使用的話，熱固性樹脂可與一種或多種熱塑性樹脂(例如，用作填料)混合。此外，在使用熱固性樹脂時(shí)，含有這種樹脂的含纖維層片204和/或樹脂層片202可被加熱(例如)到該熱固性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之上。

每個(gè)樹脂層片202的厚度可在約0.001英寸和0.020英寸之間，或更具體地，在0.002英寸和0.010英寸之間。每個(gè)含纖維層片204的厚度可在約0.003英寸和0.015英寸之間，或更具體地，在0.005英寸和0.010英寸之間。

參考圖2B，含纖維層片204的連續(xù)纖維206可為任何合適的纖維組分，諸如玻璃(S類或E類)、石英、芳族聚酰胺、碳纖維、碳納米管或它們的組合?；旧显诿總€(gè)含纖維層片204內(nèi)的所有(例如，超過(guò)90％)纖維206是連續(xù)的并且以單向布置取向，例如，在圖2B中示出沿Y軸線延伸的纖維206。該單向布置也可被稱為0/0布置。具體地，形成疊層200的所有含纖維層片204中的所有纖維206彼此平行。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，術(shù)語(yǔ)平行允許一些公差，諸如小于約±5°或甚至小于約±2°。

其它類型的纖維取向(不是單向的)會(huì)妨礙層壓片材210的后續(xù)裁切，但盡管如此，仍可適用于根據(jù)本文所述的方法來(lái)形成復(fù)合原料帶材220。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在含纖維層片204內(nèi)的纖維206的類型、橫截面尺寸、量以及用在含纖維層片204中的基質(zhì)樹脂和用在樹脂層片202中的樹脂的類型可基于多種因素而變化，該多種因素可包括復(fù)合原料帶材220的成本以及最終所需的物理和機(jī)械性能。

在一些實(shí)施例中，形成疊層的所有含纖維層片204可初始地被設(shè)置成卷，例如預(yù)浸帶。在這些含纖維層片204中的纖維206可沿這些卷的卷繞方向延伸。在使用多個(gè)含纖維層片204時(shí)，在疊層200中的所有層片相對(duì)于彼此被精確取向，以確保疊層200中的所有纖維206彼此平行(單向的)。

在一些實(shí)施例中，形成疊層200在卷對(duì)卷工藝中執(zhí)行。參考圖7A，含纖維層片204a和204b以及樹脂層片202a和202b可從相應(yīng)的卷702展開并在進(jìn)入預(yù)熱區(qū)704時(shí)形成疊層200。這些連續(xù)片材形成工藝，如通過(guò)卷對(duì)卷處理，能夠在雙帶壓機(jī)、卷拉擠機(jī)中執(zhí)行，或在模塑機(jī)中連續(xù)壓縮。

返回圖1A，在完成操作102后，方法100繼續(xù)在操作110期間層壓疊層200。在該操作期間，形成層壓片材210。具體地，在該操作期間，所有樹脂片材202和含纖維片材204的材料可被固化在一起。同時(shí)，可保留纖維206的單向取向。在該操作期間，纖維206可運(yùn)動(dòng)更靠近彼此或以其它方式改變它們?cè)跈M截面內(nèi)的取向。例如，在多個(gè)含纖維層片204被用于形成疊層時(shí)，在這些含纖維層片204中的一個(gè)中的纖維206可移動(dòng)接近在這些含纖維層片204中的另一個(gè)中的纖維。在一些實(shí)施例中，設(shè)置在含纖維層片204中的每個(gè)層片內(nèi)的纖維206的取向可基本上保持相同。例如，含纖維層片204可在先前被固化。替代性地，在層壓操作110期間，形成一個(gè)疊層200，纖維206的相對(duì)取向可保持相同。

繼續(xù)圖1A和操作110，這種層壓操作110可包含加熱并壓縮疊層200。在一些實(shí)施例中，操作110可使用例如在圖7A中示出的裝置700以連續(xù)方式(例如，以卷對(duì)卷方式)執(zhí)行。具體地，裝置700可包含預(yù)加熱區(qū)704，其用于將疊層預(yù)加熱到層壓溫度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，層壓溫度可取決于用在含纖維層片204和樹脂層片202中的樹脂、這些層片的厚度以及其它工藝參數(shù)。一般來(lái)講，溫度下限應(yīng)足以確保形成疊層200的不同層片熔融固化和形成疊層的(除纖維206之外的)材料在一定程度上流動(dòng)。另一方面，溫度上限可能需要被控制，以在層片固化成層壓片材210期間保持纖維206的取向并阻止熱降解/退化。

在操作110期間，加熱后的疊層200可從預(yù)加熱區(qū)704被饋送到層壓區(qū)710中，該層壓區(qū)也可被稱為固化區(qū)。在該層壓區(qū)，疊層200被固化以形成單個(gè)一體層壓片材210。隨著疊層200向前運(yùn)動(dòng)通過(guò)層壓區(qū)710，至少通過(guò)固化區(qū)710的初始部分，該疊層可被持續(xù)加熱。

層壓片材210的一個(gè)示例在圖3A中示出。層壓片材210的厚度210a(在圖3A中示為T_total)在該片材的兩個(gè)表面213和表面215之間延伸。在一些實(shí)施例中，層壓片材210的厚度(T_total)小于約0.060英寸，或更具體地，小于約0.050英寸或甚至小于約0.040英寸。應(yīng)指出，層壓片材210的厚度(T_total)確定復(fù)合原料帶材220的橫截面，如下面參考圖4B進(jìn)一步描述。也在圖3A中示出的為在層壓片材210的兩個(gè)表面213和表面215之間等距離定位的該片材的中心平面217。

在一些實(shí)施例中，在層壓片材210內(nèi)的纖維206的體積分?jǐn)?shù)在層壓片材210的整個(gè)厚度上變化。出于本說(shuō)明書的目的，體積分?jǐn)?shù)被定義為一種組分(例如，纖維206)的體積相對(duì)含有該組分的結(jié)構(gòu)的整個(gè)體積的比率。在參考結(jié)構(gòu)的橫截面來(lái)論述體積分?jǐn)?shù)時(shí)，體積分?jǐn)?shù)可被表述為橫截面積的比率(即，所考慮的組分的橫截面積相對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的全部橫截面積的比率)。在層壓片材210內(nèi)的纖維206的體積分?jǐn)?shù)的變動(dòng)可歸因于在疊層210中的一個(gè)或多個(gè)含纖維層片204和一個(gè)或多個(gè)樹脂層片202的布置以及每個(gè)層片的組成。

