本文共1189字，阅读时间约5分钟
自动铺放成型工艺主要包括纤维缠绕技术(Filamentwinding,FW)、自动铺带技术(ATL)和自动铺丝技术(AFP)等三种铺放技术[1], [2]，三种技术在原理上有很强的内在联系，但各自的又有不同的特点，利用自动铺放技术可以制造各种大型零部件。
图1各种铺放成型构件[3]
随着自动铺放技术的出现，热塑性复合材料的原位成型快速加工成为可能，这也加速了自动铺放原位成型设备的技术水平发展。目前，欧美的主要自动铺放原位成型设备供应商包括法国CORIOLIS、西班牙M.Torres、美国的Automated Dynamics、德国的BROETJE公司以及马其顿的MIK-ROSAM等企业。
图2 热塑铺放设备(Automated Dynamics)[4]
Automated Dynamics开发的设备主要为机器人结构，采用氮气高温加热方式，气体热流在材料表面能实现同步均匀加热，最高温度可达1000℃左右。该公司的设备已成功应用于包括军事电磁炮、汽车及直升机机身壁板等复杂结构的零部件制造中，如图3所示。
图3 直升机热塑性机身筒段(Automated Dynamics)[4]
CORIOLIS的自动铺放设备主要为机器人结构，采用激光加热形式，放束库采用单独立柜设计，与铺放头分离，因此预浸料送料为长传纱形式，这样可使铺放头体积更小，灵活性强，可铺贴很复杂的曲面及阴模成型，拥有多辊放束张力均匀控制的技术专利。
AFP/ATL(自动纤维铺丝/自动铺带)已经成为一个相对成熟的技术。其中AFP更适合用于航空航天部件的加工，它未来的发展也有更大的潜力。通过改进控制软件、减少二次操作、减少停机时间和多机器人协作，可以进一步提高生产力。
图4 机器人AFP系统[5]
机器人自动铺放技术是复合材料铺放技术的延伸，该技术将一个纤维铺放工作头安装在工业机器人手臂上，工作头用于铺放碳纤维增强的复合材料[6]。机器人纤维铺放技术有许多传统成型技术不具备的优点，包括节省劳动力和原材料，精确控制纤维的铺放角度，铺放质量高，自动压实。此外机器人具有更大的灵活工作空间，可以制造尺寸更大，形状更加复杂的零件。
图5 热塑铺放设备(CORIOLIS)[4]
M.Torres公司的原位成型设备，分别用于不同零件生产。该公司的优势设备形式为大型龙门结构，主要采用大功率激光加热，如图６所示。采用铺放头与放束库集成一体的结构形式，可快速实现不同功能铺放头及放束轴之间的互换。
图6 热塑龙门铺放设备(M.Torres)[4]
美国NASA的兰利研究中心研制的ISAAC机器人，是目前国际上最先进的自动铺放机器人系统，如图7所示。
图7 ISAAC机器人系统示意[8]
ISAAC头部具有更加自由的运动范围，而不是限于0º，90º或±45º铺放纤维，它产生的碳纤维复材构件可以具有更专业的曲率，因此可以快速生产在飞机机体和火箭壳体使用的碳纤维复合材料。
随着复合材料在各个行业的广泛应用，复合材料构件的尺寸和产量驱使制造商高效率、低成本的完成复合材料加工成型。机器人技术由于其成本低于专用机床，且通用性强，已在复合材料产业得到广泛应用。越来越多的企业开始应用机器人加工技术，并将其用于不同的生产工序，这是未来复合材料自动化加工的趋势[7]。
参考文献&素材来源
声明：本公众号部分文章和图片来源于网络，发布的文章仅用于复合材料专业知识和市场资讯的交流与分享，不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑议，请第一时间联系我们。我们将及时进行处理。
原文始发于微信公众号（organosheet）：【设备·科普】复合材料制造过程中使用的机器人们（一）
