復合材料制造裝備向小型化和機器人化發展

任曉華

美國《高性能復合材料》雜志2012年7月報道，上世紀90年代MAG IAS和Ingersoll機床公司已經將自動鋪絲機做成商業化產品。今天，自動鋪絲機主要由兩個機床公司供應，一是西班牙的MTorres公司，另一家為美國的Electroimpact公司，另外還有一些小型機床公司，包括Automated Dynamics、Accudyne Systems、Coriolis Composites和Mikrosam公司。

自動鋪絲和自動鋪帶技術廣泛用于與航空工業，但在過去幾年，其市場狀況正在驅動復合材料裝備供應商在產品線上做一些改變。自從自動鋪絲和自動鋪帶首次變成可行性生產工藝以來，裝備供應商通常為最大型的航空航天工業公司設計和制造很大且昂貴的機床。但這幾年情況有所轉變，復合材料裝備供應商開始開發較小型且更經濟的機床，以滿足那些生產不需要很大機床且能支付得起設備費用的公司需求。

利用商用機器人作為小尺寸復合材料鋪層設備的平臺正在成為設備供應商的基本做法。MTorres、MAG IAS和Electroimpact設備供應商均提供以機器人為平臺的小尺寸鋪層設備。MTorres和MAG IAS公司還提供縮比的龍門架式自動鋪帶系統。

MTorres公司在開發小型復合材料鋪層系統方面異常活躍，公司擁有一個新的小型的基于機器人的自動鋪帶機。該機床有一個能鋪3英寸/76.2毫米帶寬的縮比鋪帶頭。公司在其位于西班牙的主廠新研發大樓里安裝了一臺類似的機床，另外它還將其一臺類似機床賣給歐洲一家航空航天公司。

這種鋪帶機有一個中央工具旋轉裝置和兩個鋪帶的機械手。該機床是專門為渦輪風扇發動機機匣成形而開發的。

MTorres公司開發的另一臺基于機器人的自動鋪帶機是專門為鋪平面結構件而開發的。機器人鋪帶機可以沿著水平地板上的X軸驅動下與鋪設表面平行移動。機床的X軸行程可根據用戶需求任意配置。MTorres公司還有一個小型懸臂架式機床，利用鋪絲頭鋪設平面零件，專門為A350的桁條的鋪絲而開發。使用自動鋪絲機成形復雜的平面零件可大大減少在制品材料浪費。

MAG IAS公司有一臺小型機器人自動鋪絲系統，是專門為那些通常用手工鋪層的小型零件而開發的。該系統鋪絲頭可輸送4～16束絲束，絲束寬度為3.18毫米或6.34毫米。

Electroimpact公司也以開發小型復合材料鋪層設備而聞名。公司已售出一臺基于商業機器人的小型自動鋪絲機。這臺機器人系統有16絲束自動鋪絲頭，將絲軸與輸送頭合并。

Ingersoll機床公司與有潛力應用客戶設計和制造專用需求設備，包括小型鋪層設備，但是沒有確切的消息聲稱該公司已經生產了小型機床設備。

Automated Dynamics公司自1990年開始就已經供應小型鋪層設備，公司在基于機器人設備方面具有豐富經驗。在過去幾年中，它的機床產品線主要是基于機器人的設備。公司相信小型、基于機器人平臺的設備系統將在未來幾年快速增長，并計劃增加更多這類設備生產線。

Coriolis復合材料公司是開發基于商用機器人平臺的自動鋪絲機開發的先行者，它的基于機器人的復合材料自動鋪層設備被龐巴迪C系列支線飛機項目選擇作為復合材料零件制造裝備。

預期未來幾年各種自動鋪絲和自動鋪帶配置和尺寸的機床將出現，機器人平臺將用于更多的復合材料鋪層系統。機器人平臺與復合材料鋪層技術相結合被證明是非常成功的。復合材料鋪層設備品種的擴展意味著更小的復合材料車間可根據他們所需的尺寸和價格選用自動鋪層設備。最終，復合材料自動化設備就像在金屬加工業中的5坐標CNC機床一樣，將成為復合材料工業的常態。