(57)【要約】  樹脂トランスファ成形によって部品を成形するためのツーリングを製造する方法であって、方法は少なくとも、  前記部品のモデル（１）を製造するステップと、  前記モデル（１）の第１面と相補的な陥凹（４）を有する外側表面（３）を備える相手金型（２）を製造するステップと、  相手金型（２）の前記陥凹内に前記モデル（１）を配置するステップと、  第１ハーフシェル（６）を成形するために、モデル（１）上および相手金型（２）の前記外側表面上に熱硬化性樹脂で含浸された複数の重複織物層をドレーピングするステップと、  前記第１ハーフシェル（６）を硬化させるステップと、  モデル（１）および第１ハーフシェル（６）から相手金型（２）を分離するステップと、  第２ハーフシェル（７）を成形するために、第１ハーフシェル（６）およびモデルの第１面の上に複数の重複織物層をドレーピングするステップと、    第２ハーフシェル（７）を硬化させるステップと、を含む方法。
2015511191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂トランスファ成形によって部品を成形するためのツーリングを製造する方法であって、方法は少なくとも、
前記部品のモデル（１）を製造するステップと、
前記モデル（１）の第１面と相補的な陥凹（４）を有する外側表面（３）を備える相手金型（２）を製造するステップと、
相手金型（２）の前記陥凹内に前記モデル（１）を配置するステップと、
第１ハーフシェル（６）を成形するために、モデル（１）上および相手金型（２）の前記外側表面上に熱硬化性樹脂で含浸された複数の重複織物層をドレーピングするステップと、
前記第１ハーフシェル（６）を硬化させるステップと、
モデル（１）および第１ハーフシェル（６）から相手金型（２）を分離するステップと、
第２ハーフシェル（７）を成形するために、第１ハーフシェル（６）およびモデルの第１面の上に複数の重複織物層をドレーピングするステップと、
第２ハーフシェル（７）を硬化させるステップと、を含む方法。
【請求項２】
各ハーフシェル（６、７）が、第２ハーフシェル（７）に対して第１ハーフシェル（６）をクランプ締めするための装置（１２）を通すため、他方のハーフシェル（７、６）の対応するオリフィスと位置合わせされる少なくとも１つのオリフィス（１０、１１）を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも、
第１および第２ハーフシェル（６、７）の凹状裏面（１５、１６）内に硬化性流体材料を鋳込むステップと、
前記凹状裏面（１５、１６）内で前記硬化性流体材料を硬化させるステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記硬化性流体材料が熱伝導性粒子を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記硬化性流体材料がコンクリートである、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記織物層が炭素繊維を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記織物層が、ドレーピングの前に熱硬化性樹脂で含浸されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
モデル（１）が高速プロトタイピング方法によって製造される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料から要素を製造する分野に関する。より具体的には、本発明は、樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）によって部品を成形するためのツーリングを製造する方法に関し、これはまた本方法によって製造されたツーリングにも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＴＭプロセスにおいて、織物プリフォームは、金型の金型空洞内に挿入される。金型が閉鎖された後、熱硬化性樹脂が、加圧下で注入チャネルを通じて空洞内に注入される。樹脂の硬化時間にわたって空洞内の圧力が維持され、その間にこのような硬化を促進するために温度が上昇する。型外しの後、正確であって通常は限られた量の後処理しか必要としない形状および寸法を有する、織物プリフォームの繊維によって補強された熱硬化性プラスチック材料で作られた複合部品が、このようにして得られる。樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）プロセスはこのようにして、複合部品の大量生産を可能にする。
【０００３】
