(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた機械的特性をもつ付加製造のための複合原料ストリップ、及びかかるストリップを形成する方法を提供する。【解決手段】シートをスリット加工して、複合原料ストリップにすることであって、前記シートは、第１樹脂と、シートの中で互いに平行に延びている繊維とを含み、スリット加工は、前記シートの中の全ての前記繊維に平行な方向に沿って実行される、スリット加工することと、第２樹脂を含む材料で前記複合原料ストリップの外表面をコーティングし、それによって、前記複合原料ストリップを覆うように配置されたコーティング層を備える前記コーティング済複合原料ストリップを形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造のためのコーティング済複合原料ストリップを形成する方法であって、
シートをスリット加工して、複合原料ストリップにすることであって、
前記シートは、第１樹脂と、シートの中で互いに平行に延びている繊維とを含み、
スリット加工は、前記シートの中の全ての前記繊維に平行な方向に沿って実行される、スリット加工することと、
第２樹脂を含む材料で前記複合原料ストリップの外表面をコーティングし、それによって、前記複合原料ストリップを覆うように配置されたコーティング層を備える前記コーティング済複合原料ストリップを形成することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記シートの中で互いに平行に延びている前記繊維は連続繊維である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複合原料ストリップの断面全体を通じての前記繊維の分布は均一である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複合原料ストリップの断面全体を通じての前記繊維の濃度は、少なくとも約４０体積％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記材料で前記複合原料ストリップの前記外表面をコーティングしている間、前記複合原料ストリップの断面は同じままである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複合原料ストリップの前記外表面上の前記コーティング層の厚みは均一である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複合原料ストリップの断面形状は、長方形、正方形、及び台形から成る群から選択され、前記コーティング済複合原料ストリップの断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、角が丸くなっている長方形、及び角が丸くなっている正方形から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シートをスリット加工する前に、繊維含有プライを備えるレイアップを形成することと、前記レイアップを積層し、それによって前記シートを形成することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シートをスリット加工する前に、一又は複数の繊維含有プライ及び一又は複数の樹脂プライを備えるレイアップを形成することと、前記レイアップを積層し、それによって前記シートを形成することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
コーティング済複合原料ストリップであって、
第１樹脂、及び、前記シートの中で互いに平行に延びている繊維を含む、複合原料ストリップと、
第２樹脂を含み、前記複合原料ストリップの外表面上に配置され、かつ、複合原料ストリップの周囲に外殻を形成する、コーティング層とを備える、コーティング済複合原料ストリップ。
【請求項１１】
前記シートの中で互いに平行に延びている前記繊維は連続繊維である、請求項１０に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【請求項１２】
前記複合原料ストリップの断面全体を通じての前記繊維の濃度は、少なくとも約４０体積％である、請求項１０に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【請求項１３】
前記コーティング層は、繊維、粒子、及び薄片から成る群から選択された添加材を更に含む、請求項１０に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【請求項１４】
前記複合原料ストリップの断面形状は、長方形、正方形、及び台形から成る群から選択され、前記コーティング済複合原料ストリップの断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、角が丸くなっている長方形、及び角が丸くなっている正方形から成る群から選択される、請求項１０に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【請求項１５】
前記第１樹脂と前記第２樹脂の一方は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、請求項１０に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
付加製造は、プラスチック及び金属のような材料の層を付加して、三次元（３Ｄ）物体を形成するプロセスである。このプロセスは、多くの場合、各層及び全体的なレイアッププロセスを設計するために、コンピュータシステムに、より具体的にはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）に依拠する。付加製造は、例えば航空宇宙応用においてしばしば使用される、複雑で低体積の部品向けには特に好ましい。ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、及び溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）が現在、付加製造構成要素を作るために使用される３つの主要な方法である。典型的には、いかなる構造支持体（例えば繊維）も有さない材料である純樹脂が、この目的のために使用される。付加製造の原料に構造支持体を組み入れることは、困難であり、かつ、小型粒子及び短繊維に概して限定されることが分かっている。しかし、これらの種類の構造支持体は、連続繊維に関連付けられる機械的特性をもたらさない。更に、複合原料を製造するために使用される、押出しのような現行技法は、原料内に空隙及び他の不具合を引き起こしうる。最後に、押出し、及び、構造原料を製造する他の類似の技法では、構造支持体による詰まりが起こりがちである。
【発明の概要】
【０００２】
付加製造のための複合原料ストリップ、及びかかるストリップを形成する方法が提供される。複合原料ストリップは、互いに及びストリップの主軸に平行に延びている、連続単方向繊維を含みうる。この繊維連続性は、優れた、ストリップの主軸に沿った引張強度などの機械的特性をもたらす。複合原料ストリップは、複合積層板を繊維に平行な方向にスリット加工することによって製造されうる。いくつかの実施形態では、スリット加工されたストリップの断面形は、ストリップの少なくとも表面上に材料を再帰させることによって、かつ／又は、スリット加工されたストリップを別の材料でコーティングすることによって、変更されうる。断面形のこの変更は、ストリップの中の連続繊維を乱すことなく実行されうる。ストリップの中の繊維の断面分布は、例えば付加製造を支援するために、ストリップの主軸近辺に繊維がより集中している、不均一なものでありうる。
【０００３】
付加製造のためのコーティング済複合原料ストリップを形成する方法が提供される。いくつかの実施形態では、方法は、シートをスリット加工して複合ストリップにすることと、複合原料ストリップの外表面をコーティングすることとを含む。例えば、外表面は、第２樹脂を含む材料でコーティングされうる。このコーティングプロセスで、複合原料ストリップの表面を覆うコーティング層が形成される。コーティング層と複合原料ストリップとのこの組み合わせは、コーティング済複合原料ストリップと称される。
【０００４】
スリット加工に使用されるシートは、第１樹脂と、シートの中で互いに平行に延びている連続繊維とを含みうる。スリット加工は、シートの中の連続繊維に平行な方向に沿って実行され、それによって、繊維の連続性を保持しうる。コーティングは、クロスヘッド押出コーティング技法、又は、粉末コーティング及び溶液ベースコーティング技法などの他の任意の好適な技法を使用して、実行されうる。
【０００５】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの断面全体を通じての連続繊維の分布は、これらのストリップをコーティングする前には均一である。この繊維分布は、スリット加工中に保持される。そのため、スリット加工に使用されるシートの断面全体を通じての連続繊維の分布も、均一でありうる。しかし、スリット加工されたストリップがコーティングされると、第２樹脂などのコーティング材には連続繊維が使用されないことがあるため、上記の断面分布が変化する。いくつかの実施形態では、第２樹脂は、異なる種類の繊維、又は他の種類の添加材を含みうるか、又は、実質的にいかなる繊維又は添加材も有していないことがある。例えば、コーティング材における非樹脂構成要素の濃度は、５体積％未満、又は１体積％未満ですらありうる。
【０００６】
あるいは、コーティング材は、繊維、粒子、及び薄片から成る群から選択された添加材を含みうる。例えば、添加材は不連続繊維を含んでよく、不連続繊維は、シートの連続繊維、及び複合原料の連続繊維とは（少なくともそれらのアスペクト比に基づいて）異なる。添加材は、感熱添加物、無機補強材、熱安定剤、紫外線（ＵＶ）安定剤、潤滑物、難燃剤、導電添加物、及び色素剤から成る群から選択されうる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１樹脂と第２樹脂の一方は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む。第１樹脂と第２樹脂とは同一である。例えば、第１樹脂と第２樹脂は両方ともポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）でありうる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの外表面上に形成されるコーティング層の厚みは均一である。この種のコーティングは、コンフォーマルコーティングとも称されうる。厚みの変動は、２０％未満、又は１０％未満ですらありうる。これらの実施形態では、コーティング済複合原料ストリップの断面は、コーティング前の複合原料ストリップの断面の大型版になりうる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの断面全体を通じての連続繊維の濃度は、これらのストリップをコーティングする前には、少なくとも約４０体積％である。繊維はスリット加工中には付加されることも除去されることもないため、スリット加工されて連続ストリップになったシートの繊維濃度は同じでありうる。この濃度は、シートの製造中、例えば積層板のためのプライの選択を通じて、制御されうる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの断面、又はより具体的には断面形状は、複合原料ストリップの外表面を材料でコーティングしている間、同じに保たれる。換言すると、コーティングプロセスは、複合原料ストリップを乱さないことがある。
【００１１】