在圖3A中呈現(xiàn)的層壓片材210的示例包括兩個(gè)表面部分212和216。具體地，表面部分212形成層壓片材210的第一表面213，而表面部分216形成第二表面215。部分212和216兩者可基本上不含纖維206。中心部分214可包括層壓片材210的所有纖維206。為清楚起見，中心部分214被設(shè)置在兩個(gè)表面部分212和表面部分216之間。這是纖維206集中在層壓片材210的中心平面217周圍的示例。這種類型的分布可通過(guò)僅由樹脂層片202形成表面部分212和216來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該示例中，樹脂層片202不含纖維。同時(shí)，中心部分214可由各種一個(gè)或多個(gè)含纖維層片204形成。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)樹脂層片202也可用于形成中心部分。參考在圖2A中示出的疊層200的示例，第一表面部分212可由樹脂層片202a和202b形成，而第二表面部分216可由樹脂層片202e和202f形成。中心部分214可由含纖維層片204a-204d以及樹脂層片202c和202d形成。含纖維層片204和樹脂層片202的這種布置和數(shù)量被選擇成實(shí)現(xiàn)中心部分214的所需厚度以及在中心部分214和整個(gè)層壓片材210內(nèi)的纖維的分布。

參考圖3A，不含纖維206的表面部分212的厚度212a相對(duì)層壓片材210的總厚度210a的比率(T_portion/T_total)可在約5％和45％之間，或更具體地，在約10％和約30％之間。這個(gè)不含纖維的部分212允許改變復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓而不擾亂纖維206，如下面參考圖5B-5C進(jìn)一步描述的。

圖8A示出試驗(yàn)層壓片材(具有類似于在圖2A中示出并在上面描述的示例的層片布置)的橫截面圖像。圖8A的這種橫截面圖像示出在試驗(yàn)樣本的整個(gè)橫截面上的纖維的實(shí)際分布。具體地，該試驗(yàn)層壓片材使用下列疊層來(lái)制備：兩個(gè)PES層片/碳-PEKK層片/PES層片/兩個(gè)碳-PEKK層片/PES層片/碳-PEKK層片/兩個(gè)PES層片。碳PEKK層片包含上述的60％碳纖維，并且每個(gè)碳PEKK層片具有約0.0054英寸的厚度。每個(gè)PES層片的厚度均為0.005英寸。水平白斑為在碳-PEKK層片中所提供的纖維206的橫截面。存在四個(gè)不同分組的這種白水平斑，每個(gè)分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)單獨(dú)的碳-PEKK層片。斑明顯位于遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)于在圖3A中呈現(xiàn)并在上面描述的模型的這個(gè)試驗(yàn)層壓片材的表面213和215。

參考圖3A-圖3B和圖8A，層壓片材210內(nèi)的纖維206的體積分?jǐn)?shù)在在層壓片材210的中心平面217處大于在表面213和表面215中的一者或兩者處的體積分?jǐn)?shù)。具體地，圖3B示出基于沿厚度方向(Z軸線)的位置的體積分?jǐn)?shù)廓線219的一個(gè)示例。該圖標(biāo)識(shí)出不含纖維的表面部分212和216以及含有所有纖維206的中心部分214。由于表面部分212和216不含纖維，所以在這些部分中的體積分?jǐn)?shù)為零水平。在一些實(shí)施例中，體積分?jǐn)?shù)廓線219相對(duì)于層壓片材210的中心平面217是對(duì)稱的，如圖3B所示。這種對(duì)稱廓線可通過(guò)在疊層200中的層片的對(duì)稱位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，諸如在圖2A中示出的示例。

在一些實(shí)施例中，在整個(gè)層壓片材210內(nèi)的纖維206的體積分?jǐn)?shù)的均值平均在約1％和60％之間，或更具體地，在約10％和50％之間，或甚至在約20％和40％之間。這種特性也可被稱為總纖維填充。但是，不像大多數(shù)常規(guī)復(fù)合材料，層壓片材210具有不均勻的纖維206分布。

返回圖1A，方法100可繼續(xù)在操作120期間將層壓片材210裁切為復(fù)合原料帶材220。在該操作期間，層壓片材210被轉(zhuǎn)換為復(fù)合原料帶材220。裁切可使用水刀裁切、旋轉(zhuǎn)切削、壓輪裁切或滾動(dòng)裁切中的一種來(lái)執(zhí)行。此外，將層壓片材210裁切為復(fù)合原料帶材220在卷對(duì)卷工藝中執(zhí)行。

參考圖3D和圖4A，裁切可沿平行于所有纖維206的方向230對(duì)層壓片材210來(lái)執(zhí)行。因此，裁切不擾亂纖維206的連續(xù)性，即，不切割纖維。在操作120期間所形成的每個(gè)復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓221可為正方形，例如在圖4A-4C中所示的。更一般地，橫截面輪廓221可為矩形。這種類型的輪廓221為在基本垂直于層壓片材210的表面213和215的方向上裁切的結(jié)果。這種正方形或矩形的輪廓可在后面被轉(zhuǎn)換為圓角輪廓，例如圓形輪廓或橢圓形輪廓。

參考圖4B和圖4C，在每個(gè)復(fù)合原料帶材220中的所有纖維206平行于該帶材的主軸線223。出于本說(shuō)明書的目的，主軸線223被定義為沿復(fù)合原料帶材220的最長(zhǎng)尺寸(諸如如在圖4C中所示的其長(zhǎng)度220c)延伸的軸線。如上所述，所有纖維206在其裁切之前在層壓片材210內(nèi)平行。此外，裁切沿平行于纖維的方向來(lái)執(zhí)行。因此，所有纖維206在復(fù)合原料帶材220中保持彼此平行(如上面所定義)并平行于帶材的主軸線223延伸。纖維的這種連續(xù)和單向取向?qū)е聫?fù)合原料帶材220的優(yōu)異拉伸強(qiáng)度和其它機(jī)械性能。例如，在一些代表性的試驗(yàn)帶材中，已測(cè)出超過(guò)90ksi的拉伸強(qiáng)度。

同時(shí)，復(fù)合原料帶材220可在垂直于其主軸線223的方向上彎曲。這種彎曲能力通過(guò)纖維206的單向取向來(lái)提供，并且在一些實(shí)施例中，通過(guò)在復(fù)合原料帶材220內(nèi)的纖維206的不均勻分布來(lái)提供。具體地，圖6A和圖6B示出帶材彎曲90°的橫截面。第二表面部分226經(jīng)受比中心部分224的彎曲半徑(R₂)更小的彎曲半徑(R₁)。同時(shí)，表面部分226可不含纖維206，并因此，可比中心部分204更具有延展性。纖維分布允許復(fù)合原料帶材220被盤繞成小直徑封裝以用于存儲(chǔ)、裝運(yùn)和后續(xù)用于增材制造。

在一些實(shí)施例中，纖維206可在復(fù)合原料帶材220中具有至少100英尺或甚至至少約1000英尺的平均長(zhǎng)度。這反映纖維在復(fù)合原料帶材220中的連續(xù)性方面。同時(shí)，例如，在如圖5C所示改良后的復(fù)合原料帶材220的主橫截面尺寸可小于約0.060英寸，或更具體地，小于約0.050英寸或甚至小于約0.040英寸。這種小的橫截面尺寸220d可以是增材制造所需的。如果復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓為圓形，則其主橫截面尺寸220d為在圖5C中示出的圓的直徑。但是，如果復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓為正方形，則其主橫截面尺寸為寬度220b和厚度220a，其與在圖4B中示出的相同。