ＲＴＭプロセスの間、織物プリフォームは、高レベルの応力に曝されるかも知れない。シミュレーション手段は、所望の成形を生じるプリフォームを規定するために、事前にこのような応力をある程度評価することができるようにするものの、最終整形における繊維ならびにその分布および密度のいかなるレジストレーションエラーも確認して、また成形の全体的な変形、プリフォームの成形しやすさ、およびその他の製造パラメータを確認する目的のため、プリフォームを検証するステップを通過する必要があり続ける。製造検査によってこのような検証を進めるために、そうは言ってもＲＴＭプロセスにおける使用のための生産用ツーリングを有する必要がある。
【０００４】
樹脂トランスファ成形用のツーリングは、従来のプラスチック射出成形で使用されるものと似ている。したがってこれは、通常は非常に小さい公差を用いる非常に精密な機械加工を必要とする、一般的には金属で作られて金型空洞を有する、金型を含む。加えて、樹脂を硬化させるために通常必要とされるように金型空洞内で温度を変化させられるようにするために、加熱および実際には冷却手段が通常、金型内に配置される必要がある。結果的に、プリフォームの検証試験用にこのような最終ツーリングを製造することは、過剰な長さの時間を要し、故障の場合に非常に高額であることがわかるだろう。
【０００５】
それにもかかわらず、金属のブロックにおいて簡素化された予備金属ツーリングを加工することは、別の不都合を有する。固体金属金型は、最終生産用ツーリングにとって望ましい温度上昇率を再現できるようにはしないだろう。さらに、ブロックからこのようなツーリングを機械加工することは、貴重な時間を消費する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これらの欠点を緩和することを目指す。具体的には、本発明は、樹脂トランスファ成形用プリフォームの検証試験を実行するために、迅速かつ低コストで予備ツーリングが製造されることを可能にする方法を提案することを目指す。このようなツーリングは、プリフォームを金型空洞内に挿入するために、およびこれが硬化した後に成形部品を取り出すために、分離可能なように、それにもかかわらず樹脂トランスファ成形プロセスの注入および硬化ステップの間は互いに密封可能なように配置された、少なくとも２つのハーフシェルを含む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも１つの実施形態において、この目的は、方法が以下のステップを含むということによって達成される：
成形される部品のモデルを製造するステップと、
前記モデルの第１面と相補的な陥凹を有する外側表面を備える相手金型を製造するステップと、
相手金型の前記陥凹内に前記モデルを配置するステップと、
第１ハーフシェルを成形するためにモデル上および相手金型の前記外側表面上に熱硬化性樹脂で含浸された複数の重複織物層をドレーピングするステップと、
前記第１ハーフシェルを硬化させるステップと、
モデルおよび第１ハーフシェルから相手金型を分離するステップと、
第２ハーフシェルを成形するために、第１ハーフシェルおよびモデルの第１面の上に複数の重複織物層をドレーピングするステップと、
第２ハーフシェルを硬化させるステップ。
【０００８】
これらの提供により、このようにして得られた２つのハーフシェルは、プリフォームを挿入するために開放され、樹脂の注入および硬化の間に閉鎖されるのに、そして部品を型外しするために再開放されるのに適した金型空洞を画定するために、共同で作用することが可能である。第２ハーフシェルは第１ハーフシェル上に直接的に成形されるので、２つのハーフシェルは金型空洞の周りで正確に相補的な接触表面を有することができ、こうして金型空洞が良好に封止されることを可能にする。封止ガスケットを受容するための注入および排出チャネルおよび／または溝を形成するために、浮き彫りの形状はハーフシェルの接触表面に直接加工されてもよく、および／またはこれは相手金型上に形成されてもよい。
【０００９】
加えて、ハーフシェルの壁は比較的薄く、このため熱をより良く伝達し、こうして最終金型内での大量生産の間に適用される硬化条件、特に温度上昇にかかわる条件を、より正確に再現する。この予備ツーリング内の金型空洞が十分に硬質であることを保証するために、ツーリングは、プリフォーム検証試験の間に受けることになる応力に適合する補強材および補剛材を受容してもよい。用語「織物層」は、結合繊維で作られた層を対象とし、この層は織り層であってもよく、あるいはこれは例外なく単一方向に延びる長い繊維を用いる一方向層、または実際には不織短繊維の層であってもよいことが、わかるはずである。
【００１０】
第１および／または第２ハーフシェルの織物層は、高度な不撓性および良好な熱伝導率を提供するので、炭素繊維を含んでもよい。それでもなお、ハーフシェルが受けることになる熱的および機械的応力に応じて、たとえばガラス繊維などの他の材料が想定されてもよい。織物層はまた、予備含浸された、すなわちドレーピングを実行するために必要な作業を簡素化して樹脂の良好な分布を保証するように、ドレーピングに先立って熱硬化性樹脂で含浸された層であってもよい。それでもなお、代替例として、これらはドレーピングプロセスの間に含浸されることもまた可能であろう。