いくつかの実施形態では、コーティングされていない複合原料ストリップの断面形状は、長方形、正方形、及び台形から成る群から選択される。コーティング済複合原料ストリップの断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、及び、角が丸くなっている長方形と角が丸くなっている正方形から成る群から選択される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、方法は、スリット加工に使用されるシートを形成することを更に含む。この工程は、シートをスリット加工する前に実行され、かつ、繊維含有プライを含むレイアップの形成と、それに続く、このレイアップの積層とを伴いうる。いくつかの実施形態では、レイアップの全てのシートが繊維含有プライである。これらの実施形態では、積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は一定でありうる。あるいは、レイアップは、一又は複数の繊維含有プライ、並びに一又は複数の樹脂プライで形成されうる。樹脂プライは、繊維又は他のいかなる添加材も有していないことがある。これらの代替的な実施形態では、積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は積層されたシートの厚み全体を通じて変動する。例えば、積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は、積層されたシートの厚みに沿った積層されたシートの中央では、積層されたシートの表面の一方においてよりも大きくなる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの外表面をコーティングする前に、方法は、複合原料ストリップの各々の断面形状を変更することを伴いうる。例えば、コーティングされていない複合原料ストリップは連続繊維を有していない表面部分を含んでよく、材料は、そのような表面部分から再分配され、それによって、新たな断面形状を形成しうる。
【００１４】
付加製造のためのコーティング済複合原料ストリップも提供される。いくつかの実施形態では、コーティング済複合原料ストリップは、複合原料ストリップと、複合原料ストリップの外表面に配置されたコーティング層とを備える。複合原料ストリップは、第１樹脂と、シートの中で互いに平行に延びている連続繊維とを備える。コーティング層は、複合原料ストリップの周囲に完全な、又は部分的な外殻を形成していることがある。
【００１５】
これらの実施形態及び他の実施形態について、図を参照して以下で更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】いくつかの実施形態による、付加製造のための複合原料ストリップを形成する方法に対応するプロセスフロー図である。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態による、コーティング層を含む複合原料ストリップを形成する別の方法に対応するプロセスフロー図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による、複数の樹脂プライ及び繊維含有プライを含む一レイアップの概略断面図である。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態による、図２Ａに示すレイアップの一部分の概略斜視図であり、繊維含有プライのうちの１つにおける繊維の配向を示している。
【図２Ｃ】いくつかの実施形態による、繊維含有プライのみを含む一レイアップの概略断面図である。
【図２Ｄ】いくつかの実施形態による、レイアップの外側プライが繊維含有層であるように樹脂プライ及び繊維含有プライを含む、一レイアップの概略断面図である。
【図３Ａ】いくつかの実施形態による、図２Ａに示すレイアップで形成された積層されたシートの概略断面図である。
【図３Ｂ】いくつかの実施形態による、積層されたシートの厚みに沿った場所に応じての繊維の体積分率を示す、概略的な図表である。
【図３Ｃ】いくつかの実施形態による、積層されたシートの中の繊維の一定の体積分率を示す別の図表である。
【図３Ｄ４Ａ】図３Ｄは、いくつかの実施形態による、スリット加工の方向を示している、図３Ａに示す積層されたシートの概略斜視図であり、図４Ａは、いくつかの実施形態による、図３Ｄに示す積層されたシートで形成された複合原料ストリップの概略斜視図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による、複合原料ストリップの概略断面図である。
【図４Ｃ】いくつかの実施形態による、図４Ｂに示す複合原料ストリップの概略斜視図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態による、複合原料ストリップの断面形状を変更するために使用される、液化装置の概略図である。
【図５ＢＣ】図５Ｂは、いくつかの実施形態による、図５Ａに示す液化装置に入っていく複合原料ストリップの概略断面図であり、図５Ｃは、いくつかの実施形態による、図５Ａに示す液化装置から出てくる複合原料ストリップの概略断面図である。
【図５Ｄ−Ｇ】図５Ｄから図５Ｆは、コーティングされていない複合原料ストリップの種々の例の概略断面図であり、図５Ｇは、コーティング済複合原料ストリップの一例の概略断面図である。
【図５Ｈ−Ｋ】図５Ｈから図５Ｋ（図５Ｇも）は、コーティング済複合原料ストリップの種々の例の概略断面図である。
【図５Ｌ−Ｎ】図５Ｌから図５Ｎは、複合原料ストリップがコーティング前にその断面形状を変える場合の、種々の製造段階における複合原料ストリップの概略断面図である。
【図５Ｏ−Ｑ】図５Ｏから図５Ｑは、複合原料ストリップがコーティング後にその断面形状を変える場合の、種々の製造段階における複合原料ストリップの概略断面図である。
【図６ＡＢ】図６Ａ及び図６Ｂは、いくつかの実施形態による、複合原料ストリップの湾曲部の概略断面図である。
【図７Ａ】いくつかの実施形態による、積層されたシートを形成するために使用される装置の概略図である。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による、コーティング済複合原料ストリップを形成するために使用される装置の概略図である。
【図８Ａ】試験で使用された複合原料ストリップの断面写真である。
【図８Ｂ】積層厚及びコーティング厚に応じての、正方形の積層コア上に円形コーティングを有するコーティング済原料におけるコーティング体積分率の図表である。
【図８Ｃ】積層厚、コーティング厚、及びコーティングの断面形に応じての、コーティング済原料における繊維含有量の図表である。
【図９】本書に記載のエンドエフェクタを利用しうる、航空機の製造及び保守方法のブロック図である。
【図１０】本書に記載の複合構造物を含みうる航空機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明では、提示されている概念の包括的な理解を提供するために、多数の具体的な詳細事項が明記される。提示されている概念は、これらの具体的な詳細事項の一部又は全部を含まなくとも実践可能である。他の事例においては、説明される概念を不必要に分かりにくくしないように、よく知られているプロセス工程については詳細に説明しなかった。いくつかの概念は特定の実施形態と併せて説明されることになるが、これらの実施形態は限定を意図するものではないことが理解されよう。
【００１８】
序論
航空宇宙応用のような多数の応用は、複雑な形状寸法を有するが生産数量が少ない部品を要する。多大な生産数量に適する成型などの多数の技法が時の経過と共に開発されてきたが、これらの技法は、膨大な費用がかかる上、多くの場合、必要とされる特性を有する部品を生み出さない。付加製造は、近年、この欠点を埋め合わせるための試みにおいて人気を博している。しかし、多くの構造要件（製造された構成要素の強度等）は、現行の付加製造技法では、容易には満たすことができない。例えば、付加製造原料に繊維又は粒子のような構造支持体を組み入れることは、大きな課題であり続けてきた。たとえ小さな繊維及び粒子であっても、小型の断面形状を有する原料の直接形成を試みる時に、押出ノズルを詰まらせる傾向がある。けれども、複雑な形状寸法、厳しい寸法公差、及び／又は滑らかな表面仕上げを伴う部品を製造するために、小型形状は不可欠である。
【００１９】
一般的に複合材料に関して、及び、特に付加製造を使用して形成される複合部品に関して、特に注目されている一分野は、連続繊維の使用である。連続繊維は、繊維の方向に高い強度レベルを提供する。例えば、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）樹脂で形成され、３０体積％のチョップト炭素繊維が添加された複合原料ストリップは、１平方インチあたり約３００万ポンド（３ＭＳＩ）の引張弾性率を有しうる。その一方で、同じ樹脂で形成され、３５体積％の連続炭素繊維が添加された複合原料ストリップは１０ＭＳＩを上回る引張弾性率を有しうる。更に、連続繊維原料を使用して生産される複合部品は、現在生産されている補強されていない部品と比較して、おおよそ６倍の強度及び１０倍の剛性を有することが見込まれる。
【００２０】
しかし、付加製造に連続繊維を組み入れることは、短繊維及び粒子を組み入れることよりも一層困難である。現行の付加製造技法は、連続繊維を有する複合原料ストリップを実生産スケールで生産することが可能であるというだけではない。連続繊維を扱い、連続性を維持し、かつ、繊維の配向を保持することが、従来型の付加製造技法にとって大きな障害であることは分かっている。
【００２１】
付加製造のための複合原料ストリップ、及びかかるストリップを形成する方法について、本書で説明する。これらの複合原料ストリップは、連続単方向繊維を含む。より具体的には、繊維は、互いに及びストリップの主軸に平行に延びる。これらの原料ストリップは、高品質な複合プライ及びフィルムから、空隙又は他の種類の不具合を取り込むことなく生産されうる。
【００２２】
複合原料ストリップは、一又は複数の繊維含有プライと一又は複数の樹脂プライとのレイアップを積層させることによって、形成される。レイアップ内のこれらのプライの配置は、後に得られるストリップの中の、繊維及び他の材料の分布を制御するために使用される。更に、レイアップ内の全ての繊維含有プライは、このレイアップ内の全ての繊維が単方向性であるように配向される。積層後、積層されたシートは、スリット加工されて複数の複合原料ストリップになる。スリット加工は、これらのストリップ内の繊維に平行な方向に沿って、実行される。そのため、繊維の連続性は保持される。複合原料ストリップを形成する、提案されている方法は、低コストであり、広範な樹脂材料（熱可塑性材料など）及び繊維材料に適用可能であり、かつ、原料ストリップの中に種々の量及び／又は分布の繊維を生じさせるよう、容易に調整されうる。原料は、複合部品を生産するための溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）付加製造技法向けに使用されうる。複合原料ストリップは、連続単方向繊維を含み、かつ、強化型原料ストリップ、或いはより具体的には、連続繊維強化型原料のストリップ又はロッドとも称されうる。
【００２３】
航空宇宙グレードの繊維含有プライなどのような特殊なプライを含むがそれらに限定されるわけではない、任意の平面プライがレイアップを形成するために使用されうる。更に、後に得られる原料ストリップの中での繊維及び他の材料の種々の分布を実現し、それによって、複合原料ストリップの新規かつ独自の構成を可能にするために、種々のレイアップ配置が使用されうる。更に、材料の選択肢及び配置の選択肢のこの広範さが、最小限の繊維の破断又は屈曲、並びに連続器材使用時間しか伴わない、経済的な処理を可能にする。ロールツーロール処理のような様々な連続処理技法が、以下で更に説明するように、個々の工程、又は、レイアップの形成とレイアップの積層との組み合わせのような複数工程の組み合わせ向けに、使用されうる。
【００２４】
レイアップは、プライの連続ロールから形成されうる。これらのロールのうちの１つは、繊維含有プライを含みうる。このプライ内の繊維は、連続的であり、かつ、ロールの巻きの方向に延びうる。いくつかの実施形態では、同じ又は異なる繊維含有プライの複数のロールが、同一のレイアップを形成するために使用されうる。他のプライは、繊維を有していないことがある樹脂プライでありうる。方法は、一又は複数の繊維含有プライと一又は複数の樹脂含有プライとを含有するロールが伸ばされ、それらのプライがレイアップの全てのプライを統合して積層されたシートにするための処理器材（ラミネータ等）に連続的に送り込まれる、連続プロセスでありうる。いくつかの実施形態では、スリッタ（ｓｌｉｔｔｅｒ）もこの連続プロセスの一部でありうる。スリッタは、積層されたシートを切断して個々の複合原料ストリップにする。個々の複合原料ストリップは、コンパクトな保管及び出荷のために、ロールに形成されることもある。この連続プロセスは、複合原料ストリップの断面形状を変更する液化装置も含みうる。例えば、ストリップは、スリット加工の後には正方形の形状を、次いで液化装置を通過した後には円形の形状を、有しうる最後に、付加製造も連続プロセスの一部でありうる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップはコーティングされる。複合原料ストリップがスリット加工された後のコーティングの付加は、ストリップの断面形状を変更するため、付加製造又は特定の応用に適する材料を外表面上に付加するため、及び／又は、連続単方向繊維の濃度がより高い（かつ、たとえ繊維を有していないことがあるコーティング層を勘案しても、全体的な繊維濃度がより高い）複合原料ストリップを使用するために、使用されうる。例えば、いくらかの材料を外表面上に再分配することによって断面形状を変更することは、繊維乱れを避けるために、繊維を有していない相当量の材料が表面上に必要とされうる。繊維を含まないこれらの材料の組成、及び／又は、再分配中に使用される処理条件には、いくらかの制限が課されうる。その一方で、スリット加工されたストリップを材料でコーティングすることで、均一なコーティング層及び他の特徴を形成するために、添加材を有する材料などの材料の新たな選択肢が提供される。いくつかの実施形態では、再分配はコーティングと組み合わされうる。