返回圖1A，方法100可包含在可選操作130期間改變每個(gè)復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓。例如，每個(gè)復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓可從為正方形(在裁切層壓片材之后)改變?yōu)閳A形或六邊形。目前，用于增材制造的噴嘴具有圓角輪廓以有助于在施加材料的同時(shí)的定向變化。因此，復(fù)合原料帶材220具有圓角或類似(接近為圓角)橫截面輪廓會(huì)在增材制造期間有幫助。但是，增材制造技術(shù)可被開發(fā)用于具有其它類型的橫截面輪廓的其它原料帶材。目前的方法允許形成許多不同類型的輪廓而不擾亂連續(xù)纖維的取向或它們的連續(xù)性。

操作130可包含加熱(圖1A中的框132)復(fù)合原料帶材220和重新分布(圖1A中的框134)材料229遠(yuǎn)離橫截面輪廓221a的角落228，如圖5B和圖5C所示。具體地，圖5B示出設(shè)置在形式/結(jié)構(gòu)(form)510內(nèi)的復(fù)合原料帶材220。結(jié)構(gòu)510的橫截面輪廓可為圓角的。但是，在這個(gè)位置(被標(biāo)識(shí)為A-A并參考圖5A)的結(jié)構(gòu)510的直徑大于在圖5B中用虛線標(biāo)識(shí)的最終橫截面輪廓221b的直徑。在該位置，復(fù)合原料帶材220的角落228接觸結(jié)構(gòu)510。應(yīng)指出，角落228延伸到最終橫截面輪廓221b的邊界外面并且在操作130期間任何此類外部材料應(yīng)被帶入邊界內(nèi)(例如，通過(guò)填充空隙)。在一些實(shí)施例中，被重新分布遠(yuǎn)離角落228的材料229不含纖維206。

在操作130期間外部材料的這種重新分布可在基本上不影響在最終橫截面輪廓221b的邊界內(nèi)的材料的情況下來(lái)執(zhí)行。具體地，在復(fù)合原料帶材220內(nèi)的連續(xù)纖維206的位置在操作130期間被保持為例如圖5B和圖5C所示，其示出復(fù)合原料帶材220的中心部分224的靜態(tài)橫截面輪廓。這可通過(guò)由于角落228和被加熱結(jié)構(gòu)510的直接接觸而導(dǎo)致的選擇性加熱復(fù)合原料帶材220的角落228來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于形成復(fù)合原料帶材220的材料的隔熱性質(zhì)和執(zhí)行操作130的速度，對(duì)復(fù)合原料帶材220的其余部分的加熱可小于對(duì)角落的加熱。具體地，在操作130期間，包含連續(xù)纖維206的中心部分224可比被重新分布遠(yuǎn)離角落228的材料229具有更低的溫度。如上所述，材料229可不含連續(xù)纖維206。

改變橫截面輪廓的操作130可使用液化器500來(lái)執(zhí)行，該液化器的一個(gè)示例在圖5A中示出。液化器500可包括帶有漸縮橫截面輪廓的結(jié)構(gòu)510和用于加熱結(jié)構(gòu)510的加熱器512。因?yàn)閺?fù)合原料帶材220的連續(xù)纖維206為單向且連續(xù)的，因此復(fù)合原料帶材220能夠很容易地被饋送通過(guò)液化器500而不堵塞該液化器(這是用作復(fù)合物中的結(jié)構(gòu)支撐物的短連續(xù)纖維和顆粒的常見問(wèn)題)。此外，同樣由于連續(xù)纖維206的連續(xù)性質(zhì)，復(fù)合原料帶材220可在其被饋送通過(guò)液化器500時(shí)基本上保持其拉伸強(qiáng)度，這簡(jiǎn)化了在操作130期間處理復(fù)合原料帶材220。

在一些實(shí)施例中，操作130未被執(zhí)行。具有矩形或正方形輪廓的復(fù)合原料帶材220可被用于后續(xù)的處理。方法100也可包含使用復(fù)合原料帶材220來(lái)執(zhí)行140增材制造。

圖1B為對(duì)應(yīng)于方法100的另一示例的過(guò)程流程圖。這個(gè)示例包含在裁切帶材上執(zhí)行的涂覆操作，并且因此，使用該方法所形成的復(fù)合原料帶材可被稱為被涂覆復(fù)合原料帶材520。被涂覆復(fù)合原料帶材520的各種示例在圖5G-5K中示出并在下面參考這些附圖和涂覆操作來(lái)進(jìn)一步描述。除非明確指出，否則用標(biāo)號(hào)220標(biāo)識(shí)的復(fù)合原料帶材可被稱為未涂覆復(fù)合原料帶材，以將其與被涂覆復(fù)合原料帶材520區(qū)分開。在涂覆操作期間，未涂覆復(fù)合原料帶材220被轉(zhuǎn)換為被涂覆復(fù)合原料帶材520。

返回圖1B，形成被涂覆復(fù)合原料帶材520的方法100的許多操作可類似于形成未涂覆原料帶材220的方法100的對(duì)應(yīng)操作，其中，形成未涂覆原料帶材220的方法100的對(duì)應(yīng)操作在上面參考圖1A來(lái)描述?？勺们閰⒖紙D1A的流程圖并進(jìn)行相應(yīng)的描述。

在圖1A和圖1B之間的流程圖的主要區(qū)別為后者流程圖的涂覆操作136。具體地，涂覆操作136可在形成未涂覆原料帶材220之后執(zhí)行。通過(guò)提醒方式，未涂覆原料帶材220可通過(guò)在操作120期間裁切層壓片材來(lái)形成。

在一些實(shí)施例中，涂覆操作136通過(guò)在帶材的表面上重新分布至少一些材料而不需要在操作130期間改變復(fù)合原料帶材的橫截面形狀。在這些實(shí)施例中，操作130未被執(zhí)行。替代性地，在操作130被執(zhí)行時(shí)，涂覆操作136可在操作130之前或之后執(zhí)行。換句話說(shuō)，橫截面形狀改變操作130可在未涂覆復(fù)合原料帶材220(之后進(jìn)行涂覆)或在被涂覆復(fù)合原料帶材520上執(zhí)行。

