复合材料自动铺丝领域国外来华申请专利解析.pdf

中国科技信息 2024 年第 4 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-54-专利分析请以及市场布局时提供相关参考。专利检索及分析本文利用涉及自动铺丝技术的专利分类号 B29C70，以及关键词“自动/机器人”“铺丝/铺放/铺叠/叠层”等，在中国专利全文数据库中对各年度申请的专利文献进行检索，并筛选出了国外申请人的全部专利数据。专利申请类型经统计，该领域国外来华的专利申请共有647 件。其中，发明专利 641 件，占比 99%，实用新型专利 6 件，占比 1%，外观设计专利 0 件，占比 0%。由此可见，该领域国外来华申请专利的主要目标很明确，主要申请保护期更长的发明专利。专利法律状态该领域专利的法律状态分布如图 1 所示：授权有效专利295 件，占比 46%；其余法律状态专利 352 件（其中，无效专利 77 件，驳回专利 31 件，撤回专利 73 件，公开专利171 件），占比 54%。该领域国外申请人的专利授权量较高，技术研发水平可见一斑，而且在专利保护方面，国外公司也愿意投入资金维持较长的保护时间，以期从技术和市场上维持一个长期的领先地位。申请国分布所有国外来华申请中国专利的申请国分布如图 2 所示，一共有 20 个国家，美国、德国、法国、日本和英国等的申请量较多，其中美国的申请量排名第一，有 306 件，远远地将其他国家抛在后面。包括德、法英的欧洲的申请总量也较多，这也反映出了复合材料自动铺丝领域美国和欧洲的技术较为先进，市场也非常活跃，这些国家瞄准了中国这个巨大的市场，进行技术和市场布局，值得我国研发人员高度关注。主要申请人分布复合材料自动铺丝领域的专利申请人比较集中，排名前10 位的申请人如图 3 所示，美国的波音公司排在第一，申请量为 157 件；排名第二的申请人为欧洲空中客车公司，申请量为 56 件，其与第一名差距较大。美国通用电气公司排名第三，申请量为 26 件。可见，波音公司还是在该领域牢牢把握着全球领先地位。国内申请人要想在该领域有所突破，还需要投入大量的科研精力。重要申请人及其典型专利解析1）波音公司波音公司来华申请的第一件专利的发明名称是“手动辅助操作层压系统”，申请日为 1994 年 12 月 20 日，授权公告号为 CN1056800C，通过 PCT 途径进入中国，目前，行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度复合材料自动铺丝领域国外来华申请专利解析简 斌简 斌国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心简斌，博士，从事专利审查及分析。复合材料自动铺丝技术是近年发展最快的复合材料自动化成型制造技术之一。该技术可实时地增减预浸纤维丝的数目来满足实际铺放需求，特别适合不规则外形和边界复杂的大尺寸构件的自动化成型，从而广泛应用于大型飞机、运载火箭等产品结构部件的制造。我国复合材料制造技术自动化程度低，而欧美航空飞机制造商早就将自动铺丝技术广泛应用于多种飞机。专利申请是综合反映科研成果和市场布局的一个重要方面，为了解复合材料自动铺丝领域国外来华申请中国专利的现状，本文检索了截至 2023 年 12 月 1 日公开向中国国家知识产权局申请的复合材料自动铺丝领域的专利文献，并对检索结果进行了统计分析，以期对从事复合材料加工及其相关领域研发的企业、科研院校和个人进行专利申-55-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 4 期专利分析该专利权因未缴年费而终止，也由于 20 年保护期届满其专利权自动终止。本发明的手动辅助操作的层压（HAL）系统解决了现有技术的手动叠放方法的很多缺点，该 HAL 系统能使用于飞机和用于其它最终用途例如汽车的复合材料结构元件的制造成本下降，并对环境产生良好的影响。本发明的主要发明构思是：包含快速扫描激光投影系统，利用三维数字控制数据组在叠放器的 3-D 轮廓表面上或已经放置在叠放器上的一些材料层上投影。单一激光束进行快速扫描，因此在叠放器上投影呈现由人眼看来是连续的轮廓线，该轮廓线代表在该叠放器上需要放置的下一层的位置，因此为操作人员显示下一层放置的确切位置。由于投影到叠放器上的激光束起一个模板的作用，指引操作人员将预浸处理的复合材料层定位和定向。本发明的核心技术方案是：一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置包括：（a）叠放器（31），用于接纳各复合层压材料层；（b）支承台装置（34），用于支承所述叠放器（31）；（c）真空/压缩空气系统，将所述支承台（34）抽真空，和向所述支承台（34）提供压缩空气；（d）激光投影系统（72），用于标示出所述复合层压材料层的位置以引导操作人员，所述激光投影系统能将一激光束（30）投射到所述叠放器（31）上，从而所述激光束（30）划出由一数据组限定的层轮廓；（e）形成/加压袋系统（35），用于形成放在所述叠放器（31）上的复合层压材料的层并加压；以及（f）电子控制系统（47），用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述激光投影系统（72）和所述形成/加压袋系统（35）。波音公司最新向中国提交的专利申请的发明名称为“制造系统及制造桶形复合铺设件的方法”，申请日为 2022 年11 月 29 日，公开号为 CN116214961A，通过巴黎公约途径进入中国，目前，该专利申请仍处于实质审查中。