【００２６】
付加製造において、複合原料ストリップは、通常複雑な寸法形状を有する部品である複合部品を形成するために、使用される。この連続処理は概して、特にいくつかの工程が手動で実行される場合には、従来型のディスクリートな処理よりも迅速かつ制御されたものとなる。当業者は、上述の処理工程全てを実行する必要はないことを理解するだろう。例えば、複合原料ストリップは、その断面形状を変更することなく使用されうる。いくつかの実施形態では、ストリップは、熱可塑性複合物プレースメント技法を使用して、置かれ、統合されて部品になりうる。更に付加製造は、全く異なるプロセスの一部でありうる。最後に、これらの処理工程のグループは、異なっていてよく、必ずしも１つの大きなグループの一部ではないことがある。例えば、レイアップ形成及び積層は１つのグループの一部でありうる。積層されたシートのロールは、このグループの全ての工程が完了した後に形成されうる。このロールは次いで、別のグループに属するスリット加工工程において、スリット加工されて複合原料ストリップになりうる。更に別の処理グループは、断面形状変更工程を含みうる。
【００２７】
全体的に、提供される複合原料ストリップは、低コストかつ高品質であり、かつ、広範な複合材料で、広範な構成に、並びに広範な断面サイズ及び断面形状に、形成されうる。これらの原料ストリップは、連続繊維強化型付加製造市場のニーズを満たすために、大量生産が可能である。熱可塑性複合物の押出プロセスを使用して直接作られる同等の原料は、特にハイエンド応用に適するより高性能の熱可塑性材料では、小径ロッド材料を効率的に生産することがまだ可能ではない。
【００２８】
複合原料ストリップとその形成の例
図１Ａは、いくつかの実施形態による、付加製造のための複合原料ストリップを形成する方法１００に対応するプロセスフロー図である。方法１００は、工程１０２におけるレイアップの形成で始まってよく、工程１１０におけるレイアップの積層がそれに続く。積層されたシートが、工程１１０において形成され、その後工程１２０において、スリット加工されて複合原料ストリップになる。いくつかの実施形態では、複合原料ストリップの断面形は、オプション工程１３０において変更される。この工程１３０は、オプション工程１３２における複合原料ストリップの加熱、及び／又は、オプション工程１３４における材料の再分配を伴いうる。材料を再分配することは、複合原料ストリップ内の繊維の相対配向に影響を与えることなく実行されうる。いくつかの実施形態では、方法１００は、オプション工程１４０のおける付加製造の実行を伴いうる。複合原料ストリップは、この工程において消費されて複合部品を形成しうる。これらの工程の各々について、方法１００の様々な段階における構成要素、説明される工程を実行するために使用される器材、及び試験サンプルを示している様々な図を参照して、これからより詳細に説明する。
【００２９】
レイアップの形成を伴う工程１０２を参照するに、この工程において形成されるレイアップは、一又は複数の繊維含有プライと一又は複数の樹脂プライとを含みうる。以下で更に説明するように、一又は複数の樹脂プライは、繊維を含まないことがある。たとえ一又は複数の樹脂プライに繊維が含まれていても、これらの繊維は、連続単方向繊維を含む一又は複数の繊維含有プライとは異なる。
【００３０】
レイアップ２００の一例を示している図２Ａを参照するに、この特定のレイアップは、４つの繊維含有プライ２０４ａ〜２０４ｄと、６つの樹脂プライ２０２ａ〜２０２ｆとを含む。繊維含有プライ２０４及び樹脂プライ２０２の数、厚み、及び配置は、図３Ａに示す積層されたシート２１０（積層レイアップ２００によって形成されている）の中の材料の断面分布を少なくとも部分的に制御するために使用されうる。この材料は、以下で更に説明するように積層されたシート２１０をスリット加工することによって形成される複合原料ストリップ２２０内で、少なくともある程度は維持されうる。更に、プライ２０２及び２０４の数及び厚みは、積層されたシート２１０の厚み２１０ａを制御するために使用されてよく、積層されたシート２１０の厚み２１０ａは、複合原料ストリップ２２０の断面寸法を制御することになる。
【００３１】
レイアップ２００を形成するために使用される樹脂プライ２０２は、繊維を有していないことがある。連続単方向繊維は全て、繊維含有プライ２０４内に提供されうる。いくつかの実施形態では、樹脂プライ２０２は、粒子及び／又は多方向短繊維のような他の種類の添加材を含みうる。図２Ａを参照するに、いくつかの実施形態では、レイアップ２００の少なくとも１つの外側プライ２０８ａは樹脂プライ２０２である。より具体的には、外側プライ２０８ａと２０８ｂの両方が樹脂プライ２０２でありうる。レイアップ２００のそれ以外のプライ全て（繊維含有プライ２０４と、いくつかの実施形態では他の樹脂プライ２０２とを含む）は、外側プライ２０８ａと２０８ｂとの間に配置される。いくつかの実施形態では、レイアップ２００のそれぞれの側の複数の外側プライが、樹脂プライ２０２である。図２Ａに提示されている例は、レイアップ２００の一方の側の２つの樹脂プライ２０２ａ及び２０２ｂと、レイアップ２００の他方の側の２つの樹脂プライ２０２ｅ及び２０２ｆとを示している。この種の配置は、レイアップ２００の、次いで積層されたシート２１０の、最終的には複合原料ストリップ２００の、十分に厚い表面部分が繊維を有さないことを確実にして、複合原料ストリップ２００の断面形の変更を可能にするために、使用されうる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、樹脂プライ２０２は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む。より具体的には、一又は複数の樹脂プライ２０２はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を含む。同一のレイアップ２０２を形成する全ての樹脂プライ２０２は、同じ組成を有しうる。あるいは、同一のレイアップを形成する種々の樹脂プライ２０２は、種々の組成を有しうる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、繊維含有プライ２０４は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む。これらの材料は、マトリクス樹脂と称されてよく、樹脂プライ２０２の樹脂とは区別すべきである。より具体的には、繊維含有プライ２０４は、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含みうる。
【００３４】
繊維含有プライ２０４に使用される樹脂は、樹脂プライ２０２に使用される樹脂と同じでありうるか、又はそのような樹脂とは異なりうる。例えば、樹脂プライ２０２はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を含みうる一方、繊維含有プライ２０４は、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含みうる。いくつかの実施形態では、樹脂プライ２０２はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含みうる一方、繊維含有プライ２０４は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を含みうる。いくつかの実施形態では、樹脂プライ２０２はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含みうるが、繊維含有プライ２０４もポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含みうる。
【００３５】
繊維含有プライ２０４と樹脂プライ２０２に使用される一又は複数の樹脂は、熱可塑性樹脂でありうる。いくつかの実施形態では、繊維含有プライ２０４と樹脂プライ２０２に使用される一又は複数の樹脂は、熱硬化性樹脂を含みうる。熱硬化性樹脂は、それが使用される場合、一又は複数の熱可塑性樹脂（例えば添加材として使用される）と組み合わされうる。更に、熱硬化性樹脂が使用される場合、この樹脂を含有する繊維含有プライ２０４及び／又は樹脂プライ２０２は、例えばその熱硬化性樹脂のガラス転移温度を超えて、加熱されうる。
【００３６】
各樹脂プライ２０２の厚みは、約０．００１インチから０．０２０インチまで、又はより具体的には、０．００２インチから０．０１０インチまででありうる。各繊維含有プライ２０４の厚みは、約０．００３インチから０．０１５インチまで、又はより具体的には、０．００５インチから０．０１０インチまででありうる。
【００３７】
図２Ｂを参照するに、繊維含有プライ２０４の連続繊維２０６は、ガラス（Ｓタイプ又はＥタイプ）繊維、石英繊維、アラミド繊維、炭素繊維、炭素ナノチューブ、又はそれらの組み合わせのような、任意の好適な繊維状構成要素でありうる。各繊維含有プライ２０４の中の繊維２０６の実質的に全て（例えば９０％を超過）は、連続的であり、例えば、Ｙ軸に沿って延びている繊維２０６を図示している図２Ｂに示すように、単方向配置に配向される。単方向配置は０／０配置とも称されうる。具体的には、レイアップ２００を形成する全ての繊維含有プライ２０４内の繊維２０６全ては、互いに平行である。当業者は、平行（ｐａｒａｌｌｅｌ）という用語は、約５°未満、又は約±２°未満ですらあるような、いくらかの公差を許容することを理解するだろう。
【００３８】
他の種類の（単方向性ではない）繊維配向は、積層されたシート２１０のその後のスリット加工を妨げうるが、それにもかかわらず、本書に記載の方法による複合原料ストリップ２２０の形成に適用可能でありうる。当業者は、繊維含有プライ２０４の中の繊維２０６の種類、断面寸法、量、並びに、繊維含有プライ２０４に利用されるマトリクス樹脂の種類、及び樹脂プライ２０２に使用される樹脂は、コスト、及び、複合原料ストリップ２２０の最終的な所望の物理的特性と機械的特性とを含む、多数の要因に基づいて変わりうることを、認識するだろう。
【００３９】
いくつかの実施形態では、レイアップを形成する全ての繊維含有プライ２０４が、最初は、プリプレグテープなどのロールで提供されうる。これらの繊維含有プライ２０４内の繊維２０６は、これらのロールの巻き方向に沿って延びうる。複数の繊維含有プライ２０４が使用される場合、レイアップ２００内の全ての繊維２０６が互いに平行である（単方向性である）ことを確実にするために、全てのプライは、レイアップ２００内で互いに対して正確に配向される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、レイアップ２００を形成することは、ロールツーロールプロセスで実行される。図７Ａを参照するに、繊維含有プライ２０４ａ及び２０４ｂと、樹脂プライ２０２ａ及び２０２ｂとは、それぞれのロール７０２から伸ばされ、予加熱ゾーン７０４に入る際にレイアップ２００を形成しうる。これらの連続シート形成プロセスは、ロールツーロール処理と同様に、ダブルベルトプレス機、ロール押出機内で実行されるか、又は成型機内で連続圧縮されることが可能である。
【００４１】
図１Ａを再度参照するに、工程１０２の完了後、方法１００は、工程１１０におけるレイアップ２００の積層に続く。この工程において、積層されたシート２１０が形成される。具体的には、全ての樹脂シート２０２及び全ての繊維含有シート２０４の材料は、この工程において統合されうる。その一方で、繊維２０６の単方向配向は保持される。繊維２０６は、この工程で互いに近づくように移動しうるか、若しくは、断面におけるその配向が変化しうる。例えば、レイアップを形成するために複数の繊維含有プライ２０４が使用される場合、これらの繊維含有プライ２０４のうちの１つの中の繊維２０６は、これらの繊維含有プライ２０４のうちの別の１つの中の繊維の近くに移動しうる。いくつかの実施形態では、繊維含有プライ２０４の各々内に提供された繊維２０６の配向は、実質的に同じままでありうる。例えば、繊維含有２０４は、事前に統合されうる。あるいは、レイアップ２００が形成されると、繊維２０６の相対配向は、積層工程１１０でも同じままでありうる。