在圖1A呈現(xiàn)的流程圖和圖1B呈現(xiàn)的流程圖之間的另一區(qū)別，或更具體地，在用于這兩種示例的材料之間的區(qū)別可為在未涂覆復(fù)合原料帶材220中的纖維分布。該纖維分布對(duì)應(yīng)于用于形成復(fù)合原料帶材220的層壓片材的纖維分布。在圖1B中呈現(xiàn)的方法100的示例中，涂覆操作可用于橫截面形狀改變而不是用于重新布置復(fù)合原料帶材220的部分。具體地，復(fù)合原料帶材220可在(例如通過(guò)在復(fù)合原料帶材220的外表面上添加涂覆材料)改變橫截面形狀的同時(shí)保持未被擾亂。因此，復(fù)合原料帶材220的整個(gè)橫截面可包括連續(xù)纖維。在該具體示例中，由于復(fù)合原料帶材220保持未被擾亂，因此復(fù)合原料帶材220不需要不含纖維的部分。連續(xù)纖維可接近未涂覆復(fù)合原料帶材220的所有表面來(lái)安置。用于形成未涂覆復(fù)合原料帶材220的層壓片材可僅從含纖維層片形成并且可不包括外部的樹脂片材。

參考圖1B，方法100可包括在可選操作104期間形成層壓片材210。操作104可包含在操作102期間通過(guò)形成疊層200，之后在操作110期間層壓疊層200。操作102和110的一些示例在上面參考圖1A被描述。疊層200和層壓片材210的示例在圖2A-2D、圖3A和圖3D中示出。疊層200可包括一個(gè)或多個(gè)含纖維層片204，并且在一些實(shí)施例中還包括樹脂層片202。樹脂層片202可被用作外層片208a和208(例如，如圖2A所示)。

在一些實(shí)施例中，并且不像在上面參考圖1A所述的方法100的示例，根據(jù)圖1B的方法100所形成的疊層200可僅由含纖維層片204形成。圖2C示出此疊層200的一個(gè)示例，該疊層200包括含纖維層片204a-204d。應(yīng)指出，在該示例中的兩個(gè)外層片208a-208b也為含纖維層片。在該示例中，復(fù)合原料帶材202的橫截面變化可通過(guò)涂覆這些復(fù)合原料帶材202而不是重新分布材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。

替代性地，除了包括一個(gè)或多個(gè)含纖維層片以外，疊層200還可包括一個(gè)或多個(gè)樹脂層片。但是，外層片208a-208b可為含纖維層片。圖2D示出此疊層的示例，其中，樹脂層片202a和202b被放置在層堆內(nèi)，而含纖維層片204a用作一個(gè)外層片208a，并且含纖維層片204d用作另一外層片208b。

如上所述，涂覆操作可用于橫截面形狀改變。至少不需要對(duì)未涂覆復(fù)合原料帶材220執(zhí)行材料重新分布，以及其表面上不需要不含纖維的材料。因此，疊層200的外層片208a-208b可含有連續(xù)纖維。

在這些實(shí)施例中，在疊層200內(nèi)以及后來(lái)在層壓片材210中的連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)可在整個(gè)厚度上為恒定的，例如如圖3C所示。具體地，圖3C示出在層壓片材210(或未涂覆復(fù)合原料200)的整個(gè)厚度上的纖維體積分?jǐn)?shù)曲線219。但是，隨著形成涂覆層，因?yàn)檫B續(xù)纖維通常未設(shè)置在該涂覆層中，所以該橫截面分布改變。

在一個(gè)或多個(gè)樹脂層片被用于形成疊層200時(shí)，這些層片可不含連續(xù)纖維，并且在一些實(shí)施例中，也不含其它填料。因?yàn)橐恍悠哂羞B續(xù)纖維，而另一些層片不具有連續(xù)纖維，所以(在疊層200以及后來(lái)的層壓片材210內(nèi)的)連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)整個(gè)是變化的。在上面參考圖3B所述的一個(gè)這樣的示例中，連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)在中心部分214處會(huì)大于在表面部分212和216處。通過(guò)對(duì)比圖3B和圖3C中的體積分?jǐn)?shù)曲線，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在樹脂層片的數(shù)量減少或甚至從疊層200完全取消時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維的較大裝載/填充。

返回圖1B，形成被涂覆復(fù)合原料帶材520的方法100可包括在操作120期間將層壓片材210裁切為復(fù)合原料帶材。應(yīng)指出，在操作120期間所形成的復(fù)合原料帶材仍然未被涂覆。裁切操作120的各種示例在上面參考圖1A被描述并且也在圖3D和圖4A中示出。

層壓片材210以及因此裁切原料帶材220可包含樹脂207和沿帶材220的主軸線223(即，在Y方向)彼此平行延伸的連續(xù)纖維206，如圖4B和圖4C示意性示出。裁切可沿著平行于所有連續(xù)纖維206的方向來(lái)執(zhí)行，從而保留纖維206的連續(xù)性。

在一些實(shí)施例中，在未涂覆復(fù)合原料帶材220的整個(gè)橫截面上的連續(xù)纖維206的密度為至少約30％體積或甚至至少約40％、至少約50％或甚至至少約60％。纖維206的這種高密度可以提供優(yōu)異的機(jī)械性能，諸如在纖維206的方向上的拉伸強(qiáng)度。該密度可通過(guò)取消不含連續(xù)纖維206的部分，諸如在圖4B中示出的表面部分222和226來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上所述，在未使用涂層時(shí)，需要不含纖維的表面部分222和226，以重新分布在這些部分中的材料而不擾亂纖維。由于在裁切操作120期間未添加或去除纖維206，所以層壓片材210和未涂覆復(fù)合原料帶材220的纖維密度可為相同的。該密度可在制成層壓片材210期間，或更具體地，在操作102期間在形成疊層200的同時(shí)被控制。

在一些實(shí)施例中，未涂覆復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓選自由矩形、正方形、圓形和梯形組成的組。這些示例中的一些在圖5D-5F中示出。圓形橫截面輪廓可通過(guò)在涂覆之前重新分布材料從初始矩形或正方形輪廓形成，如下面參考圖5L和圖5M進(jìn)一步描述。梯形橫截面輪廓可例如在楔形裁切工具在裁切方向上推動(dòng)一些材料時(shí)而形成。應(yīng)指出，通過(guò)在頂部和底部表面上重新分布材料，從梯形橫截面開始形成圓形橫截面會(huì)是有挑戰(zhàn)性的。形成涂層可有助于克服這些挑戰(zhàn)。

返回圖1B，方法100可繼續(xù)在操作136期間涂覆復(fù)合原料帶材220的外表面225。涂覆操作可包含十字頭擠出涂覆技術(shù)、粉末涂覆和基于溶液的涂覆技術(shù)。圖7B示出用于被涂覆復(fù)合原料帶材220和形成被涂覆復(fù)合原料帶材520的裝置720的示例。

在操作136期間，涂覆層522在外表面225上形成，如圖5D和圖5G示意性示出。涂覆層522可包括樹脂。該樹脂可與作為形成疊層200的層片的一部分的未涂覆復(fù)合原料帶材220的樹脂相同或不同。為清楚起見，未涂覆復(fù)合原料帶材220的樹脂可被稱為第一樹脂207，而涂覆層522的樹脂可被稱為第二樹脂523(例如，參考圖5G)。在一些實(shí)施例中，第一樹脂207和第二樹脂522中的一者包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。例如，第一樹脂207和第二樹脂523兩者可均為聚醚酮酮(PEKK)。