【００１１】
これらそれぞれの硬化作業に先立って、第１および第２ハーフシェルは、気孔率が低く繊維含有量が高い複合材料を得るために、防漏シート下で排気されてもよい。
【００１２】
樹脂トランスファ成形プロセスの注入および硬化ステップの間はツーリングが閉鎖されていることを保証できるようにすることが、重要である。この目的のため、第１の代替例において、各ハーフシェルは、第２ハーフシェルに対して第１ハーフシェルをクランプ締めするための装置を通すため、他方のハーフシェルの対応するオリフィスと位置合わせされる、少なくとも１つのオリフィスを有する。これらのオリフィスは、ハーフシェルが硬化した後にそこに穿孔されてもよく、あるいはハーフシェル自体が形成されている最中に形成されてもよい。具体的には、これらのオリフィスを含んでその外周を強化する金属インサートが、ハーフシェルが形成されている間に組み込まれてもよい。
【００１３】
反対に、第２の代替例において、ツーリング製造方法は、少なくとも以下のステップをさらに含んでもよい：
第１および第２ハーフシェルの凹状裏面内に硬化性流体材料を鋳込むステップと、
前記凹状裏面内で前記硬化性流体材料を硬化させるステップ。
【００１４】
このようにして、各ハーフシェルは固体ブロックを形成し、樹脂トランスファ成形プロセスの注入および硬化ステップの間はツーリングが閉鎖されていることを保証するように、プレス機内で２つのハーフシェルが互いに対して加圧されることが可能である。各ハーフシェルに関する用語「前面」は、これらが互いに接近したときに他方のハーフシェルと接触するその面を意味するために使用され、用語「裏面」は前面とは反対の面を意味するために使用される。
【００１５】
前記硬化性流体材料はたとえば、硬化後に、樹脂トランスファ成形プロセスにおいて通常使用される温度での良好な圧縮強度および良好な熱的安定性を有する、コンクリートであってもよい。
【００１６】
さらに、２つのハーフシェルにおいて良好な熱伝導率を維持するために、硬化性流体材料は、たとえば金属粒子など、熱伝導性粒子を含んでもよい。
【００１７】
成形のための部品のモデルは、たとえばステレオリソグラフィ、レーザ焼結、熱溶解積層法、または高速機械加工など、高速プロトタイピング方法によって製造されてもよい。このような方法は、このような物理的モデルが、部品の仮想モデルに基づいて、迅速に、かつ小さい製造公差で製造されることを可能にする。
【００１８】
本発明はまた、ツーリング製造方法によって製造されたツーリングも提供する。
【００１９】
非限定例によって示されるいくつかの実施形態の以下の詳細な説明を読むと、本発明がよく理解され、その利点が明らかとなる。説明は、以下の添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を構成する方法における複数のステップの概略図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態におけるツーリングの概略分解斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのツーリングの第１金型部分の前面の図である。
【図２Ｃ】図２Ａのツーリングの第１金型部分の裏面の図である。
【図３Ａ】第２の実施形態におけるツーリングの分解概略斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのツーリングの第１部分の裏面の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態における樹脂トランスファ成形によって部品を成形するためのツーリングを製造する方法の初期ステップが、図１に概略的に示される。
【００２２】
第１ステップにおいて、成形される部品のモデル１は、部品の仮想モデルに基づいて、たとえばステレオリソグラフィによってなど、高速プロトタイピング方法によって製造される。並行して、相手金型２が、たとえば硬質合成発泡体または圧縮木材のブロックを機械加工することによって、製造される。相手金型２は、モデル１の第１面と相補的な陥凹４を有する表面３を有する。この陥凹４の周りで、相手金型２の表面３は、注入および排出チャネル２４、２５、ならびに金型空洞の周りで封止ガスケットを受容することになる溝２６が設けられた、金型閉鎖表面８の外形を再現する。
【００２３】
第２ステップにおいて、モデル１は、第１ハーフシェル６を成形するために、たとえばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で予備含浸された炭素繊維の織物層内で、表面３およびモデル１の露出面をドレーピングするために、陥凹４内に配置される。このドレーピングは、ボックス５内で実行されてもよく、こうして第１ハーフシェル６の外周に側壁２０が形成されることを可能にする。その後、第１ハーフシェル６は、防漏シート２１下で排気され、樹脂を硬化させるために、たとえばオートクレーブ内で硬化させられる。