【００４２】
図１Ａ及び工程１１０を続けて参照するに、この積層工程１１０は、レイアップ２００の加熱及び圧縮を伴いうる。いくつかの実施形態では、工程１１０は、例えば図７Ａに示す装置７００を使用して、連続的な様態で（例えばロールツーロールの様態で）実行されうる。具体的には、装置７００は、積層温度までレイアップを予備加熱するための予加熱ゾーン７０４を含みうる。当業者は、積層温度が、繊維含有プライ２０４及び樹脂プライ２０２に使用される樹脂、これらのプライの厚み、及び、他のプロセスパラメータに依拠しうることを、理解するだろう。一般的に、温度下限値は、レイアップ２００を形成する種々のプライの溶解統合、及び、レイアップを形成する材料（繊維２０６以外）のある程度の流れを確実にするに十分であるべきである。その一方で、温度上限値は、プライを統合して積層シート２１０にしている間に繊維２０６の配向を維持するよう、かつ、熱劣化を防止するよう、制御される必要がありうる。
【００４３】
工程１１０において、加熱されたレイアップ２００は、予加熱ゾーン７０４から、統合ゾーンとも称されうる積層ゾーン７１０へと送られうる。積層ゾーンでは、レイアップ２００が統合されて、単一の一体化された積層シート２１０を形成する。レイアップ２００が積層ゾーン７１０を通って前進するにつれて、それは、少なくとも統合ゾーン７１０の初期部分を通して連続的に加熱されうる。
【００４４】
積層されたシート２１０の一例が、図３Ａに示されている。積層されたシート２１０の厚み２１０ａ（図３ＡではＴｔｏｔａｌと示されている）は、そのシートの２つの表面２１３と２１５との間に延びる。いくつかの実施形態では、積層されたシート２１０の厚み（Ｔｔｏｔａｌ）は約０．０６０インチを下回り、又はより具体的には約０．０５０インチ未満、又は、約０．０４０インチ未満ですらある。図４Ｂを参照して以下で更に説明するように、積層されたシート２１０の厚み（Ｔｔｏｔａｌ）が複合原料ストリップ２２０の断面を決定することに、留意すべきである。積層されたシート２１０の２つの表面２１３と２１５との間に等間隔で位置付けられた、そのシートの中心平面２１７も、図３Ａに示されている。
【００４５】
いくつかの実施形態では、積層されたシート２１０の中の繊維２０６の体積分率は、積層されたシート２１０の厚み全体を通じて変わる。本書においては、体積分率とは、１つの構成要素（例えば繊維２０６）の体積の、この構成要素を含有する構造物の総体積に対する比率と定義される。構造物の断面に言及して体積分率について記述する場合、体積分率は、断面積の比率（すなわち、構造物全体の合計断面積に対する、対象の構成要素の断面積の比率）として提示されうる。積層されたシート２１０の中の繊維２０６の体積分率が変動可能であることは、レイアップ２１０内の一又は複数の繊維含有プライ２０４及び一又は複数の樹脂プライ２０２の配置、並びに各プライの組成に起因しうる。
【００４６】
図３Ａに提示されている積層されたシート２１０の例は、２つの表面部分２１２及び２１６を含む。具体的には、表面部分２１２が積層されたシート２１０の第１表面２１３を形成する一方、表面部分２１６は第２表面２１５を形成している。部分２１２と２１６は両方とも、繊維２０６を実質的に有していないことがある。中央部分２１４が、積層されたシート２１０の繊維２０６全てを含みうる。明確に言うと、中央部分２１４は、２つの表面部分２１２と２１６との間に配置される。これは、積層されたシート２１０の中心平面２１７の周囲への繊維２０６の集中の一例である。この種の分布は、表面部分２１２及び２１６を樹脂プライ２０２でのみ形成することによって、実現しうる。この例では、樹脂プライ２０２は繊維を有していない。その一方で、中央部分２１４は、様々な一又は複数の繊維含有プライ２０４で形成されうる。いくつかの実施形態では、一又は複数の樹脂プライ２０２は、中央部分を形成するためにも使用されうる。図２Ａに示すレイアップ２００の例を参照するに、第１表面部分２１２が樹脂プライ２０２ａ及び２０２ｂで形成されてよい一方、第２表面部分２１６は、樹脂プライ２０２ｅ及び２０２ｆで形成されうる。中央部分２１４は、繊維含有プライ２０４ａ〜２０４ｄ、並びに樹脂プライ２０２ｃ及び２０２で形成されうる。繊維含有プライ２０４及び樹脂プライ２０２のこの配置及び数は、中央部分２１４の所望の厚み、並びに、中央部分２１４及び積層されたシート２１０全体の中の繊維の所望の分布を実現するよう、選択される。
【００４７】
図３Ａを参照するに、積層されたシート２１０の総厚２１０ａに対する、繊維２０６を有していないことがある表面部分２１２の厚み２１２ａの比率（Ｔｐｏｒｔｉｏｎ／Ｔｔｏｔａｌ）は、約５％から４５％まで、又はより具体的には、約１０％から３０％まででありうる。繊維を有しないこの部分２１２は、図５Ｂから図５Ｃを参照して以下で更に説明するように、繊維２０６を乱すことなく複合原料ストリップ２２０の断面形状を変更することを可能にする。
【００４８】
図８Ａは、試験積層シート（上述した図２Ａに示す例に類似したプライ配置を有する）の断面画像を示している。図８Ａのこの断面画像は、試験サンプルの断面全体を通じての繊維の実際の分布を示している。具体的には、この試験積層シートは、２つのＰＥＳプライ／炭素−ＰＥＫＫプライ／ＰＥＳプライ／２つの炭素−ＰＥＫＫプライ／ＰＥＳプライ／炭素−ＰＥＫＫプライ／２つのＰＥＳプライ、というレイアップを使用して作製された。炭素−ＰＥＫＫプライは６０％を上回る炭素繊維を含み、各々は約０．００５４インチの厚みを有していた。ＰＥＳプライは各々、厚みが０．００５インチだった。水平な白い斑点は、炭素−ＰＥＫＫプライ内に提供された繊維２０６の断面である。これらの白い水平な斑点の４つの別々のグループがあり、各グループは別個の炭素−ＰＥＫＫプライに対応している。斑点は明らかに、この試験積層シートの表面２１３及び２１５から離れたところに位置付けられており、上述した図３Ａに提示のモデルに対応している。
【００４９】
図３Ａから図３Ｂ、及び図８Ａを参照するに、積層されたシート２１０の中の繊維２０６の体積分率は、積層されたシート２１０中心平面２１７においては、表面２１３と２１５の一方又は両方においてよりも大きい。具体的には、図３Ｂは、厚み方向（Ｚ軸）に沿った場所に基づく体積分率プロファイル２１９の一例を示している。この図は、繊維を有していない表面部分２１２及び２１６と、全ての繊維２０６を含有する中央部分２１４とを識別している。表面部分２１２及び２１６は繊維を有していないことから、これらの部分における体積分率はゼロレベルである。いくつかの実施形態では、例えば図３Ｂに示すように、体積分率プロファイル２１９は、積層されたシート２１０の中心平面２１７に対して対称になる。この対称プロファイルは、図２Ａに示す例におけるもののような、レイアップ２００内のプライの対称的な配置によって実現しうる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、積層されたシート２１０全体の中の繊維２０６の体積分率の平均値は、平均して約１％から６０％まで、又はより具体的には約１０％から５０％まで、又は、約２０％から４０％までですらある。この特性は、総繊維充填量とも称されうる。しかし、ほとんどの従来型の複合材料とは異なり、積層されたシート２１０は繊維２０６の不均一な分布を有する。
【００５１】
図１Ａを再度参照するに、方法１００は、工程１２０における、積層されたシート２１０をスリット加工して複合原料ストリップ２２０にすることに続きうる。この工程において、積層されたシート２１０は複合原料ストリップ２２０になる。スリット加工は、水噴射スリット加工、回転切断、圧力ホイールスリット加工、又はロールスリット加工のうちの１つを使用して実行されうる。更に、積層されたシート２１０をスリット加工して複合原料ストリップ２２０にすることは、ロールツーロールプロセスにおいて実行される。
【００５２】
図３Ｄ及び図４Ａを参照するに、スリット加工は、積層されたシート２１０の中の全ての繊維２０６に平行な方向２３０に沿って実行されうる。そのため、スリット加工は繊維２０６の連続性を乱さず、すなわち、繊維を切断しない。工程１２０において形成された複合原料ストリップ２２０の各々の断面形状２２１は、例えば図４Ａから図４Ｃに示すように、正方形でありうる。より一般的には、断面形状２２１は長方形でありうる。この種の形状２２１は、積層されたシート２１０の表面２１３及び２１５に実質的に垂直な方向にスリット加工することによってもたらされる。この正方形又は長方形の形状は、その後、円形状又は楕円形状などの丸い形状へと変換されうる。
【００５３】
図４Ｂ及び図４Ｃを参照するに、各複合原料ストリップ２２０内の全ての繊維２０６は、そのストリップの主軸２２３に平行である。本書においては、主軸２２３は、複合原料ストリップ２２０の最も長い寸法、例えば図４Ｃに示すストリップの長さ２２０ｃに沿って延びている軸と定義される。上述したように、全ての繊維２０６は、積層されたシート２１０のスリット加工の前にはその中で平行である。更に、スリット加工は繊維に平行な方向に沿って実行される。その結果として、全ての繊維２０６は、複合原料ストリップ２２０内で互いに（上述したように）平行なままであり、ストリップの主軸２２３に平行に延びる。繊維のこの連続した単方向性の配向は、複合原料ストリップ２２０の優れた引張強度及びその他の機械的特性をもたらす。例えば、いくつかの代表的な試験ストリップでは、９０ｋｓｉを超える引張強度が測定された。
【００５４】
その一方で、複合原料ストリップ２２０は、その主軸２２３に垂直な方向に屈曲可能でありうる。この屈曲性能は、複合原料ストリップ２２０の中の、繊維２０６の単方向配向によって、いくつかの実施形態では繊維２０６の不均一な分布によって、提供される。具体的には、図６Ａ及び図６Ｂは、ストリップ屈曲９０°の断面を示している。第２表面部分２２６は、中央部分の屈曲半径（Ｒ２）よりも小さな屈曲半径（Ｒ１）となる。その一方で、表面部分２２６は、繊維２０６を有していないことがあり、その結果として、中央部分２０４よりも柔軟でありうる。この繊維分布は、複合原料ストリップ２２０が、保管、出荷、及びその後の付加製造における使用のために、小径パッケージに巻かれることを可能にする。
【００５５】
いくつかの実施形態では、繊維２０６は、複合原料ストリップ２２０内で、少なくとも１００フィート、又は少なくとも約１０００フィートに及ぶ、平均長さを有しうる。このことは、複合原料ストリップ２２０内の繊維の連続的な態様を反映している。その一方で、例えば図５Ｃに示すような、再形成後の複合原料ストリップ２２０の主要断面寸法２２０ｄは、約０．０６０インチを下回り、又はより具体的には、約０．０５０インチを下回り、或いは約０．０４０インチすら下回りうる。この小さな断面寸法２２０ｄは、付加製造のために必要とされうる。複合原料ストリップ２２０の断面形状が円形である場合には、その主要断面寸法２２０ｄは図５Ｃに示すような円の直径である。しかし、複合原料ストリップ２２０の断面形状が正方形である場合には、その主要断面寸法は、図４Ｂに示すものと同じ、幅２２０ｂ及び厚み２２０ａである。
【００５６】
図１Ａを再度参照するに、方法１００は、オプション工程１３０における各複合原料ストリップの断面形状の変更を伴いうる。例えば、各複合原料ストリップの断面形状は、（積層されたシートのスリット加工後の）正方形から、円形又は六角形に変更されうる。現在、付加製造に使用されるノズルは、材料を付着させている時の方向変更に役立つように、丸い形状を有している。そのため、丸いか、又はそれに類似した（丸に近い）複合原料ストリップ２２０の断面形状を有することは、付加製造中に役立ちうる。しかし、付加製造技法は、他の種類の断面形状を備えた他の原料ストリップを使用するよう発展しうる。本書の方法は、連続繊維の配向又はそれらの連続性を乱すことなく、多くの異なる種類の形状を形成することを可能にする。
【００５７】
工程１３０は、複合原料ストリップ２２０を加熱すること（図１Ａのブロック１３２）と、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、断面形状２２１ａの角２２８から離れたところに材料２２９を再分配すること（図１Ａのブロック１３４）とを伴いうる。具体的には、図５Ｂは、型枠５１０の中に配置された複合原料ストリップ２２０を示している。型枠５１０の断面形状は丸型でありうる。しかし、型枠５１０の直径は、この場所（図５Ａを参照してＡ−Ａと同定される）では、図５Ｂの点線で同定される最終断面形状２２１ｂの直径よりも大きい。この場所で、複合原料ストリップ２２０の角２２８は型枠５１０に接触する。角２２８は、最終断面形状２２１ｂの境界の外に延びており、かかる外側の材料はいずれも、工程１３０において、（例えば空隙を埋めることによって）境界の中に納まることになることに、留意すべきである。いくつかの実施形態では、角２２８から離れたところに再分配される材料２２９は、繊維２０６を有していない。