在一些實(shí)施例中，除了第二樹脂523以外，用于涂覆層522的材料還包含填料。該填料可選自由纖維、顆粒和薄片組成的組。例如，填料可包含短纖維，該短纖維至少基于其縱橫比而不同于片材的連續(xù)纖維和之后的復(fù)合原料帶材的連續(xù)纖維。填料可選自由以下項(xiàng)組成的組：熱敏增材、礦物增強(qiáng)物、熱穩(wěn)定劑、紫外線(UV)穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑、導(dǎo)電助劑、顏料和它們的各種組合。在一個(gè)示例中，填料為熱敏增材。在相同的另一示例中，填料為礦物增強(qiáng)物。在相同的另一示例中，填料為熱穩(wěn)定劑。在相同的另一示例中，填料為紫外線(UV)穩(wěn)定劑。在相同的另一示例中，填料為潤(rùn)滑劑。在相同的另一示例中，填料為阻燃劑。在相同的另一示例中，填料為導(dǎo)電助劑。在相同的另一示例中，填料為顏料。

在一些實(shí)施例中，涂覆層522的厚度是均勻的。這種類型的涂覆層也可被稱為共形涂覆。例如，厚度變化可小于20％或甚至小于10％。在這些實(shí)施例中，被涂覆復(fù)合原料帶材520的橫截面可表示在其涂覆之前復(fù)合原料帶材220的橫截面的放大變化，如圖5H和圖5K示意性示出。

在一些實(shí)施例中，復(fù)合原料帶材220的橫截面，或更具體地，復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓在涂覆操作136期間保持相同。這種形狀保持在圖5D和圖5G中被示意性示出。在這些實(shí)施例中，涂覆過(guò)程不擾亂復(fù)合原料帶材220。

盡管在涂覆操作136期間復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓保持相同，不過(guò)被涂覆復(fù)合原料帶材520的橫截面輪廓可不同于未涂覆復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓。例如，未涂覆復(fù)合原料帶材220可如上所述具有矩形、正方形或梯形輪廓。從該未涂覆復(fù)合原料帶材220形成的被涂覆復(fù)合原料帶材520可具有圓形輪廓或橢圓形輪廓，例如，如圖5D和圖5G示意性示出。

被涂覆復(fù)合原料帶材520的各種示例在圖5G-圖5K中示出。在一些實(shí)施例中，被涂覆復(fù)合原料帶材520的橫截面輪廓可與未涂覆復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓相同，例如參見圖5H或圖5K。本領(lǐng)域的一個(gè)普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在這些示例中的橫截面輪廓的主要尺寸將仍增加。一般來(lái)說(shuō)，被涂覆復(fù)合原料帶材520的橫截面輪廓選自由橢圓形、圓形、矩形、正方形和圓角矩形以及圓角正方形組成的組。

在一些實(shí)施例中，在涂覆操作136之前，方法100可包含在操作130期間改變未涂覆復(fù)合原料帶材220的橫截面輪廓。該示例如圖5L-5N示意性示出。具體地，圖5L示出具有正方形橫截面形狀的未涂覆復(fù)合原料帶材220。該形狀可為例如裁切操作120的結(jié)果。在操作130期間，這種正方形橫截面形狀通過(guò)重新分布未涂覆復(fù)合原料帶材220的材料來(lái)改變。該操作參考圖1A更詳細(xì)描述。圖5M示出在該操作之后具有圓形橫截面形狀的仍然未涂覆復(fù)合原料帶材220。隨后，該圓形復(fù)合原料帶材220可被涂覆，從而形成如圖5N示意性示出的被涂覆復(fù)合原料帶材520。

在一些實(shí)施例中，方法100可包含改變被涂覆復(fù)合原料帶材520的橫截面輪廓。換句話說(shuō)，形狀改變操作130在涂覆操作136之后執(zhí)行。該示例如圖5O-圖5Q示意性示出。具體地，圖5O示出具有正方形橫截面輪廓的未涂覆復(fù)合原料帶材220。該正方形復(fù)合原料帶材220可被涂覆，從而形成如圖5P示意性示出的被涂覆復(fù)合原料帶材520。在操作130期間，這種正方形橫截面形狀通過(guò)重新分布被涂覆復(fù)合原料帶材220的涂覆層522的材料來(lái)改變。不受限于任何特定的理論，認(rèn)為如圖5O-圖5Q所示的方法比如圖5L-5N所示的方法對(duì)連續(xù)單向纖維206的影響更小。

用于增材制造的被涂覆復(fù)合原料帶材的各種實(shí)施例的特性通過(guò)利用例示性分析來(lái)探究。在該分析中，凈樹脂(不含纖維)的涂層或含有30wt％短纖維的涂層被施加在由含纖維層片組成的正方形層壓芯。該芯在其整個(gè)厚度上具有約60％的恒定的連續(xù)纖維體積百分比。圖8B為作為層壓厚度和涂層厚度的函數(shù)的用于圓形涂層的涂層體積分?jǐn)?shù)的曲線圖。對(duì)于正方形層壓芯，層壓寬度等于層壓厚度，并且該層壓厚度基于用在疊層中的含纖維層片的數(shù)量離散地增加。如圖8B所述的層壓厚度對(duì)應(yīng)于4-9個(gè)含纖維層片。數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對(duì)大小對(duì)應(yīng)于最終的被涂覆棒材直徑，其中，實(shí)線連接具有相同直徑的實(shí)施例，該直徑等于系列左邊所給出的直徑。涂覆厚度通過(guò)從如插圖所示的層壓芯的角落徑向測(cè)量的最小涂覆厚度給出。虛線連接具有相同最小涂覆厚度的實(shí)施例，該厚度等于系列右邊所列出的厚度。為縮小用于實(shí)際制造和使用的技術(shù)意義的可能性的范圍，對(duì)這些實(shí)施例和符合其它涂覆橫截面形狀的實(shí)施例進(jìn)行下面的約束：(1)對(duì)于實(shí)際裁切操作，層壓厚度大于0.030英寸；(2)在橫截面中的任何位置的最小涂覆厚度為0.004英寸或更大以允許涂覆操作的制造公差；(3)在橫截面中的最大尺寸應(yīng)小于0.070英寸以允許原料進(jìn)入入口直徑為0.070英寸的液化器；以及(4)確保不發(fā)生連續(xù)纖維干擾液化器的壁，在任何形狀轉(zhuǎn)換之后，最小為0.001英寸的涂覆材料被保持在含連續(xù)纖維層壓芯和液化器的壁之間。通過(guò)這些約束，用于令人滿意的實(shí)施例的技術(shù)空間通過(guò)在圖8B中強(qiáng)調(diào)的三角區(qū)域來(lái)表示。需要為51％-65％的相對(duì)大的涂層體積分?jǐn)?shù)。對(duì)于凈樹脂涂層，這轉(zhuǎn)換為在最終被涂覆棒材中的20％-28％體積的纖維含量，并且對(duì)于具有30wt％短纖維的涂層，轉(zhuǎn)換為36％-40％體積的纖維含量。