传统的铺设系统仍然相对较慢，铺设工具构造起来相对昂贵，从而期望使铺设生产程序的每个唯一复合零件所需的铺设工具的总数最小化。本发明的主要发明构思是：头操纵机构配置为使自动纤维放置（AFP）头围绕铺设工具的工具表面彼此成圆周关系地定位，当铺设工具静止时和在铺设工具围绕工具轴线旋转期间，当多个 AFP 头向工具表面或先前施加的铺设材料施加铺设材料的层时，这些 AFP 头能在铺设工具上的最大圆周位置处沿圆周彼此纵向对齐地布置，而不相互干扰。本发明的核心技术方案是：一种制造系统包括：多个导轨（118），所述多个导轨围绕桶形铺设工具（150）以彼此平行的关系布置，并且每个导轨（118）大致平行于所述铺设工具（150）的工具轴线（152）定向；多个头操纵机构（200），每个头操纵机构联接至所述导轨（118）中的一个专用导轨，并且每个头操纵机构（200）能沿着对应导轨（118）的纵向方向移动；以及多个自动纤维放置头（220），每个自动纤维放置头联接至所述头操纵机构（200）中的一个专用头操纵机构；其中，所述头操纵机构（200）配置成使所述自动纤维放置头（220）围绕所述铺设工具（150）的工具表面（154）彼此成圆周关系地定位，所述自动纤维放置头（220）的总量包括所述自动纤维放置头（220）的最大数量，在所述铺设工具（150）静止时和在所述铺设工具（150）围绕所述工具轴线（152）旋转期间，当所述多个自动纤维放置头（220）向所述工具表面（154）或先前施加的铺设材料（252）施图 1 复合材料自动铺丝领域申请的专利法律状态分布图 2 复合材料自动铺丝领域申请国分布图 3 复合材料自动铺丝领域主要申请人分布CN1056800C 附图中国科技信息 2024 年第 4 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-56-专利分析加铺设材料（252）的层（250）时，所述自动纤维放置头（220）能在所述铺设工具（150）上的最大圆周位置处沿圆周彼此纵向对齐（224）地布置，而不相互干扰，从而制造具有桶形形状的坯体铺设件（264）。2）空中客车公司空中客车公司来华申请的第一件专利的发明名称是“用于弯曲件的加衬模具的工艺和工具”，申请日为 2005 年 12月 29 日，优先权日为 2004 年 12 月 30 日，授权公告号为CN101119839B，通过 PCT 途径进入中国，目前，该专利权因未缴年费而终止。本发明的加衬过程可以通过手工或自动来执行。手工配装预浸渍衬至平面上包含的直线不是非常复杂，然而将此种衬配装至曲面是非常复杂的，因为这种材料自身不能变形，所以操作人员必须在衬上施加恒定压力使其变形并适应所要求的曲面，并因为衬里是黏性增加了困难。本发明是根据对空中客车 A380 飞机的部件加衬的需要而提供的。本发明的主要发明构思是：被加衬的区域以一定的宽度被分成不同的区域，所述宽度允许正确地布置顺应曲面的几何形状的衬里。该宽度根据曲率和被加衬区域的总宽度，通过合适的试验加以确定，考虑到需要施加压力到材料上，所以它发生变形并可以适合曲面的几何形状。本发明的核心技术方案是：一种工具，用于以加衬形式通过将自身不变形的复合物施加到平面模具（3）上，以形成由两个平行曲线（5、7）划定的、宽度为 A1 的件，所述工具包括：a）施加衬里（15）的鼓（23），其安置位置（31、33、35）具有与必须给予对模具加衬的遍数相同的数目；b）在每一遍开始时将衬里（15）的末端连接到模具（3）的装置；c）圆锥形辊（25），一旦应用到模具（3）上，在衬里（15）上沿着它的整个宽度均匀施加压力；和 d）通过设置在模具（3）上的侧引导件（27、28）而使其可以运动的装置（26、29），该侧引导件平行于划分所述件的曲线（5、7）。空中客车公司最新向中国提交的专利申请的发明名称为“纤维复合结构和用于制造纤维复合结构的方法”，申请日为 2022 年 10 月 13 日，优先权日为 2021 年 10 月 14 日，公开号为 CN115972615A，通过巴黎公约途径进入中国，目前，该专利申请仍处于实质审查中。本发明的其中一个目的是提高包括集成在基部结构中的功能结构的纤维复合结构的机械强度。本发明的主要发明构思是：基部结构的第一纤维束未被切割而是连续地延伸，并且为了限定开口，第一纤维束布置成彼此间隔开更远。本发明的核心技术方案是：一种用于制造纤维复合结构的方法，包括：通过将多个第一纤维束（F1）定位成使得其中至少一些第一纤维束（F1）具有第一部段（11）和使所述第一部段（11）连续地或不间断地互连的第二部段（12）来制备（M1）基部结构（1），其中，所述第二部段（12）形成限定所述基部结构（1）的开口（10）的周边的一部分的突出部（13）；将功能结构（2）定位（M2）在所述基部结构（1）的所述开口（10）内；以及通过使嵌有所述第一纤维束（F1）的第一基质材料（X1）固化来连接（M3）所述功能结构（2）和所述基部结构（1）；其中，在制备（M1）所述基部结构（1）的步骤中，所述第一纤维束（F1）铺设成基本线性地延伸并且/或者以大致恒定的间距延伸，并且在铺设之后，在所述第二部段（12）中移动所述纤维束（F1）以便形成突出部（13），或者沿所述第一部段（11）线性地延伸并且/或者以大致恒定的间距延伸并且所述第二部段（12）形成所述突出部（13）的路线铺设所述第一纤维束（F1）。结语本文对复合材料加工的一个分支-复合材料自动铺丝领域的国外来华申请的专利进行了梳理，从申请法律状态、申请国分布、重要申请人、典型专利等方面进行了具体分析，并揭示了其未来技术发展趋势，有助于我国科研人员了解国外申请人在复合材料自动铺丝领域的技术研发和专利布局。CN115972615A 附图CN116214961A 附图CN101119839B 附图