【００５８】
工程１３０における外側の材料のこの再配分は、最終断面形状２２１ｂの境界の中の材料に大きな影響を与えることなく実行されうる。具体的には、複合原料ストリップ２２０の中の連続繊維２０６の配置は、例えば、複合原料ストリップ２２０の中央部分２２４の静止断面形状を示している図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、工程１３０において保たれる。このことは、角２２８の加熱された型枠５１０との直接接触に起因する複合原料ストリップ２２０の角２２８の選択的な加熱によって、実現しうる。複合原料ストリップ２２０の残部は、複合原料ストリップ２２０を形成する材料の断熱特性、及び工程１３０が実行されるスピードにより、角ほどには加熱されないことがある。具体的には、工程１３０において、連続繊維２０６を含む中央部分２２４は、角２２８から離れたところに再分配される材料２２９よりも低い温度を有しうる。上述のように、材料２２９は、連続繊維２０６を有していないことがある。
【００５９】
断面形状を変更する工程１３０は、液化装置５００（その一例を図５Ａに示す）を使用して実行されうる。液化装置５００は、先細になる断面形状を備えた型枠５１０と、型枠５１０を加熱するためのヒータ５１２とを含みうる。複合原料ストリップ２２０の連続繊維２０６は単方向性かつ連続的であることから、複合原料ストリップ２２０は、液化装置５００を詰まらせることなくそれに容易に通されうる。（詰まりは、チョップト連続繊維及び粒子が複合物内の構造支持体として使用される場合にはよくある問題である。）更に複合原料ストリップ２２０は、ここでも連続繊維２０６の連続特性により、液化装置５００を通されている間にその引張強度を実質的に保ちうるが、このことは、工程１３０における複合原料ストリップの取り扱いを簡単にする。
【００６０】
いくつかの実施形態では、工程１３０は実行されない。長方形又は正方形の形状を有する複合原料ストリップ２２０が、その後の処理に使用されうる。方法１００は、複合原料ストリップ２２０を使用して付加製造を実行すること１４０も伴いうる。
【００６１】
図１Ｂは、方法１００の別の例に対応するプロセスフロー図である。この例は、スリット加工されたストリップに実行されるコーティング工程を伴う。そのため、この方法を使用して形成された複合原料ストリップは、コーティング済複合原料ストリップ５２０と称されうる。コーティング済複合原料ストリップ５２０の様々な例を、図５Ｇから図５Ｋに示しており、これらの図及びコーティング工程を参照して以下で更に説明する。特に明記しない限り、番号２２０と同定される複合原料ストリップは、それをコーティング済複合原料ストリップ５２０と区別するために、コーティングされていない複合原料ストリップと称されうる。コーティングされていない複合原料ストリップ２２０は、コーティング工程において、コーティング済複合原料ストリップ５２０へと変換される。
【００６２】
図１Ｂを再度参照するに、コーティング済複合原料ストリップ５２０を形成する方法１００の多くの工程は、図１Ａを参照して上述している、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０を形成する方法１００の対応する工程に類似しうる。図１Ａのフロー図、及びそれに対応する上記の説明への様々な言及が、適宜行われる。
【００６３】
図１Ａと図１Ｂのフロー図間の主たる相違は、後者のフロー図のコーティング工程１３６である。具体的には、コーティングされていない原料ストリップ２２０の形成後に、コーティング工程１３６が実行されうる。念のために言うと、コーティングされていない原料ストリップ２２０は、工程１２０において積層されたシートをスリット加工することによって形成されうる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、コーティング工程１３６は、ストリップの表面上の少なくともいくらかの材料を再分配することによって工程１３０で複合原料ストリップの断面形を変更することの、必要性をなくす。これらの実施形態では、工程１３０は実行されない。あるいは、工程１３０が実行される場合、コーティング工程１３６は、工程１３０の前又は後に実行されうる。換言すると、断面形を変更する工程１３０は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０に実行されうる（コーティングはその後）か、若しくはコーティング済複合原料ストリップ５２０に実行されうる。
【００６５】
図１Ａと図１Ｂに提示されているフロー図間の別の相違、又はより具体的には、これらの２つの例において使用される材料間の相違は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０における繊維分布でありうる。この繊維分布は、複合原料ストリップ２２０を形成するために使用される積層されたシート内の繊維分布に対応する。図１Ｂに提示した方法１００の例では、複合原料ストリップ２２０の部分を配置し直す代わりに、コーティング工程が断面形の変更のために使用されうる。具体的には、例えば複合原料ストリップ２２０の外表面上にコーティング材を付加することによる断面形の変更中に、複合原料ストリップ２２０は乱されないままでありうる。そのため、複合原料ストリップ２２０の断面全体が、連続繊維を含みうる。複合原料ストリップ２２０が乱されないままであることから、この特定の例の複合原料ストリップ２２０においては、繊維を有していない部分は必要とされない。連続繊維は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の全ての表面の近辺に位置付けられうる。コーティングされていない原料ストリップ２２０を形成するために使用される積層されたシートは、繊維含有プライのみで形成されてよく、外側の樹脂シートを含まないことがある。
【００６６】
図１Ｂを参照するに、方法１００は、オプション工程１０４において積層されたシート２１０を形成することを含みうる。工程１０４は、工程１０２におけるレイアップ２００の形成と、それに続く、工程１１０におけるレイアップ２００の積層とを伴いうる。工程１０２及び工程１１０のいくつかの例を、図１Ａを参照して上述している。レイアップ２００及び積層されたシート２１０の例は、図２Ａから図２Ｄ、図３Ａ、及び図３Ｄに示している。レイアップ２００は、一又は複数の繊維含有プライ２０４、及びいくつかの実施形態では、樹脂プライ２０２を含みうる。樹脂プライ２０２は、（例えば図２Ａに示すように）外側プライ２０８ａ及び２０８として使用されうる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、図１Ａを参照して上述した方法１００の例とは異なり、図１Ｂの方法１００により形成されるレイアップ２００は、繊維含有プライ２０４のみで形成されうる。図２Ｃは、繊維含有プライ２０４ａ〜２０４ｄを含む、かかるレイアップ２００の一例を示している。この例の外側プライ２０８ａ〜２０８ｂは両方とも繊維含有プライであることに、留意すべきである。この例では、複合原料ストリップ２０２の断面変更は、材料を再分配することではなく、これらの複合原料ストリップ２０２をコーティングすることによって、実現しうる。
【００６８】
あるいは、レイアップ２００は、一又は複数の繊維含有プライに加えて一又は複数の樹脂プライを含みうる。しかし、外側プライ２０８ａ〜２０８ｂは繊維含有プライでありうる。図２Ｄは、樹脂プライ２０２ａ及び２０２ｂはスタックの内部に位置付けられているが、繊維含有プライ２０４ａは一方の外側プライ２０８ａとしての役割を果たし、繊維含有プライ２０４ｄは他方の外側プライ２０８ｂとしての役割を果たす、かかるレイアップの一例を示している。
【００６９】
上述のように、コーティング工程は、断面形を変更するために使用されうる。少なくとも、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０に材料再分配は実行されないことがあり、その表面上には、繊維を有していない材料は必要とされない。そのため、レイアップ２００の外側プライ２０８ａ〜２０８ｂは連続繊維を含有しうる。
【００７０】
これらの実施形態では、レイアップ２００の中の、及びその後の積層されたシート２１０内の、連続繊維の体積分率は、例えば図３Ｃに示すように、厚み全体を通じて一定でありうる。具体的には、図３Ｃは、積層されたシート２１０（又はコーティングされていない複合原料２００）の厚み全体を通じての、繊維の体積分率プロファイル２１９を示している。しかし、連続繊維は一般的にコーティング層内には提供されないため、このコーティング層が形成されるにつれて、この断面分布は変化する。
【００７１】
レイアップ２００を形成するために一又は複数の樹脂プライが使用される場合、これらのプライは、連続繊維を有していない、かついくつかの実施形態では、その他の添加材を有していないことがある。いくつかのプライは連続繊維を有するが、その他のプライはそうではないことから、（レイアップ２００の中の、及びその後の積層されたシート２１０の中の、）連続繊維の体積分率は全体的に変わる。かかる一例は、連続繊維の体積分率が中央部分２１４において、表面部分２１２と２１６の両方においてよりも大きくなりうる、図３Ｂを参照して上述している。図３Ｂと図３Ｃにおける体積分率プロファイル２１９を比較すると、当業者は、樹脂プライの数が減少するか、若しくは、レイアップ２００から完全に無くなる場合に、連続繊維の充填量を多くすることが可能になりうることを、理解するだろう。
【００７２】
図１Ｂを再度参照するに、コーティング済複合原料ストリップ５２０を形成する方法１００は、工程１２０において、積層されたシート２１０をスリット加工して複合原料ストリップにすることを含みうる。工程１２０において形成された複合原料ストリップはまだコーティングされていないことに、留意すべきである。スリット加工工程１２０の様々な例は、図１Ａを参照して上述しており、図３Ｄ及び図４Ａにも示している。
【００７３】
積層されたシート２１０、及びその結果として、スリット加工された原料ストリップ２２０は、図４Ｂ及び図４Ｃに概略的に示しているように、樹脂２０７と、ストリップ２２０の主軸２２３に沿って（すなわちＹ方向に）互いに平行に伸びている、連続繊維２０６とを含みうる。スリット加工は、全ての連続繊維２０６に平行な方向に沿って実行され、それによって、繊維２０６の連続性を保持しうる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の断面全体を通じての連続繊維２０６の濃度は、少なくとも約３０体積％、又は少なくとも約４０％ですらあり、少なくとも約５０％、又は少なくとも約６０％ですらある。繊維２０６のかかる高濃度は、非常に良好な、繊維２０６の方向における引張強度のような機械的特性を提供することが可能である。この濃度は、図４Ｂに示す表面部分２２２及び２２６のような、連続繊維２０６を有していない部分を無くすことによって、実現しうる。上述のように、繊維を有していない表面部分２２２及び２２６は、コーティングが使用されない場合に、繊維を乱すことなくこれらの部分の材料を再分配するために必要とされる。繊維２０６はスリット加工工程１２０中には付加されることも、除去されることもないため、積層されたシート２１０及びコーティングされていない複合原料ストリップ２２０の繊維濃度は同じでありうる。この濃度は、積層されたシート２１０の製造中に、又はより詳細には、工程１０２においてレイアップ２００を形成している時に、制御されうる。
【００７５】
いくつかの実施形態では、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の断面形状は、長方形、正方形、円形及び台形から成る群から選択される。これらの例の一部を、図５Ｄから図５Ｆに示している。円形の断面形状は、図５Ｌ及び図５Ｍを参照して以下で更に説明するように、コーティングの前に材料を再分配することによって、最初は長方形又は正方形の形状から形成されうる。台形の断面形状は、例えば、楔形のスリット加工ツールがいくらかの材料をスリットの方向に押した場合に、形成されうる。初めは台形の断面から、上面及び底面に材料を再分配することによって円形状を形成することは困難でありうることに、留意すべきである。コーティング層の形成は、これらの困難を克服するために役立ちうる。
【００７６】