在最終被涂覆原料中的纖維含量在圖8C中被繪制為層壓厚度、最終被涂覆原料橫截面形狀和涂覆材料的函數(shù)。所突出的技術(shù)空間滿足先前列出的用于帶有下列形狀的涂層的正方形層壓芯的四個(gè)約束條件：圓形、正方形和圓角正方形。對(duì)應(yīng)于帶有凈樹脂的涂層和帶有30wt％短纖維的涂層的技術(shù)空間分別通過(guò)帶有實(shí)線邊界和帶有虛線邊界的區(qū)域給出。在增材制造期間，圓形涂層不需要在液化器中進(jìn)行形狀轉(zhuǎn)換，而正方形和圓角正方形涂層需要在液化器中或在液化器之前進(jìn)行至圓形的形狀轉(zhuǎn)換。離開液化器的橫截面積等于進(jìn)料涂覆原料的橫截面積以確保通過(guò)液化器的持續(xù)可靠流動(dòng)得以保持。

圖8C中的圓形被涂覆原料的技術(shù)空間對(duì)應(yīng)于在圖8B中突出表明的三角形區(qū)域。最大層壓芯厚度被限制以確保最終被涂覆原料能夠可靠地被饋送到0.070英寸的液化器入口中，并且可實(shí)現(xiàn)的纖維含量受所需的涂層量限制以確保用于實(shí)際涂覆操作的最小涂覆厚度為至少0.004英寸。

可以想象得出，通過(guò)涂覆正方形涂層并允許在液化器中的形狀改變，如圖5O-5Q所示，涂層的體積分?jǐn)?shù)會(huì)下降并因此整體纖維含量增加。正方形涂層的技術(shù)空間被限制為小的層壓厚度，以允許原料進(jìn)入0.070英寸的液化器入口。被涂覆原料的纖維含量的范圍源自于變化的涂層厚度，如從層壓芯的側(cè)面開始測(cè)量，更高的纖維含量源自于更薄的涂層厚度。需要最小為0.005英寸的涂層厚度以確保整體涂層體積分?jǐn)?shù)足夠大以使在形狀轉(zhuǎn)換為圓形之后在層壓芯的角落和液化器的壁之間保持至少0.001英寸的涂覆材料。對(duì)于凈樹脂涂層，這種涂覆厚度產(chǎn)生34％的最大纖維含量，并且對(duì)于30wt％的填充短纖維的涂層，其產(chǎn)生44％的最大纖維含量。

通過(guò)使用圓角正方形涂層，如圖5I所示，技術(shù)空間可被擴(kuò)展到更大的層壓厚度，同時(shí)仍然最大化整體纖維含量。因?yàn)樵跈M截面中的最大尺寸，即對(duì)角的對(duì)角距離減少，所以能夠使用更大的層壓芯厚度。最大尺寸為0.070英寸的情況也是可接受的，因?yàn)榕c和液化器壁完全接觸的圓形涂層相比，在入口與該液化器壁的更小接觸面積允許更可靠的饋送。對(duì)于給定的層壓厚度，在被涂覆原料中的纖維含量可通過(guò)如下方式來(lái)增加：使用更薄的涂層(如從層壓芯的側(cè)面所測(cè)量的)，且角落是圓角的使得對(duì)角距離為0.070英寸。針對(duì)每個(gè)層壓厚度也繪出了最大可實(shí)現(xiàn)纖維含量，其中，從層壓芯的角落徑向測(cè)量的在圓角的涂層厚度被保持在0.004英寸的最小可接受值以用于實(shí)際的涂覆操作。利用這些最大圓角，對(duì)于層壓厚度分別為0.033英寸、0.039英寸和0.044英寸的層壓芯，從層壓芯的側(cè)面所測(cè)量的涂層厚度應(yīng)為0.005英寸、0.006英寸和0.007英寸，從而對(duì)于使用凈樹脂涂層，產(chǎn)生34％-35％體積的纖維含量，并且對(duì)于使用具有30wt％短纖維的涂層，產(chǎn)生44％體積的纖維含量。

飛行器的示例以及制造和操作飛行器的方法

例示的實(shí)施例提供了新穎的制造方法，該方法形成帶有連續(xù)單向取向的連續(xù)纖維的復(fù)合原料帶材和這些連續(xù)纖維在該帶材的整個(gè)橫截面上的定制分布。此外，這些方法提供了帶材的不同橫截面輪廓和/或尺寸。用在這些方法中的連續(xù)加工不僅增加了加工能力，而且提供了對(duì)復(fù)合原料帶材的各種特性的高水平控制。實(shí)施例發(fā)現(xiàn)了在各種各樣的潛在應(yīng)用中的適用用途，包含例如在飛行器工業(yè)中的應(yīng)用。本發(fā)明所公開的方法有利于具有復(fù)雜幾何形狀的部件的增材制造，所述部件諸如托架、夾支撐件、連接桿或更一般地目前由金屬制成的任何不規(guī)則橫截面結(jié)構(gòu)(例如，凸耳、端部接頭)。部件一般應(yīng)與具有簡(jiǎn)單(例如，線性)幾何形狀的部件(諸如橫梁(諸如，不變橫截面))區(qū)分開。本發(fā)明所公開的方法也有利于以不變橫截面延伸的、通過(guò)使用增材制造所制成的獨(dú)一無(wú)二的、定制的或非常有限的部件。

本公開的示例可在如圖9所示的飛行器制造和使用方法1100和如圖10所示的飛行器1102的背景下來(lái)描述。在預(yù)生產(chǎn)期間，方法1100可包含飛行器1102的規(guī)格和設(shè)計(jì)(框1104)以及材料采購(gòu)(框1106)。在生產(chǎn)期間，可發(fā)生部件和子組件制造(框1108)和飛行器1102的系統(tǒng)集成(框1110)。復(fù)合原料帶材可在例如下面的這些步驟中的一個(gè)步驟期間在增材制造中形成和使用：飛行器1102的規(guī)格和設(shè)計(jì)(框1104)、材料采購(gòu)(框1106)、部件和子組件制造(框1108)以及飛行器1102的系統(tǒng)集成(框1110)。其后，飛行器1102會(huì)經(jīng)歷認(rèn)證和交付(框1112)以投入使用(框1114)。在使用中，飛行器1102可被調(diào)度以用于日常維護(hù)和維修(框1116)。日常維護(hù)和維修可包含飛行器1102的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的改進(jìn)、重構(gòu)、翻新等。

方法1100的每個(gè)過(guò)程可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或運(yùn)營(yíng)商(例如，客戶)執(zhí)行或?qū)嵤?。出于描述目的，系統(tǒng)集成商可包含但不限于，任意數(shù)量的飛行器制造商和主要系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可包含但不限于，任意數(shù)量的賣方、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及運(yùn)營(yíng)商可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)等等。