【００２４】
この硬化ステップの後、相手金型２は、第１ハーフシェル６の前面およびモデル１の第１面を露出するために取り出され、そして第２ステップにおいて、熱硬化性樹脂で含浸された炭素繊維材料の別の織物層が、第２ハーフシェル７を形成するためにその上にドレーピングさせられる。第１ハーフシェル６については、ボックス５が第２ハーフシェル７の外周の周りに側壁２２を形成するのに役立つ。その後、第２ハーフシェル７は同様に、防漏シート２３下で排気されて、樹脂を硬化させるためにたとえばオートクレーブ内で硬化させられる。
【００２５】
この硬化の後およびモデル１が取り出された後、互いに対して配置されたときに、たとえばプリフォームを検証するために使用されてもよいプロトタイプの樹脂トランスファ成形に使用されることが可能な金型空洞を画定する前面を有する、２つのハーフシェル６および７は、このようにして得られる。この金型空洞の周りで、ハーフシェル６および７の前面は、ハーフシェル６および７が互いに対して閉鎖されたときに金型空洞が封止されることを保証するように、正確に相補的な表面８および９を有する。ハーフシェル６および７がこの目的のために必要とされる不撓性を有することを保証するために、その壁厚、およびもしあればその裏面における補剛材の位置決めは、モデリング方法およびシステムを使用することによって、事前に規定されてもよい。加えて、実質的に細孔のない平滑な表面を得るために、２つのハーフシェル６および７の前面は、Ｃｉｒｅｘ（Ｒ）の商標名で供給元Ａｉｒｅｔｅｃ（Ｒ）によって販売されているものなど、細孔閉鎖被膜で処理されてもよい。
【００２６】
樹脂トランスファ成形プロセスの注入および硬化ステップの間、金型空洞の内部で２メガパスカル（ＭＰａ）（２０バール）程度の圧力を維持するように、ツーリングが閉鎖されるように保証することもまた重要である。この目的のため、図２Ａから図２Ｃに具体的に示される第１の実施形態においては、ボルト１２を通す目的のため、２つのハーフシェル６及び７はそれぞれの相補的閉鎖表面８、９内にオリフィス１０、１１を有する。これらのオリフィス１０、１１は金型空洞の周りに配置され、第１部分６のオリフィス１０の各々は、ナット（図示せず）を用いてボルト１２を締めることによってツーリングが閉鎖されることを可能にするように、第２部分７の対応するオリフィス１１と位置合わせされている。図示される実施形態において、オリフィス１０および１１は、その中に金属インサートを組み込むことによって、ハーフシェル６、７の各々を成形している間に形成される。こうして金属インサートは、オリフィス１０および１１を画定し、同時に各オリフィスの外周を補強する。それでもなお代わりに、２つの金型部分６、７を硬化および型外しした後の補足ステップの間に、相補的閉鎖表面８、９内にオリフィスが穿孔されることが可能である。同じようにして、注入および排出チャネルおよび／または封止ガスケット溝はまた、相手金型上に成形される代わりに、ハーフシェル６、７を硬化した後に表面８、９内に機械加工されることも可能である。
【００２７】
図２Ａおよび図２Ｃに示されるように、各金型部分６、７の裏側１５、１６の補剛材１４は、ＲＴＭプロセスの間の不撓性を保証するのに役立つ。この第１の実施形態のツーリングは、閉鎖されている間に、ＲＴＭプロセスの少なくとも硬化ステップを実行するためにオートクレーブ内に挿入されてもよい。
【００２８】
図３Ａおよび図３Ｂに示される第２の実施形態において、壁２０、２２によって画定されたとおりの、各金型部分６、７の裏面１５、１６は、金型部分６、７の各々を硬化させた後に、２つの固体ブロックを形成するために、硬化性流体材料で満たされている。具体的には、図示される実施形態において、硬化性流体は、ツーリングがＲＴＭプロセスで使用されるときに金型空洞が急速に加熱および／または冷却されることを可能にするように、熱伝導性金属粒子の充填物を有するコンクリートであってもよい。この第２の実施形態において、ツーリングは、互いに対して前面を加圧するために、２つの金型部分６、７の裏面１５、１６上に対して反対方向に作用するプレス機によって閉鎖されてもよい。
【００２９】
本発明は特定の実施形態を参照して先に記載されたものの、請求項によって定義された本発明の全体的な範囲を超えることなく、様々な修正および変更が実施形態に対してなされてもよいことは、明らかである。たとえば、図示される実施形態は２つの部分で構成される金型の製造のみに関するものの、より複雑な形状の部品を成形するためのより多くの部分を有する金型を製造するために本発明の方法を用いることを想定することも可能である。加えて、先に記載された様々な実施形態の個別の特徴は、追加実施形態に組み込まれてもよい。結果的に、説明および図面は、限定的であるよりむしろ例示的な意味において考慮されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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