図１Ｂを再度参照するに、方法１００は、工程１３６における、複合原料ストリップ２２０の外表面２２５のコーティングを進めうる。コーティング工程は、クロスヘッド押出コーティング技法、粉末コーティング、及び溶液ベースコーティング技法を伴いうる。図７Ｂは、複合原料ストリップ２２０をコーティングし、コーティング済複合原料ストリップ５２０を形成するための装置７２０の一例を示している。
【００７７】
工程１３６において、図５Ｄ及び図５Ｇに概略的に示すように、外表面２２５上にコーティング層５２２が形成される。コーティング層５２２は樹脂を含みうる。この樹脂は、レイアップ２００を形成するプライの一部でありうる、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の樹脂と同じでありうるか、それとは異なりうる。明確に言うと、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の樹脂は第１樹脂２０７と称されうる一方、コーティング層５２２の樹脂は第２樹脂５２３と称されうる（例えば図５Ｇを参照のこと）。いくつかの実施形態では、第１樹脂２０７と第２樹脂５２２の一方は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む。例えば、第１樹脂２０７と第２樹脂２５３は両方ともポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）でありうる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、コーティング層５２２に使用される材料は、第２樹脂５２３に加えて添加材を含む。添加材は、繊維、粒子、及び薄片から成る群から選択されうる。例えば、添加材は不連続繊維を含んでよく、不連続繊維は、シートの連続繊維、及び複合原料の連続繊維とは、少なくともそれらのアスペクト比に基づいて異なる。添加材は、感熱添加物、無機補強材、熱安定剤、紫外線（ＵＶ）安定剤、潤滑物、難燃剤、導電添加物、色素剤、及びそれらの様々な組み合わせから成る群から選択されうる。一例では、添加材は感熱添加物である。別の例の同一物においては、添加材は無機補強材である。別の例の同一物においては、添加材は熱安定剤である。別の例の同一物においては、添加材は紫外線（ＵＶ）安定剤である。別の例の同一物においては、添加材は潤滑物である。別の例の同一物においては、添加材は難燃剤である。別の例の同一物においては、添加材は導電添加物である。別の例の同一物においては、添加材は色素剤である。
【００７９】
いくつかの実施形態では、コーティング層５２２の厚みは均一である。この種のコーティング層は、コンフォーマルコーティングとも称されうる。例えば、厚みの変動は２０％未満、又は１０％未満ですらありうる。これらの実施形態では、例えば、図５Ｈ及び図５Ｋに概略的に示すように、コーティング済複合原料ストリップ５２０の断面は、複合原料ストリップ２２０の、そのコーティング前の断面の大型版になりうる。
【００８０】
いくつかの実施形態では、複合原料ストリップ２２０の断面、又はより具体的には、複合原料ストリップ２２０の断面形状は、コーティング工程１３６において同じままである。この形状保持について、図５Ｄ及び図５Ｇに概略的に示している。これらの実施形態では、コーティングプロセスは複合原料ストリップ２２０を乱さない。
【００８１】
コーティング工程１３６において複合原料ストリップ２２０の断面形状が同じままであるにもかかわらず、コーティング済複合原料ストリップ５２０の断面形状は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の断面形状とは異なりうる。例えば、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０は、上述のように、長方形、正方形、又は台形の形状を有しうる。このコーティングされていない複合原料ストリップ２２０で形成されるコーティング済複合原料ストリップ５２０は、例えば図５Ｄ及び図５Ｇに概略的に示すように、円形状又は楕円形状を有しうる。
【００８２】
コーティング済複合原料ストリップ５２０の様々な例を、図５Ｇから図５Ｋに示している。いくつかの実施形態では、コーティング済複合原料ストリップ５２０の断面形状は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０と同じでありうる（例えば図５Ｈ又は図５Ｋ参照）。当業者は、これらの例においても断面形状の主要寸法は増大することを、理解するだろう。一般的に、コーティング済複合原料ストリップ５２０の断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、角が丸くなっている長方形、及び角が丸くなっている正方形から成る群から選択される。
【００８３】
いくつかの実施形態では、方法１００は、コーティング工程１３６の前に、工程１３０において、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の断面形状の変更を伴いうる。この例について、図５Ｌから図５Ｎに概略的に示している。具体的には、図５Ｌは、正方形の断面形を有するコーティングされていない複合原料ストリップ２２０を示している。この形は、例えばスリット加工工程１２０によってもたらされうる。工程１３０において、この正方形の断面形は、コーティングされていない複合原料ストリップ２２０の材料を再分配することによって変更される。この工程については、図１Ａを参照してより詳細に説明している。図５Ｍは、この工程の後の、円形の断面形を有するまだコーティングされていない複合原料ストリップ２２０を示している。その後、この円形の複合原料ストリップ２２０は、コーティングされ、それによって、図５Ｎに概略的に示すような、コーティング済複合原料ストリップ５２０を形成しうる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、方法１００は、コーティング済複合原料ストリップ５２０の断面形状の変更を伴いうる。換言すると、形を変更する工程１３０がコーティング工程１３６の後に実行される。この例について、図５Ｏから図５Ｑに概略的に示している。具体的には、図５Ｏは、正方形の断面形を有するコーティングされていない複合原料ストリップ２２０を示している。この正方形の複合原料ストリップ２２０は、コーティングされ、それによって、図５Ｐに概略的に示すような、コーティング済複合原料ストリップ５２０を形成しうる。工程１３０において、この正方形の断面形は、コーティング済複合原料ストリップ２２０のコーティング層５２２の材料を再分配することによって、変更される。いかなる特定の理論にも限定されることなく、図５Ｏから図５Ｑに示すアプローチは、図５Ｌから図５Ｎに示すアプローチよりも、連続単方向繊維２０６に対する影響が弱くなりうると考えられている。
【００８５】
付加製造で使用するためのコーティング済複合原料ストリップの様々な実施形態の特性が、例証的な解析を使用して探究された。この解析においては、純樹脂（繊維を有さない）のコーティング、又は、３０ｗｔ％の不連続繊維を含有する樹脂のコーティングを、繊維含有プライで作られた正方形の積層コアに付着させる。このコアは、その厚み全体を通じて、約６０％という一定の連続繊維の体積分率を有する。図８Ｂは、積層厚及びコーティングの厚みに応じての、円形コーティングのコーティング体積分率の図表である。正方形の積層コアに関しては、積層幅は積層厚に等しく、積層厚は、レイアップ内で使用される繊維含有プライの数に基づいてディスクリートに増大する。図８Ｂに記載の積層厚は、４〜９の繊維含有プライに対応している。データ点の相対サイズは、コーティング済最終ロッドの直径に対応しており、実線は、実線で繋がれたデータ点の左側に記載の直径に等しい同一の直径を有する、実施形態を繋いている。コーティング厚は、挿入図に示すように、積層コアの角から径方向に測定される最小コーティング厚によって定まる。点線は、点線で繋がれたデータ点の右側に列挙されている厚みに等しい同一の最小コーティング厚を有する実施形態を繋いでいる。実践的な製造及び使用に関する技術上の意義の範囲に対する可能性の範囲を狭めるために、上記の実施形態、及び後に他のコーティング断面形となる実施形態に、下記の制約を課した。（１）実践的なスリット加工工程のために、積層厚は０．０３０インチを上回ること、（２）コーティング工程での製造公差を許容するために、断面内のいかなる場所においても、最小コーティング厚は０．００４インチ以上であること、（３）原料が０．０７０インチの入口直径を有する液化装置に入ることを可能にするために、断面の最大寸法は０．０７０インチを下回るべきであること、及び、（４）連続繊維と液化装置の壁との干渉が発生しないことを確実にするために、いかなる形状変換の後にも、最小で０．００１インチのコーティング材が連続繊維含有積層コアと液化装置の壁との間に維持されること。これらの制約があることで、満足のゆく実施形態の解空間が、図８Ｂ内に明示された三角形の領域によって示されている。５１〜６５％という、比較的大きなコーティングの体積分率が必要とされる。これは、純樹脂コーティングに関しては、コーティング済最終ロッドにおける２０〜２８体積％、３０ｗｔ％の不連続繊維を有するコーティングに関しては３６−４０体積％の繊維含有量ということになる。
【００８６】
コーティング済最終原料における繊維含有量は、積層厚、コーティング済最終原料の断面形、及びコーティング材に応じて、図８Ｃに記されている。明示されている解空間は、円形、正方形、及び角が丸くなっている正方形という形のコーティングを有する正方形の積層コアに関して、前述した４つの制約を満たしている。純樹脂を有するコーティング、及び、３０ｗｔ％の不連続繊維を有するコーティングに対応する解空間はそれぞれ、実線境界を有する領域と、点線境界を有する領域とによって定まる。円形コーティングが付加製造中に液化装置内での形状変換を要しないのに対して、正方形及び角が丸くなっている正方形のコーティングは、液化装置内で、又は液化装置の前に、円形への形状変換を要する。液化装置の出口の断面積は、液化装置を通る着実かつ安定的な流れを確実に維持するために、中に入ってくるコーティング済原料の断面積に等しい。
【００８７】
図８Ｃの円形のコーティング済原料の解空間は、図８Ｂに明示されている三角形の領域に対応する。最大積層コア厚は、コーティング済最終原料が０．０７０インチの液化装置の入口の中に確かに送り込まれうることを確実にするよう限定され、実現可能な繊維含有量は、コーティング工程の実践のために最小コーティング厚が少なくとも０．００４インチであることを確実にするために必要なコーティングの量によって、限定される。
【００８８】
コーティングの体積分率は減少できたとみられ、従って全体的な繊維含有量は、図５Ｏ〜図５Ｑに図示しているように、正方形のコーティングでコーティングすること、及び、その形の液化装置内での変化を可能にすることによって、増大した。正方形のコーティングの解空間は、０．０７０インチの液化装置の入口に原料が入ることを可能にするために、薄い積層厚に限定される。コーティング済原料の繊維含有量の範囲は、積層コアの面から測定した際のコーティング厚の変動によりもたらされ、より高い繊維含有量が、より薄いコーティング厚によりもたらされる。全体的なコーティング体積分率が、円形への形状変換後に積層コアの角と液化装置の壁との間に少なくとも０．００１インチのコーティング材を維持するに十分なほど大きいことを確実にするために、最小０．００５インチのコーティング厚が必要とされる。このコーティング厚は、純樹脂コーティングに関しては３４％、３０ｗｔ％不連続繊維添加コーティングに関しては４４％の、最大繊維含有量をもたらす。
【００８９】
解空間は、より厚い積層厚まで拡大されうるが、それでも、図５Ｉに図示するコーティングのような角が丸くなっている正方形のコーティングを使用することによって、全体的な繊維含有量を最大化しうる。断面の最大寸法、対角線長が減少することから、より厚い積層コア厚が使用可能である。入口での液化装置の壁との接触の面積が少なくなると、その壁と全体的に接触する円形コーティングと比較して、より確実な送りが可能になることから、最大寸法が０．０７０インチである事例も許容される。所与の積層厚に関しては、コーティング済原料の繊維含有量は、対角線長が０．０７０インチになるように角が丸くされている積層板の面から測定した際のコーティングをより薄くすることによって、増大しうる。積層板の角から径方向に測定される、丸くなった角におけるコーティング厚が、実践的なコーティング工程のために０．００４インチという許容可能な最小値に保たれている、各積層厚についても、実現可能な最大繊維含有量が記されている。上記のような最大の丸くなった角を有することで、積層板の面から測定されたコーティング厚は、０．０３３インチ、０．０３９インチ、及び０．０４４インチの積層厚に関してそれぞれ、０．００５インチ、０．００６インチ、及び０．００７インチであるべきであり、純樹脂コーティングを使用すれば３４〜３５体積％、３０ｗｔ％の不連続繊維を有するコーティングを使用すれば４４体積％の、繊維含有量がもたらされる。