如圖10所示，通過(guò)方法1100生產(chǎn)的飛行器1102可包含具有多個(gè)高級(jí)系統(tǒng)1120和內(nèi)部1122的機(jī)身1118。高級(jí)系統(tǒng)1120的示例包含推進(jìn)系統(tǒng)1124、電氣系統(tǒng)1126、液壓系統(tǒng)1128以及環(huán)境系統(tǒng)1130中的一者或多者?？砂魏螖?shù)量的其它系統(tǒng)。雖然示出航空航天的示例，但是本文所公開的原理可應(yīng)用于其它行業(yè)，諸如汽車行業(yè)。因此，除了飛行器1102以外，本文所公開的原理可應(yīng)用于其它交通工具，例如陸地交通工具、船舶交通工具、空間飛行器等。

本文所示和所述的裝置和方法可在方法1100的任意一個(gè)或多個(gè)階段采用。例如，對(duì)應(yīng)于部件和子組件制造(框1108)的部件或子組件可以類似于在飛行器1102在投入使用(框1114)時(shí)所生產(chǎn)的部件或子組件的方式來(lái)組裝或制造。而且，在生產(chǎn)階段(框1108和框1110)，可利用所述裝置、方法或它們的組合的一個(gè)或多個(gè)示例，例如，基本上加快飛行器1102的組裝或降低其成本。同樣，在飛行器1102投入使用時(shí)(框1114)和/或在維護(hù)和維修(框1116)期間，可例如但不限于利用所述裝置或方法實(shí)施的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例或它們的組合。

結(jié)論

本文所公開的裝置和方法的不同示例包含各種部件、特征和功能。應(yīng)理解，本文所公開的裝置和方法的各種示例可包含本文所公開的裝置和方法在任何組合中的其它示例中的任一者的任意部件、特征和功能，并且所有此類可能性試圖落入本公開的精神和范圍內(nèi)。

通過(guò)得到前面描述和關(guān)聯(lián)附圖中呈現(xiàn)的本公開的教義的好處，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)想到本文所述示例的許多更改。

因此，概括地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了：

A1.一種形成用于增材制造的被涂覆復(fù)合原料帶材的方法，所述方法包括：

將片材裁切為復(fù)合原料帶材，

所述片材包含第一樹脂和在所述片材內(nèi)彼此平行延伸的纖維；

裁切沿平行于所述片材內(nèi)的所有纖維的方向執(zhí)行；并且

用包含第二樹脂的材料涂覆所述復(fù)合原料帶材的外表面，從而形成包含置于所述復(fù)合原料帶材上的涂覆層的被涂覆復(fù)合原料帶材。

A2.還提供了段落A1所述的方法，其中，在所述片材內(nèi)彼此平行延伸的所述纖維為連續(xù)纖維。

A3.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述纖維在所述復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的分布是均勻的。

A4.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述纖維在所述復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的密度為至少約40％體積。

A5.還提供了段落A1所述的方法，其中，在用所述材料涂覆所述復(fù)合原料帶材的所述外表面的同時(shí)，所述復(fù)合原料帶材的橫截面保持相同。

A6.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述涂層在所述復(fù)合原料帶材的所述外表面上的厚度是均勻的。

A7.還提供了段落A1所述的方法，其中，用于涂覆層的所述材料進(jìn)一步包含選自由纖維、顆粒和薄片組成的組的填料。

A8.還提供了段落7所述的方法，其中，所述填料包含短纖維。

A9.還提供了段落7所述的方法，其中，所述填料選自由以下項(xiàng)組成的組：熱敏增材、礦物增強(qiáng)物、熱穩(wěn)定劑、紫外線(UV)穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑、導(dǎo)電助劑和顏料。

A10.還提供了段落A1所述的方法，其中，涂覆使用十字頭擠出涂覆技術(shù)、粉末涂覆或基于溶液的涂覆技術(shù)中的一者來(lái)執(zhí)行。

A11.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由矩形、正方形和梯形組成的組，并且其中，所述被涂覆復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由橢圓形、圓形、矩形、正方形和圓角矩形以及圓角正方形組成的組。

A12.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂中的一者包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。

A13.還提供了段落A1所述的方法，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂為相同的。

A14.還提供了段落A13所述的方法，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂兩者均為聚醚酮酮(PEKK)。

A15.還提供了段落A1所述的方法，進(jìn)一步包括，在裁切所述片材之前，形成包含含纖維層片的疊層并層壓所述疊層，從而形成所述片材。

A16.還提供了段落A15所述的方法，其中，所述疊層的所有片材為含纖維層片。

A17.還提供了段落A1所述的方法，進(jìn)一步包括，在裁切所述片材之前，形成包含一個(gè)或多個(gè)含纖維層片和一個(gè)或多個(gè)樹脂層片的疊層并層壓所述疊層，從而形成所述片材。

A18.還提供了段落A17所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述纖維的體積分?jǐn)?shù)在所述層壓片材的整個(gè)厚度上是變化的。

A19.還提供了段落A18所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述纖維的體積分?jǐn)?shù)沿所述層壓片材的厚度在所述層壓片材的中心處大于在所述層壓片材的一個(gè)表面處。

A20.還提供了段落A19所述的方法，進(jìn)一步包括，在涂覆所述復(fù)合原料帶材的所述外表面之前，改變所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的橫截面輪廓。

A21.還提供了段落A1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述被涂覆復(fù)合原料帶材來(lái)執(zhí)行增材制造。

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了：

B1.一種被涂覆復(fù)合原料帶材，所述被涂覆復(fù)合原料帶材包含：

包含第一樹脂和在所述片材內(nèi)彼此平行延伸的纖維的復(fù)合原料帶材；以及

包含第二樹脂并被置于所述復(fù)合原料帶材的外表面上并形成圍繞復(fù)合原料帶材的殼體的涂層，

所述涂層包含第二樹脂。

B2.還提供了段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，在所述片材內(nèi)彼此平行延伸的所述纖維為連續(xù)纖維。

B3.還提供了段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述纖維在所述復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的分布是均勻的。

B4.還提供了段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述纖維在所述復(fù)合原料帶材的整個(gè)橫截面上的密度為至少約40％體積。

B5.還提供了段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述涂覆層在所述復(fù)合原料帶材的所述外表面上的厚度是均勻的。

B6.還提供了段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述涂覆層進(jìn)一步包含選自由纖維、顆粒和薄片組成的組的填料。

B7.段落B6所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述填料包含短纖維。

B8.段落B6所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述填料選自由以下項(xiàng)組成的組：熱敏增材、礦物增強(qiáng)物、熱穩(wěn)定劑、紫外線(UV)穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑、導(dǎo)電助劑和顏料。

B9.段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由矩形、正方形和梯形組成的組，并且其中，所述被涂覆復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓選自由橢圓形、圓形、矩形、正方形和圓角矩形以及圓角正方形組成的組。

B10.段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂中的一者包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。

B11.段落B1所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂為相同的。

B12.段落B11所述的被涂覆復(fù)合原料帶材，其中，所述第一樹脂和所述第二樹脂兩者均為聚醚酮酮(PEKK)。

C1.一種形成用于增材制造的復(fù)合原料帶材的方法，所述方法包括：

形成包括含一個(gè)或多個(gè)含纖維層片以及一個(gè)或多個(gè)樹脂層片的疊層，

形成所述疊層的所有所述一個(gè)或多個(gè)含纖維層片中的所有連續(xù)纖維彼此平行；

層壓所述疊層，從而形成層壓片材；并且

將所述層壓片材裁切為所述復(fù)合原料帶材，

沿平行于所述層壓片材內(nèi)的所有所述連續(xù)纖維的方向來(lái)執(zhí)行裁切。

C2.還提供了段落C1所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)在所述層壓片材的整個(gè)厚度上是變化的。

C3.還提供了段落C2所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)沿所述層壓片材的厚度在所述層壓片材的中心處大于在所述層壓片材的表面中的一個(gè)表面處。

C4.還提供了段落C3所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)在所述層壓片材的中心大于所述層壓片材的兩個(gè)表面處。

C5.還提供了段落C4所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的所述體積分?jǐn)?shù)的曲線相對(duì)于所述層壓片材的中心為對(duì)稱的。

C6.還提供了段落C3所述的方法，其中，形成所述層壓片材的所述表面中的所述一個(gè)表面的所述層壓片材的一部分不含所述連續(xù)纖維。

C7.還提供了段落C6所述的方法，其中，不含所述連續(xù)纖維的所述部分的厚度相對(duì)所述層壓片材的總厚度的比率為在約5％和45％之間。

C8.還提供了段落C1所述的方法，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)的均值平均在約1％和60％之間。

C9.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的橫截面輪廓為正方形。

C10.還提供了段落C1所述的方法，其中，在所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)中的所有連續(xù)纖維平行于該復(fù)合原料帶材的主軸線。

C11.還提供了段落C1所述的方法，進(jìn)一步包括改變所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的橫截面輪廓。

C12.還提供了段落C11所述的方法，其中，所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的所述橫截面輪廓被改變?yōu)閳A形。

C13.還提供了段落C11所述的方法，其中，改變所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的所述橫截面輪廓包括加熱所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)并重新分布材料以遠(yuǎn)離所述橫截面輪廓的角落。

C14.還提供了段落C13所述的方法，其中，經(jīng)重新分布遠(yuǎn)離所述角落的所述材料不含連續(xù)纖維。

C15.還提供了段落C13所述的方法，其中，在重新分布所述材料以遠(yuǎn)離所述橫截面輪廓的所述角落的同時(shí)，在所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)內(nèi)的所述連續(xù)纖維的位置被保持。

C16.還提供了段落C15所述的方法，其中，在改變所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的所述橫截面輪廓期間，包括連續(xù)纖維的所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的一部分比經(jīng)重新分布遠(yuǎn)離所述角落的不含連續(xù)纖維的所述材料具有更低的溫度。

C17.還提供了段落C11所述的方法，其中，改變所述復(fù)合原料帶材中的每個(gè)的所述橫截面輪廓使用液化器來(lái)執(zhí)行。

C18.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述疊層的至少一個(gè)外層片為所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片中的一個(gè)。

C19.還提供了段落C18所述的方法，其中，所述疊層的兩個(gè)外層片為所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片中的兩個(gè)。

C20.還提供了段落C18所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片不含所述連續(xù)纖維。

C21.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。

C22.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)樹脂層片包含聚醚砜(PES)。

C23.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)含纖維層片包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)和聚醚酰亞胺(PEI)。

C24.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)含纖維層片包含聚醚酮酮(PEKK)。

C25.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述連續(xù)纖維在所述復(fù)合原料帶材中具有至少100英尺的平均長(zhǎng)度。

C26.還提供了段落C1所述的方法，其中，所述復(fù)合原料帶材具有小于約0.050英寸的主橫截面尺寸。

C27.還提供了段落C1所述的方法，其中，形成疊層和層壓片材在卷對(duì)卷工藝中執(zhí)行。

C28.還提供了段落C1所述的方法，其中，將所述層壓片材裁切為所述復(fù)合原料帶材使用水刀裁切、旋轉(zhuǎn)切削、壓輪裁切或滾動(dòng)裁切中的一種來(lái)執(zhí)行。

C29.還提供了段落C1所述的方法，其中，將所述層壓片材裁切為所述復(fù)合原料帶材在卷對(duì)卷工藝中執(zhí)行。

C30.還提供了段落C1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述原料帶材來(lái)執(zhí)行增材制造。

D1.一種用于增材制造的復(fù)合原料帶材，所述復(fù)合原料帶材包含：

樹脂；以及

彼此平行并沿所述復(fù)合原料帶材的主軸線延伸的連續(xù)纖維，

所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)沿垂直于所述復(fù)合原料帶材的主軸線的至少一個(gè)方向是變化的。

D2.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，在所述復(fù)合原料帶材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的所述體積分?jǐn)?shù)沿所述主軸線在所述復(fù)合原料帶材的中心處大于在所述復(fù)合原料帶材的表面處。

D3.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述連續(xù)纖維的所述體積分?jǐn)?shù)沿垂直于所述復(fù)合原料帶材的所述主軸線的兩個(gè)方向是變化的。

D4.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述復(fù)合原料帶材不含空隙。

D5.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，在所述層壓片材內(nèi)的所述連續(xù)纖維的體積分?jǐn)?shù)平均在約1％和60％之間。

D6.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述連續(xù)纖維沿所述復(fù)合原料帶材的長(zhǎng)度為連續(xù)的。

D7.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所有連續(xù)纖維平行于所述復(fù)合原料帶材的主軸線。

D8.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓為正方形。

D9.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述復(fù)合原料帶材的橫截面輪廓為圓形。

D10.還提供了段落D1所述的復(fù)合原料帶材，其中，所述樹脂包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的一種或多種材料：聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)。

因此，應(yīng)理解本公開并不限于所示出的具體示例，并且更改和其它示例也應(yīng)當(dāng)被包含在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)。而且，雖然前述描述和關(guān)聯(lián)附圖描述了在元件和/或功能的特定說(shuō)明性組合的背景下的本公開的示例，但是應(yīng)明白，所述元件和/或功能的不同組合可在不脫離附屬權(quán)利要求的范圍的前提下由替代實(shí)施提供。因此，出于說(shuō)明目的在所附的權(quán)利要求書中呈現(xiàn)帶括號(hào)的附圖標(biāo)號(hào)，而不是意在將所要求保護(hù)的主題的范圍限制在本公開中所提供的具體實(shí)例。