【００９０】
航空機、及び航空機を製造及び運航する方法の例
例示された実施形態は、連続繊維が連続して単方向に配向されており、かつ、これらの連続繊維がストリップの断面全体を通じて適切に分布している、複合原料ストリップを形成する新規な製造方法を提供する。更に、これらの方法は、ストリップの種々の断面形状及び／又は寸法を提供する。これらの方法において使用される連続処理は、処理スループットを増大させるだけでなく、複合原料ストリップの様々な特性の高水準な制御も提供する。実施形態は、例えば航空宇宙産業におけるものを含む多種多様な潜在的応用での、適用可能な使用法を見い出す。開示されている方法は、理想的には、ブラケット、クリップ支持体、リンクレバー、又はより一般的には、現在は金属で形成されている任意の不定形断面構造物（例えばラグ、端末取付具）のような複雑な形状寸法を有する部品の付加製造に適する。それらの部品は概して、ビームのような単純な（例えば線形の）形状寸法（変動しない断面など）を有する部品とは区別されるべきである。開示されている方法は、付加製造を使用して製造される可能性がある、一点ものの、カスタマイズされた、又は、変動しない断面を伴う非常に限定された部品にも適する。
【００９１】
本開示の例は、図９に示す航空機の製造及び保守方法１１００、及び、図１０に示す航空機１１０２に照らして説明されうる。製造前段階において、方法１１００は、航空機１１０２の仕様及び設計（ブロック１１０４）と、材料調達（ブロック１１０６）とを含みうる。製造段階では、航空機１１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０８）と、システムインテグレーション（ブロック１１１０）とが行われうる。複合原料ストリップは、これらのステップ、例えば、航空機１１０２の仕様及び設計（ブロック１１０４）、材料調達（ブロック１１０６）、構成要素及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０８）、及びシステムインテグレーション（ブロック１１１０）のうちの１つにおける付加製造で形成され、使用されうる。その後、航空機１１０２は認可及び納品（ブロック１１１２）を経て運航（ブロック１１１４）に供されうる。運航期間中、航空機１１０２には、定期的な整備及び保守（ブロック１１１６）が予定されうる。定期的な整備及び保守は、航空機１１０２の一又は複数のシステムの改変、再構成、改修などを含みうる。
【００９２】
方法１１００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実行又は実施されうる。この明細書において、システムインテグレータは、限定するものではないが、任意の数の航空機製造者及び主要システム下請業者を含んでよく、第三者は、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでよく、かつ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
【００９３】
図１０に示すように、方法１１００によって生産された航空機１１０２は、複数の高レベルシステム１１２０及び内装１１２２を備えた機体１１１８を含みうる。高レベルシステム１１２０の例は、推進システム１１２４、電気システム１１２６、油圧システム１１２８、及び環境システム１１３０のうちの一又は複数を含む。任意の数の他のシステムも含まれうる。航空宇宙産業の例を示しているが、本書で開示されている原理は、自動車産業のような他の産業にも適用されうる。そのため、本書で開示されている原理は、航空機１１０２に加え、陸上ビークル、海洋ビークル、宇宙ビークルなどといった他のビークルにも適合しうる。
【００９４】
本書で示され、説明されている装置（複数可）及び方法（複数可）は、方法１１００の一又は複数の任意の段階において用いられうる。例えば、構成要素及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０８）に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１１０２の運航（ブロック１１１４）期間中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の様態で作製又は製造されうる。また、装置（複数可）、方法（複数可）又はそれらの組み合わせの一又は複数の例は、例えば、航空機１１０２の組立てを著しく効率化するか、又は航空機１１０２のコストを著しく削減することにより、製造段階（ブロック１１０８及びブロック１１１０）において利用されうる。同様に、装置又は方法を実現する一又は複数の例、或いはそれらの組み合わせは、限定するわけではないが例としては、航空機１１０２の運航（ブロック１１１４）期間中に、及び／又は整備及び保守（ブロック１１１６）において、利用されうる。
【００９５】
結論
本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）の種々の例は、多種多様な構成要素、特徴及び機能を含む。本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）の様々な例は、本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）のその他の例のうちの任意のものの、任意の構成要素、特徴及び機能を、任意の組み合わせにおいて含む可能性があり、かかる可能性は全て、本開示の本質及び範囲に含まれると意図されていることを、理解すべきである。
【００９６】
上述の説明および関連図面に提示した教示の恩恵を得る、本開示に関連する当業者には、本書に明示された例の多数の変形例が想起されよう。
【００９７】
ゆえに、要約すると、本発明の第１の態様により、下記が提供される。
【００９８】
Ａ１．付加製造のためのコーティング済複合原料ストリップを形成する方法であって、
シートをスリット加工して、複合原料ストリップにすることであって、
シートは、第１樹脂と、シートの中で互いに平行に延びる繊維とを含み、
スリット加工は、シートの中の全ての繊維に平行な方向に沿って実行される、スリット加工することと、
第２樹脂を含む材料で複合原料ストリップの外表面をコーティングし、それによって、複合原料ストリップを覆うように配置されたコーティング層を備えるコーティング済複合原料ストリップを形成することとを含む、方法。
【００９９】
Ａ２．シートの中で互いに平行に延びている繊維は連続繊維である、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１００】
Ａ３．複合原料ストリップの断面全体を通じての繊維の分布は均一である、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０１】
Ａ４．複合原料ストリップの断面全体を通じての繊維の濃度は、少なくとも約４０体積％である、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０２】
Ａ５．材料で複合原料ストリップの外表面をコーティングしている間、複合原料ストリップの断面は同じままである、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０３】
Ａ６．複合原料ストリップの外表面上のコーティング層の厚みは均一である、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０４】
Ａ７．コーティング層に使用される材料は、繊維、粒子、及び薄片から成る群から選択された添加材を更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０５】
Ａ８．添加材は不連続繊維を含む、段落７に記載の方法も提供される。
【０１０６】
Ａ９．添加材は、感熱添加物、無機補強材、熱安定剤、紫外線（ＵＶ）安定剤、潤滑物、難燃剤、導電添加物、及び色素剤から成る群から選択される、段落７に記載の方法も提供される。
【０１０７】
Ａ１０．コーティングは、クロスヘッド押出コーティング技法、粉末コーティング、又は溶液ベースコーティング技法のうちの１つを使用して実行される、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０８】
Ａ１１．複合原料ストリップの断面形状は、長方形、正方形、及び台形から成る群から選択され、コーティング済複合原料ストリップの断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、角が丸くなっている長方形、及び角が丸くなっている正方形から成る群から選択される、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１０９】
Ａ１２．第１樹脂と第２樹脂の一方は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１１０】
Ａ１３．第１樹脂と第２樹脂は同じである、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１１１】
Ａ１４．第１樹脂と第２樹脂は両方ともポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）である、段落Ａ１３に記載の方法も提供される。
【０１１２】
Ａ１５．シートをスリット加工する前に、繊維含有プライを備えるレイアップを形成することと、レイアップを積層し、それによって、シートを形成することとを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１１３】
Ａ１６．レイアップの全てのシートが繊維含有プライである、段落Ａ１５に記載の方法も提供される。
【０１１４】
Ａ１７．シートをスリット加工する前に、一又は複数の繊維含有プライ及び一又は複数の樹脂プライを備えるレイアップを形成することと、レイアップを積層し、それによって、シートを形成することとを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１１５】
Ａ１８．積層されたシートの中の繊維の体積分率は、積層されたシートの厚み全体を通じて変わる、段落Ａ１７に記載の方法も提供される。
【０１１６】
Ａ１９．積層されたシートの中の繊維の体積分率は、積層されたシートの厚みに沿った積層されたシートの中央では、積層されたシートの表面の一方においてよりも大きくなる、段落Ａ１８に記載の方法も提供される。
【０１１７】
Ａ２０．複合原料ストリップの外表面をコーティングする前に、複合原料ストリップの各々の断面形状を変更することを更に含む、段落Ａ１９に記載の方法も提供される。
【０１１８】
Ａ２１．コーティング済複合原料ストリップを使用して付加製造を実行することを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。
【０１１９】
本発明の更なる態様により、下記が提供される。
【０１２０】
Ｂ１．コーティング済複合原料ストリップであって、
第１樹脂、及び、シートの中で互いに平行に延びている繊維を含む、複合原料ストリップと、
第２樹脂を含み、複合原料ストリップの外表面上に配置され、かつ、複合原料ストリップの周囲に外殻を形成する、コーティング層とを備える、コーティング済複合原料ストリップ。
【０１２１】
Ｂ２．シートの中で互いに平行に延びている繊維は連続繊維である、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップも提供される。
【０１２２】
Ｂ３．複合原料ストリップの断面全体を通じての繊維の分布は均一である、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップも提供される。
【０１２３】
Ｂ４．複合原料ストリップの断面全体を通じての繊維の濃度は、少なくとも約４０体積％である、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップも提供される。
【０１２４】
Ｂ５．複合原料ストリップの外表面上のコーティング層の厚みは均一である、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップも提供される。
【０１２５】
Ｂ６．コーティング層は繊維、粒子、及び薄片から成る群から選択された添加材を更に含む、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップも提供される。
【０１２６】
Ｂ７．添加材は不連続繊維を含む、段落Ｂ６に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１２７】
Ｂ８．添加材は、感熱添加物、無機補強材、熱安定剤、紫外線（ＵＶ）安定剤、潤滑物、難燃剤、導電添加物、及び色素剤から成る群から選択される、段落Ｂ６に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１２８】
Ｂ９．複合原料ストリップの断面形状は、長方形、正方形、及び台形から成る群から選択され、コーティング済複合原料ストリップの断面形状は、楕円形、円形、長方形、正方形、角が丸くなっている長方形、及び角が丸くなっている正方形から成る群から選択される、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１２９】
Ｂ１０．第１樹脂と第２樹脂の一方は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１３０】
Ｂ１１．第１樹脂と第２樹脂は同じである、段落Ｂ１に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１３１】
Ｂ１２．第１樹脂と第２樹脂は両方ともポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）である、段落Ｂ１１に記載のコーティング済複合原料ストリップ。
【０１３２】
Ｃ１．付加製造のための複合原料ストリップを形成する方法であって、
一又は複数の繊維含有プライ及び一又は複数の樹脂プライを備えるレイアップであって、
そのレイアップを形成する一又は複数の繊維含有プライ全てにおける全ての連続繊維が互いに平行である、レイアップを形成することと、
レイアップを積層し、それによって、積層されたシートを形成することと、
積層されたシートをスリット加工して、複合原料ストリップにすることとを含み、
スリット加工は、積層されたシートの中の全ての連続繊維に平行な方向に沿って実行される、方法。
【０１３３】
Ｃ２．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は、積層されたシートの厚み全体を通じて変わる、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１３４】
Ｃ３．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は、積層されたシートの厚みに沿った積層されたシートの中央では、積層されたシートの表面の一方においてよりも大きくなる、段落Ｃ２に記載の方法も提供される。
【０１３５】
Ｃ４．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は、積層されたシートの中央では、積層されたシートの両面よりも大きくなる、段落Ｃ３に記載の方法も提供される。
【０１３６】
Ｃ５．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率のプロファイルは、積層されたシートの中心に対して対称になる、段落Ｃ４に記載の方法も提供される。
【０１３７】
Ｃ６．積層されたシートの表面の一方を形成する積層されたシートの一部分は、連続繊維を有していない、段落Ｃ３に記載の方法も提供される。
【０１３８】
Ｃ７．積層されたシートの総厚に対する、連続繊維を有していない部分の厚みの比率は、約５％から４５％までである、段落Ｃ６に記載の方法も提供される。
【０１３９】
Ｃ８．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率の平均値は、平均して約１％から６０％までである、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１４０】
Ｃ９．複合原料ストリップの各々の断面形状は正方形である、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１４１】
Ｃ１０．複合原料ストリップの各々における全ての連続繊維は、その複合原料ストリップの主軸に平行である、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１４２】
Ｃ１１．複合原料ストリップの各々の断面形状を変更することを更に含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１４３】
Ｃ１２．複合原料ストリップの各々の断面形状は円形に変更される、段落Ｃ１１に記載の方法も提供される。
【０１４４】
Ｃ１３．複合原料ストリップの各々の断面形状を変更することは、複合原料ストリップの各々を加熱することと、断面形状の角から離れたところに材料を再分配することとを含む、段落Ｃ１１に記載の方法も提供される。
【０１４５】
Ｃ１４．角から離れたところに再分配される材料は連続繊維を有していない、段落Ｃ１３に記載の方法も提供される。
【０１４６】
Ｃ１５．断面形状の角から離れたところに材料が再分配されている間、複合原料ストリップの各々の中の連続繊維の配置は保たれる、段落Ｃ１３に記載の方法も提供される。
【０１４７】
Ｃ１６．複合原料ストリップの各々の断面形状の変更中に、複合原料ストリップの各々の連続繊維を含む一部分は、連続繊維を有していない、角から離れたところに再分配される材料よりも低い温度を有する、段落Ｃ１５に記載の方法も提供される。
【０１４８】
Ｃ１７．複合原料ストリップの各々の断面形状を変更することは液化装置を使用して実行される、段落Ｃ１１に記載の方法も提供される。
【０１４９】
Ｃ１８．レイアップの少なくとも１つの外側プライは、一又は複数の樹脂プライのうちの１つである、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５０】
Ｃ１９．レイアップの両方の外側プライは、一又は複数の樹脂プライのうちの２つである、段落Ｃ１８に記載の方法も提供される。
【０１５１】
Ｃ２０．一又は複数の樹脂プライは連続繊維を有していない、段落Ｃ１８に記載の方法も提供される。
【０１５２】
Ｃ２１．一又は複数の樹脂プライは、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５３】
Ｃ２２．一又は複数の樹脂プライはポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５４】
Ｃ２３．一又は複数の繊維含有プライは、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリエーテルイミド（ＰＥＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５５】
Ｃ２４．一又は複数の繊維含有プライはポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５６】
Ｃ２５．繊連続維は、複合原料ストリップ内で、少なくとも１００フィートの平均長さを有する、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５７】
Ｃ２６．複合原料ストリップは、約０．０５０インチ未満の主要断面寸法を有する、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５８】
Ｃ２７．レイアップを形成することと、シートを積層することとは、ロールツーロールプロセスにおいて実行される、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１５９】
Ｃ２８．積層されたシートをスリット加工して複合原料ストリップにすることは、水噴射スリット加工、回転切断、圧力ホイールスリット加工、又はロールスリット加工のうちの１つを使用して実行される、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１６０】
Ｃ２９．積層されたシートをスリット加工して複合原料ストリップにすることは、ロールツーロールプロセスにおいて実行される、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１６１】
Ｃ３０．複合原料ストリップを使用して付加製造を実行することを更に含む、段落Ｃ１に記載の方法も提供される。
【０１６２】
Ｄ１．付加製造のための複合原料ストリップであって、
樹脂と、
互いに平行であり、かつ、複合原料ストリップの主軸に沿って延びている連続繊維であって、
その体積分率は複合原料ストリップの主軸に垂直な少なくとも１つの方向に沿って変わる、連続繊維とを備える、複合原料ストリップ。
【０１６３】
Ｄ２．複合原料ストリップの中の連続繊維の体積分率は、主軸に沿った複合原料ストリップの中央では、複合原料ストリップの表面においてよりも大きくなる、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６４】
Ｄ３．連続繊維の体積分率は、複合原料ストリップの主軸に垂直な両方向に沿って変わる、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６５】
Ｄ４．複合原料ストリップは空隙を有していない、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６６】
Ｄ５．積層されたシートの中の連続繊維の体積分率は、平均して約１％から６０％までである、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６７】
Ｄ６．連続繊維は、複合原料ストリップの長さに沿って連続している、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６８】
Ｄ７．全ての連続繊維は複合原料ストリップの主軸に平行である、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１６９】
Ｄ８．複合原料ストリップの断面形状は正方形である、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１７０】
Ｄ９．複合原料ストリップの断面形状は円形である、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１７１】
Ｄ１０．樹脂は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及び熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）から成る群から選択された、一又は複数の材料を含む、段落Ｄ１に記載の複合原料ストリップも提供される。
【０１７２】
従って、本開示は例示された特定の例に限定されることがないこと、及び、変形例及びその他の例は付随する特許請求の範囲に含まれると意図されていることを、理解されたい。更に、上述の説明及び関連図面は、要素及び／又は機能のある例示的な組み合わせに照らして本開示の例を説明しているが、付随する特許請求の範囲から逸脱せずに、代替的な実行形態によって、要素及び／又は機能の種々の組み合わせが提供されうることを、認識すべきである。そのため、付随する特許請求の範囲に挿入される参照番号は、例示目的でのみ提示されており、特許請求される主題の範囲を本開示内で提供される特定の例に限定することを意図しているわけではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５ＢＣ】
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【図５Ｄ−Ｇ】
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【図５Ｈ−Ｋ】
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【図５Ｌ−Ｎ】
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【図５Ｏ−Ｑ】
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【図６ＡＢ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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